JP5118168B2 - Optical device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は光学装置及びその製造方法に関する。本発明は光の分波器、合波器、分岐器及び結合器などの光学装置として使用可能である。 The present invention relates to an optical device and a method for manufacturing the same. The present invention can be used as an optical device such as an optical demultiplexer, multiplexer, branching device, and coupler.
下記特許文献1には、置換法自己形成光導波路に関する技術が開示されている。しかし、高い信頼性を有するデバイスを得るための導波路材料については考察されていない。下記特許文献2には、溶媒による洗浄無しに置換の可能な置換法自己形成光導波路用材料が開示されている。溶媒洗浄を行わない置換作業において未硬化コア材料が筐体の内部や他の光学部品に残留していると信頼性の低下につながることが開示されている。しかし、その信頼性検討項目として、車載環境や屋外環境でみられるような温度変化に対する耐久性については議論されていない。また、溶媒洗浄法のように、置換作業において未硬化コア材料が残留していない条件での信頼性については考慮されていない。温度変化に対する耐久性は、未硬化コア材料が筐体の内部や他の光学部品に残留していない状況においても、コア材料やクラッド材料の特性に強く依存する。
下記特許文献3、4には、筐体内に、筐体と接着した自己形成光導波路を作製する従来の方法ではなく、型内で光部品と自己形成光導波路コアとを接続した部品を作製した後、その部品を型から取り出して、洗浄後、導波路周囲にクラッドを製造することにより、85℃常湿、或いは75℃95%RHといった負荷を掛けた状態でも信頼性の高いデバイスを提供する手段が開示されている。しかし、冷熱サイクル環境下における信頼性については考察されていない。また、信頼性の優れた材料に関する考察も行われていない。この手法は、筐体内に筐体と接着した自己形成光導波路を作製する従来の方法と比べると、導波路作製用に特殊な型が必要となったり、光部品を保持する専用の治具などが必要となったり、導波路を型から外したり、はめたりするなどプロセスが煩雑になったり、導波路のコア径が小さい条件では適用が困難であったりするなどの問題点がある。
In
下記特許文献5には、洗浄工程を必要としない置換法自己形成光導波路に関して、低伝送損失と同時に、100℃環境下における高信頼性や、短時間硬化が可能な自己形成光導波路材料が開示されている。しかし、冷熱サイクル環境下における信頼性については考察されていない。
下記特許文献6には、密着性の優れた光硬化性樹脂液を塗布後に自己形成光導波路用コア材料を導入することにより、伝送特性や生産性を損ねることなく自己形成光導波路と透明容器、光ファイバ、光部品などとの密着性を向上させる手段が、開示されている。しかし、冷熱サイクル環境下における信頼性については考察されていない。また、信頼性の優れた自己形成光導波路材料に関する考察も行われていないし、クラッド材料の信頼性に対する影響についても検討されていない。 In Patent Document 6 below, by introducing a core material for self-forming optical waveguide after applying a photo-curable resin liquid having excellent adhesion, a self-forming optical waveguide and a transparent container, without impairing transmission characteristics and productivity, Means for improving the adhesion to optical fibers, optical components and the like are disclosed. However, no consideration is given to reliability in a cold cycle environment. In addition, no consideration is given to a self-forming optical waveguide material having excellent reliability, and the influence on the reliability of the cladding material is not examined.
下記特許文献7には、筐体内に自己形成光導波路を有するデバイスにおいて、柔軟な構造を筐体に導入することにより、自己形成光導波路のコア部分と筐体、もしくは、自己形成光導波路のコア部分と光ファイバや波長選択フィルタなどの光部品との結合が容易には劣化しない技術と、それを低コストに実現する技術が開示されている。ここでは、85℃環境下における高信頼性が確認されているが、冷熱サイクル環境下における信頼性は検討されていない。また、柔軟な構造を筐体に導入することは筐体の形状安定性を低下させるため、導波路デバイスの寸法安定性を低減させるというデメリットがあったり、筐体構造が複雑になるために射出成形法で作製した筐体と比べて高コストとなるといったデメリットがあったりする。 In the following Patent Document 7, in a device having a self-forming optical waveguide in a housing, a flexible structure is introduced into the housing, so that the core portion of the self-forming optical waveguide and the housing, or the core of the self-forming optical waveguide are disclosed. A technology in which the coupling between the portion and an optical component such as an optical fiber or a wavelength selection filter is not easily deteriorated and a technology for realizing it at low cost are disclosed. Here, high reliability in an 85 ° C. environment has been confirmed, but reliability in a cold cycle environment has not been studied. In addition, introducing a flexible structure into the housing lowers the shape stability of the housing, so there is a demerit that reduces the dimensional stability of the waveguide device, and the housing structure becomes complicated, so that There is a demerit that the cost is higher than that of a housing manufactured by a molding method.
下記特許文献8には、自己形成光導波路を用いた光モジュールであって、−40℃と85℃のサイクル試験といった低温及び高温での熱履歴に対し、コアと、波長選択性ミラーその他の光学フィルタ部材等との接合面が乖離しない光モジュールに関する技術が開示されている。この技術は、特許文献3に記載の方法で自己形成光導波路を作製する技術である。すなわち、型枠(保持部材)の中で光学フィルタ、受光素子、発光素子、光ファイバの各部材が、自己形成光導波路コアと直接接合される。その後に、一旦、型枠から、該部材とコアとが接合した構造体が取り出される。自己形成光導波路は、その終端部に受光素子、発光素子、光ファイバの各部材が接合した状態になっている。次に、コアの周囲に必要に応じてクラッドが形成された後、受光素子、発光素子、光ファイバの各部材が保持部材に固定されている。光学フィルタやクラッドは、もともと保持部材に接合されていないので、保持部材と光学フィルタの熱膨張係数が大きく異なっても、保持部材と光学フィルタとが剥離するという問題は生じない。その結果、光学フィルタとコアとの接合面が乖離しない光モジュールを得ることが出来る。自己形成光導波路材料については具体的な検討は示されていないが、クラッド材としては、光硬化性フッ素化アクリル樹脂である東亞合成社製のUVX−4751を使用可能であることが、開示されている。本技術による自己形成光導波路はクラッドの表面が筐体に拘束されていないため、例えば、高温環境下に長時間保存すると、熱膨張による導波路の変形が生じ、その結果、光学特性の劣化が生じるといった問題が予想される。
Patent Document 8 listed below is an optical module using a self-forming optical waveguide, which has a core, a wavelength-selective mirror, and other optical components against low and high temperature thermal history such as a cycle test at −40 ° C. and 85 ° C. A technique relating to an optical module in which a joint surface with a filter member or the like does not deviate is disclosed. This technique is a technique for producing a self-forming optical waveguide by the method described in
下記特許文献9には、300nmより短い波長を有する光の照射によって屈折率が増大する硬化物を形成し得るラジカル重合性化合物と、300nm以上に感光波長を有する光ラジカル重合開始剤とを、コア部を形成するための成分として含む材料が開示されている。そして、クラッド部を形成するための成分として含む硬化性組成物が、光ファイバ等の光学部品との接合面において優れた接着性を発揮し得る光導波路形成用の硬化性組成物として使用できることが開示されている。この文献の技術は、いわゆる選択重合型の自己形成光導波路に関する技術である。 In the following Patent Document 9, a radical polymerizable compound capable of forming a cured product whose refractive index increases upon irradiation with light having a wavelength shorter than 300 nm, and a radical photopolymerization initiator having a photosensitive wavelength of 300 nm or more, A material is disclosed which is included as a component for forming the part. And the curable composition containing as a component for forming a clad part can be used as a curable composition for forming an optical waveguide capable of exhibiting excellent adhesiveness on a joint surface with an optical component such as an optical fiber. It is disclosed. The technique of this document is related to a so-called selective polymerization type self-forming optical waveguide.
光通信において、光分岐結合器、光合分波器及びそれを内蔵し発光素子と受光素子を有する光モジュールは極めて重要な役割を有する。例えば単線双方向光通信システムにおける、入出力端末においては、LED又はLD等の発光素子から放射される通信光を外部に伝搬させる出力用光導波路と、外部からの通信光をPD等の受光素子に受光させる入力用光導波路とを分岐・結合する光の分岐・結合器や、分波・合波する光合分波器が必要である。 In optical communication, an optical branching coupler, an optical multiplexer / demultiplexer, and an optical module that includes the light emitting element and the light receiving element have an extremely important role. For example, in an input / output terminal in a single-line bidirectional optical communication system, an output optical waveguide that propagates communication light radiated from a light emitting element such as an LED or LD to the outside, and a light receiving element such as a PD that communicates external communication light Therefore, an optical branching / combining device for branching / combining with the input optical waveguide to be received by the optical fiber and an optical multiplexing / demultiplexing device for branching / combining are required.
一方、本願出願人らは、光硬化性樹脂液に、光ファイバ等から当該樹脂液の硬化光を照射すると、硬化樹脂先端において発生する自己集光により形成される、長尺の軸状のコアを有した、自己形成光導波路を多数開発し、出願している。下記特許文献1乃至4はその一部である。この際、単線双方向光通信における光分岐結合器又は光合分波器として、ハーフミラー又は波長選択フィルタにより分岐される光導波路を上記自己形成光導波路で形成することも提案している。これにより発光素子と受光素子を有する光モジュールが容易に形成されることも示されている。
On the other hand, the applicants of the present application form a long shaft-shaped core formed by self-condensing generated at the tip of the cured resin when the photocurable resin liquid is irradiated with the curing light of the resin liquid from an optical fiber or the like. We have developed and filed a number of self-forming optical waveguides with The following
車載環境や屋外環境のように環境条件が厳しい状況で使用するデバイスにおいては、高温状態で連続使用したときの耐久性(耐熱性)に加えて、冷熱サイクルの様に材料が膨張収縮を繰り返す環境条件においても性能を維持する必要がある(耐冷熱サイクル性)。耐冷熱サイクル性は、耐熱性とは異なっており、両方の特性を同時に有する材料が必要とされている。 In devices that are used in harsh environmental conditions such as in-vehicle environments and outdoor environments, in addition to durability (heat resistance) when continuously used at high temperatures, the environment where the material repeatedly expands and contracts like a cold cycle It is necessary to maintain performance even under conditions (cold heat cycle resistance). The thermal cycle resistance is different from the heat resistance, and a material having both characteristics at the same time is required.
従来技術では、耐冷熱サイクル性と耐熱性とを同時に有する置換式自己形成光導波路材料について議論されてこなかった。本件発明の目的は、耐冷熱サイクル性と耐熱性とを同時に有する置換式自己形成光導波路材料と自己形成光導波路デバイスを実現することにある。特に、本発明の目的は、筐体内に波長フィルター、ハーフミラーといった光学部品を配置した自己形成光導波路デバイスにおいて、車載環境や屋外環境でみられるような高温状態での連続使用や、温度変化に対する耐久性を実現する置換式自己形成光導波路材料や自己形成光導波路デバイスを提供することである。 In the prior art, a substitution type self-forming optical waveguide material having both heat cycle resistance and heat resistance has not been discussed. An object of the present invention is to realize a substitutional self-forming optical waveguide material and a self-forming optical waveguide device that have both thermal cycle resistance and heat resistance. In particular, the object of the present invention is to provide a self-forming optical waveguide device in which optical components such as a wavelength filter and a half mirror are arranged in a housing, and can be used continuously in a high temperature state as seen in an in-vehicle environment or an outdoor environment, or to a temperature change. A replacement self-forming optical waveguide material and a self-forming optical waveguide device that achieve durability are provided.
自己形成光導波路の光通信分野での用途拡大にあたり、その信頼性が重要となる。例えばIEEE1394で規定されている、85℃、相対湿度95%の高温高湿状態と−40℃の低温状態を繰り返すサイクル試験に耐える装置の開発により、用途拡大が期待される。ここで、本発明者らは主としてアクリル系の光硬化性樹脂をクラッド材料として用いていたが、これは上記条件の加速劣化試験での評価が十分でないことがわかった。 In expanding the application of self-formed optical waveguides in the field of optical communication, the reliability is important. For example, the application expansion is expected by the development of an apparatus that can withstand a cycle test that repeats a high temperature and high humidity state of 85 ° C. and a relative humidity of 95% and a low temperature state of −40 ° C. as defined in IEEE 1394. Here, the present inventors mainly used an acrylic photocurable resin as a cladding material, but it was found that this was not sufficiently evaluated in the accelerated deterioration test under the above conditions.
そこでクラッド材料や透光性の筐体材料を改めて検討し、アクリル製、又は、ポリカーボネート製の筐体を用いて、高温高湿状態と低温状態とを繰り返す加速劣化試験での評価が高い材料を見出し、本願発明を完成させた。 Therefore, we examined the cladding material and translucent housing materials anew, and using acrylic or polycarbonate housings, we selected materials with high evaluations in accelerated deterioration tests that repeat high and high humidity conditions and low temperature conditions. The headline and the present invention were completed.
第1の発明は、下記化学式(1)に示される変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレートと、COOH基を有する(メタ)アクリレートと、光重合開始剤とを含む組成物を、自己形成光導波路のコアを光硬化させるための材料とした自己形成光導波路のコア形成用組成物であって、化学式(1)に示される変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレートの重量濃度は、50%以上99%以下であり、COOH基を有する(メタ)アクリレートの重量濃度は、1%以上10%以下であり、COOH基を有する(メタ)アクリレートは、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸のうち、少なくとも一つを含むコア形成用組成物を光硬化させた硬化物をコアとし、官能基1個当たりの平均分子量が1000以上100,000以下のウレタン(メタ)アクリレートを主成分として40重量%以上95重量%以下含有し、3重量%以上40重量%以下の反応性希釈剤と、0.1重量%以上10重量%以下のシランカップリング剤と、0.1重量%以上5重量%以下の酸化防止剤と、0.05重量%以上5重量%以下の光重合開始剤とを含有するクラッド形成用組成物を光硬化させた硬化物をクラッドとしたことを特徴とする自己形成光導波路である。
第3の発明は、第2の発明において、コア形成用組成物は、化学式(1)に示される変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレートの重量濃度が、55%以上90%以下、化学式(2)に示されるポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートの重量濃度が、3%以上40%以下、COOH基を有する(メタ)アクリレートが、3%以上7%以下、光重合開始剤が、0.05%以上2%以下であることを特徴とする。 The third invention is the second invention, the core-forming composition, the weight concentration of modified bisphenol A Kataji (meth) acrylate preparative represented by the chemical formula (1) is 90% or less than 55%, the formula ( The weight concentration of the polyalkylene glycol di (meth) acrylate shown in 2) is 3% or more and 40% or less, the (meth) acrylate having a COOH group is 3% or more and 7% or less, and the photopolymerization initiator is 0.00. It is characterized by being not less than 05% and not more than 2%.
上記全発明において、クラッド形成用組成物において、ウレタン(メタ)アクリレートは、ポリアルキレングリコール残基と脂肪族ジイソシアナート残基とを主骨格とする二官能ウレタン(メタ)アクリレートであることが望ましい。
また、クラッド形成用組成物において、反応性希釈剤は、官能基1個当たりの平均分子量400以上5000以下の(メタ)アクリレートであることが望ましい。
また、クラッド形成用組成物において、シランカップリング剤は、(メタ)アクリル系、及び、アミン系のシランカップリング剤のうち、少なくとも1種を含むことが望ましい。
また、クラッド材料の硬化後のゴム硬度は、60度以下10度以上であることが望ましい。
In all the above inventions, in the clad forming composition, the urethane (meth) acrylate is preferably a bifunctional urethane (meth) acrylate having a polyalkylene glycol residue and an aliphatic diisocyanate residue as main skeletons. .
In the cladding forming composition, the reactive diluent is preferably a (meth) acrylate having an average molecular weight of 400 to 5000 per functional group.
In the clad forming composition, the silane coupling agent preferably contains at least one of (meth) acrylic and amine-based silane coupling agents.
The rubber hardness after curing of the clad material is desirably 60 degrees or less and 10 degrees or more.
第4の発明は、第1乃至第3の何れかの発明の自己形成光導波路を有し、硬化されたコアと、筐体とが、直接、もしくは、透明樹脂層を介して接合していることを特徴とする光導波路部品である。
また、第5の発明は、第1乃至第4の何れかの発明の自己形成光導波路を有し、硬化されたクラッドと、筐体とが、直接、もしくは、透明樹脂層を介して接合していることを特徴とする光導波路部品である。
A fourth invention includes the self-forming optical waveguide according to any one of the first to third inventions, and the cured core and the housing are joined directly or via a transparent resin layer. An optical waveguide component characterized by the above.
The fifth invention has the self-forming optical waveguide of any one of the first to fourth inventions, and the cured clad and the casing are joined directly or via a transparent resin layer. It is an optical waveguide component characterized by the above.
次に、製法の発明について説明する。
第5の発明は、筐体内に第1乃至第3の何れかの発明のコア形成用組成物を導入して、自己形成光導波路コアを成長させた後、未硬化の前記コア形成用組成物を除去してから、除去した部分に第1の発明又は上記発明のクラッド形成用組成物を導入して、光照射により前記クラッド形成用組成物を硬化させることにより光導波路部品を作製することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
Next, the invention of the manufacturing method will be described.
According to a fifth aspect of the present invention, the core-forming composition according to any one of the first to third aspects is introduced into a housing to grow a self-forming optical waveguide core, and then the uncured composition for forming a core is used. After removing the first, the cladding forming composition of the first invention or the above invention is introduced into the removed portion, and the cladding forming composition is cured by light irradiation to produce an optical waveguide component. It is the manufacturing method of the optical waveguide component characterized.
[コア組成物について]
COOH基を有する(メタ)アクリレートは、水素結合性により硬化物の密着性を改善する。自己形成光導波路は光ファイバや、筐体や、フィルタ等の光学部品と優れた密着性を有することが必要となる。特に、使用環境下において温度変化が激しい場合、導波路と前記部品との剥離により不具合が生じやすい。例えば、JIS C 0025規格において、温度変化の繰り返しに耐える能力を試験するための試験方法として熱衝撃のある場合や無い場合のそれぞれについて温度サイクル試験が規定されているように、通常の光部品は温度サイクル試験をクリアすることが要求されている。例えば、AMIC ( Automotive Multimedia Interface Collaboration )によると、光トランシーバに関して85℃と−40℃との温度条件の熱衝撃試験を100サイクル実施することが要求されている。
[Attached to the core composition]
The (meth) acrylate having a
例えば、化学式(1)と化学式(2)とから構成された材料を自己形成光導波路用コア材料として用いた光分岐結合器の場合、コア材料の剥離により温度サイクル試験をクリアすることが困難であった。一方、化学式(1)と化学式(2)とCOOH基を有する(メタ)アクリレートとから構成された材料を自己形成光導波路用コア材料として用いた光分岐結合器の場合、COOH基に起因するコア材料の高い密着性により温度サイクル試験に対する高い耐性を示した。 For example, in the case of an optical branching coupler using a material composed of chemical formula (1) and chemical formula (2) as a core material for a self-forming optical waveguide, it is difficult to clear the temperature cycle test by peeling the core material. there were. On the other hand, in the case of an optical branching coupler using a material composed of chemical formula (1), chemical formula (2), and (meth) acrylate having a COOH group as a core material for a self-forming optical waveguide, a core caused by a COOH group The high adhesion of the material showed high resistance to temperature cycling test.
密着性を改良する(メタ)アクリレートモノマとしては、OH基タイプのモノマもあるが、自己形成光導波路用コア材料への適用では十分な効果が得られなかった。シランカップリング剤の添加も密着性改良には効果があるが、光散乱の原因となったり、ポットライフ減少の原因になるために好ましくない。 As the (meth) acrylate monomer for improving the adhesion, there is an OH group type monomer, but a sufficient effect was not obtained when applied to a core material for a self-forming optical waveguide. Although the addition of a silane coupling agent is also effective for improving the adhesion, it is not preferable because it causes light scattering and reduces pot life.
変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート(化学式(1))は高屈折率であり、かつ、透明性に優れ、コア材料の主成分として適当である。自己形成光導波路の自己形成成長の観点でも優れている。また、安価で入手しやすく、工業的にも優れている。ここで、ビスフェノールA型とは、ビスフェノールF型やビスフェノールAF型といった類似構造も含むものとする。 Denatured bisphenol A Kataji (meth) acrylate (Formula (1)) is a high refractive index and excellent transparency, which is suitable as a main component of the core material. It is also excellent in terms of self-forming growth of self-forming optical waveguides. In addition, it is inexpensive, easily available, and industrially superior. Here, bisphenol A type includes similar structures such as bisphenol F type and bisphenol AF type.
l+mが小さいと高粘度になりすぎると同時に、架橋点間距離が短くなるために光散乱性の損失が大きくなる。粘度と損失の観点からは、l+mが大きい程良い。l+mが大きいと、分子運動性が増すとともに酸化劣化しやすくなり、耐熱性が低くなる。耐熱性の観点からはl+mは小さい程良い。85℃程度の耐熱性の場合、l+mは10程度以下が望ましい。100℃程度の耐熱性の場合、l+mは4程度以下が望ましい。l+mが大きいと重合収縮が小さくなるために、l+mが大きすぎると硬化前後の屈折率変化が小さくなり、自己形成光導波路の形成が困難となる。導波路長数mmから十数mmの自己形成光導波路形成の観点からは、l+mは10程度以下であることが望ましい。最適なl+mは、他成分に依存して変わってくるが、化学式(1)の配合が多い場合には、l+mは4程度が最適である場合が多い。 When l + m is small, the viscosity becomes too high, and at the same time, the distance between cross-linking points is shortened, so that the light scattering loss is increased. From the viewpoint of viscosity and loss, the larger l + m is better. When l + m is large, the molecular mobility is increased and oxidation degradation is easily caused, and the heat resistance is lowered. From the viewpoint of heat resistance, the smaller l + m is better. In the case of heat resistance of about 85 ° C., l + m is desirably about 10 or less. In the case of heat resistance of about 100 ° C., l + m is desirably about 4 or less. When l + m is large, polymerization shrinkage is small. When l + m is too large, the refractive index change before and after curing is small, and it is difficult to form a self-forming optical waveguide. From the viewpoint of forming a self-formed optical waveguide having a waveguide length of several millimeters to several tens of millimeters, l + m is desirably about 10 or less. The optimum l + m varies depending on other components, but when the chemical formula (1) is mixed in many cases, the optimum l + m is often about 4.
ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート(化学式(2))は、低粘度であるためコア材料の粘度調整成分として適当である。置換式自己形成光導波路においては、作業性の観点から粘度調整は重要である。また、安価で入手しやすく、工業的にも優れている。透明性の観点からは、nは大きい程良い。透明性を優先するならnは7程度以上が最もよい。しかし、好ましいnの値は他成分の分子構造や、配合割合によっても変わってくる。主成分が比較的高分子量であるなら、化学式(2)は比較的低分子量であっても高い透明性を示し、逆に主成分が比較的低分子量であるなら、化学式(2)は比較的高分子量であることが透明性の要求から必要となる。 Polyalkylene glycol di (meth) acrylate (Formula (2)) are suitable as viscosity adjusting component of the core material for a low viscosity. In a replaceable self-forming optical waveguide, viscosity adjustment is important from the viewpoint of workability. In addition, it is inexpensive, easily available, and industrially superior. From the viewpoint of transparency, n is preferably as large as possible. If priority is given to transparency, n is preferably about 7 or more. However, the preferable value of n varies depending on the molecular structure of other components and the blending ratio. If the main component has a relatively high molecular weight, the chemical formula (2) shows high transparency even at a relatively low molecular weight. Conversely, if the main component has a relatively low molecular weight, the chemical formula (2) A high molecular weight is required for transparency requirements.
nが大きいと、分子運動性が増すとともに酸化劣化しやすくなり、耐熱性が低くなる。耐熱性の観点からはnは小さい程良い。化学式(2)の配合割合が増えるほど、耐熱性に対する化学式(2)の寄与が大きくなる。例えば、化学式(2)の配合割合が5wt%から20wt%程度の場合、85℃程度の耐熱性を要求される用途では、nは14程度以下が望ましく、100℃程度の耐熱性を要求される用途では、nは9程度以下が望ましい。また、例えば、化学式(2)の配合割合が30wt%から40wt%程度の場合、85℃程度の耐熱性を要求される用途では、nは9程度以下が望ましく、100℃程度の耐熱性を要求される用途では、nは7程度以下が望ましい。 When n is large, the molecular mobility is increased and the oxidation is easily deteriorated, and the heat resistance is lowered. From the viewpoint of heat resistance, the smaller n is better. As the proportion of chemical formula (2) increases, the contribution of chemical formula (2) to heat resistance increases. For example, when the compounding ratio of the chemical formula (2) is about 5 wt% to about 20 wt%, n is desirably about 14 or less, and heat resistance of about 100 ° C. is required in applications that require heat resistance of about 85 ° C. In applications, n is preferably about 9 or less. For example, when the compounding ratio of chemical formula (2) is about 30 wt% to 40 wt%, n is preferably about 9 or less, and heat resistance of about 100 ° C. is required in applications that require heat resistance of about 85 ° C. In the intended application, n is preferably about 7 or less.
導波路長数mmから十数mmの自己形成光導波路形成の観点からは、nが大きくなると硬化収縮が小さくなるために、硬化前後の屈折率差による形成光の閉じ込め条件を得ることが困難となる。化学式(2)の配合割合が増えるほど、自己形成光導波路形成可能性に対する化学式(2)の寄与が大きくなる。例えば、化学式(2)の配合割合が5wt%から10wt%程度の場合、nは14程度以下が望ましい。また、化学式(2)の配合割合が20wt%程度の場合、nは9程度以下が望ましい。また、化学式(2)の配合割合が30wt%から40wt%程度の場合、nは7程度以下が望ましい。 From the viewpoint of forming a self-formed optical waveguide having a waveguide length of several millimeters to several tens of millimeters, it is difficult to obtain the confinement condition of the formed light due to the difference in refractive index before and after curing because the shrinkage of curing decreases as n increases. Become. As the compounding ratio of chemical formula (2) increases, the contribution of chemical formula (2) to the possibility of forming a self-forming optical waveguide increases. For example, when the compounding ratio of the chemical formula (2) is about 5 wt% to 10 wt%, n is preferably about 14 or less. When the compounding ratio of chemical formula (2) is about 20 wt%, n is preferably about 9 or less. Further, when the compounding ratio of the chemical formula (2) is about 30 wt% to 40 wt%, n is preferably about 7 or less.
変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート(化学式(1))と、ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート(化学式(2))と、COOH基を有する(メタ)アクリレートの混合物は相溶性が良好であり、自己形成光導波路のコア材料として用いたときに良好な透明性を示した。化学式(2)は低粘度であるとともに化学式(1)との相溶性が良好であるため、光導波路としての透明性を維持しながら材料の粘度を低減する成分として良好であった。COOH基を有する(メタ)アクリレートは、水素結合性により硬化物の密着性を向上させる。 Denatured bisphenol A Kataji (meth) acrylate and (Formula (1)), polyalkylene glycol di (meth) acrylate (Formula (2)) and has a COOH group (meth) mixture of acrylate compatibility is good Yes, it showed good transparency when used as a core material for self-forming optical waveguides. Since the chemical formula (2) has low viscosity and good compatibility with the chemical formula (1), it is a good component for reducing the viscosity of the material while maintaining transparency as an optical waveguide. The (meth) acrylate having a COOH group improves the adhesion of the cured product by hydrogen bonding.
COOH基を有する(メタ)アクリレートとしては、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート(ダイセル・サイテック社製β−CEA)、2−アクリロイルオキシエチルサクシネート(新中村化学工業社製A−SA)、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸(新中村化学工業社製ACB−3)、新中村化学工業社製CBX−1N、新中村化学工業社製ACB−21、大阪有機化学工業社製ビスコート#2000,2100などがある。密着性改良の観点からは、どのモノマも効果的であるが、芳香環にCOOH基が直接ついているものよりもアルキレン基、もしくは、シクロアルキレン基にCOOH基が結合したもの(β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−アクリロイルオキシエチルサクシネート、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸など)がより効果的であった。 As the (meth) acrylate having a COOH group, β-carboxyethyl (meth) acrylate (β-CEA manufactured by Daicel Cytec), 2-acryloyloxyethyl succinate (A-SA manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid (ACB-3, Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), CBX-1N, Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., ACB-21, Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., Biscoat #, Osaka Organic Chemical Co., Ltd. 2000, 2100 and the like. From the viewpoint of improving the adhesion, any monomer is effective, but an alkylene group or a cycloalkylene group in which a COOH group is bonded (β-carboxyethyl ( (Meth) acrylate, 2-acryloyloxyethyl succinate, 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, etc.) were more effective.
COOH基を有する(メタ)アクリレートの添加量としては、少なすぎると密着性改良の効果が不十分であるため、1wt%以上の添加が好ましい。しかし、添加量が多くなると自己形成光導波路の耐熱性等の特性が低下した。そのため、多くても10wt%以下の添加が好ましい。より好ましくは、3wt%から6wt%程度の添加が望ましい。
As the addition amount of the (meth) acrylate having a
変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート(化学式(1))はコア材料の主成分として適当であるため、50wt%以上の含有量であることが望ましい。さらに好ましくは、70wt%以上の含有量であることが最良である。化学式(1)の硬化物の屈折率は比較的大きいため、コアの屈折率を大きくする必要がある場合には、化学式(1) の含有量を多くすることが必要となる。 Denatured bisphenol A Kataji (meth) acrylate (Formula (1)) is because it is suitable as the main component of the core material, it is desirable that the content of more than 50 wt%. More preferably, the content is 70 wt% or more. Since the refractive index of the cured product of the chemical formula (1) is relatively large, when it is necessary to increase the refractive index of the core, it is necessary to increase the content of the chemical formula (1).
ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート(化学式(2))はコア材料の粘度調整成分として適当であるため、49wt%以下の含有量であることが望ましい。化学式(2)の硬化物の屈折率は比較的小さいため、コアの屈折率を大きくする必要がある場合には、化学式(2)の含有量を少なくすることが必要となる。また、量が少なすぎると粘度調整の効果が少なくなるため、3wt%以上の含有量であることが望ましい。さらに好ましくは、25wt%以下、10wt%以上の含有量であることが最良である。 Since polyalkylene glycol di (meth) acrylate (Formula (2)) are suitable as viscosity adjusting component of the core material, it is desirable that the content of less 49 wt%. Since the refractive index of the cured product of the chemical formula (2) is relatively small, it is necessary to reduce the content of the chemical formula (2) when it is necessary to increase the refractive index of the core. Moreover, since the effect of viscosity adjustment will decrease if the amount is too small, the content is preferably 3 wt% or more. More preferably, the content is 25 wt% or less and 10 wt% or more.
コア材料の配合としては、化学式(1)については55wt%以上90wt%以下、化学式(2)については3wt%以上40wt%以下、COOH基を有する(メタ)アクリレートについては3wt%以上7wt%以下、光重合開始剤については0.05wt%以上2wt%以下であることが、組成物の粘度、硬化物の屈折率、硬化物の透明性、自己形成光導波路の成長しやすさ・形状制御の容易さの観点から望ましい。 Co The blending of A material, 90 wt% or more 55 wt% for the formula (1) or less, 40 wt% or more 3 wt% for the formula (2) below, having a COOH group (meth) below 7 wt% or more 3 wt% for acrylate The photopolymerization initiator should be 0.05 wt% or more and 2 wt% or less to control the viscosity of the composition, the refractive index of the cured product, the transparency of the cured product, the ease of growth and shape control of the self-formed optical waveguide. Desirable from the viewpoint of ease.
[クラッド組成物について]
ウレタン(メタ)アクリレートを主成分としているので、その硬化物は柔軟で、強靭で、かつ、密着性に優れている。温度サイクル試験における自己形成光導波路の劣化モードとしては、導波路の部品(光ファイバ、フィルタ、筐体など)からの剥離とクラッド部に生じるクラックが主要因である。ウレタン(メタ)アクリレートの良好な密着性は導波路の剥離防止に有効である。また、柔軟性はクラッドからコアに加わる応力の低減に有効であり、コアの剥離防止に有効である。硬化物の強靱さにより、クラッド内にはクラックが生じ難い。また、柔軟性はクラッドの特定箇所に応力が集中することを妨げるため、温度変化による応力集中でクラッド内にクラックが生じ難い。その結果、ウレタン(メタ)アクリレートを主成分とするクラッドは、温度サイクル試験における自己形成光導波路の高信頼性を実現する。
[With the cladding composition]
Since the main component urethane (meth) acrylate, the cured product is flexible, tough, and excellent in adhesiveness. Degradation modes of self-formed optical waveguides in temperature cycle tests are mainly caused by separation from waveguide components (such as optical fibers, filters, and housings) and cracks that occur in the cladding. Good adhesion of urethane (meth) acrylate is effective in preventing the waveguide from peeling off. Flexibility is effective in reducing the stress applied from the clad to the core, and is effective in preventing the core from peeling off. Due to the toughness of the cured product, cracks are unlikely to occur in the cladding. Further, since flexibility prevents stress from concentrating on a specific portion of the clad, cracks are unlikely to occur in the clad due to stress concentration due to temperature changes. As a result, the cladding mainly composed of urethane (meth) acrylate realizes high reliability of the self-formed optical waveguide in the temperature cycle test.
官能基1個当たりの平均分子量が1000以上のウレタン(メタ)アクリレートを主成分として40重量%以上含有するため、光硬化時の硬化収縮が少ない。その結果、自己形成光導波路コアに及ぼす硬化歪みの影響が少なく、温度サイクル試験において自己形成光導波路コアの剥離が生じにくい。 Since 40% by weight or more of urethane (meth) acrylate having an average molecular weight per functional group of 1000 or more as a main component is contained, curing shrinkage during photocuring is small. As a result, the effect of curing strain on the self-forming optical waveguide core is small, and the self-forming optical waveguide core is hardly peeled off in the temperature cycle test.
主成分であるウレタン(メタ)アクリレートの官能基1個当たりの平均分子量は、大きければ大きいほど光硬化時の硬化収縮が少ないという観点から望ましい。硬化収縮の影響は硬化物に歪みとして残る。温度サイクル試験においてはこの硬化歪みが重大な影響を及ぼす。官能基1個当たりの平均分子量が1000以下であれば、硬化歪みの影響により車載環境のような温度変化の大きな条件下での信頼性に問題が生じる。官能基1個当たりの平均分子量が1000以上であれば、比較的良好な信頼性を示し、2000以上であればさらに良好な信頼性を示す。5000以上であればさらに好ましい。 The larger the average molecular weight per functional group of urethane (meth) acrylate, which is the main component, is desirable from the viewpoint of less curing shrinkage during photocuring. The effect of cure shrinkage remains as a strain on the cured product. In the temperature cycle test, this hardening strain has a significant effect. If the average molecular weight per functional group is 1000 or less, a problem arises in reliability under conditions of large temperature changes such as in-vehicle environment due to the influence of curing strain. If the average molecular weight per functional group is 1000 or more, relatively good reliability is shown, and if it is 2000 or more, better reliability is shown. More preferably, it is 5000 or more.
官能基1個当たりの平均分子量が大きくなればなるほど未硬化時の粘度が増加するなど、作業性に問題が出てくる。反応性希釈剤など、主成分以外の成分や、使用時の温度条件などに依存して作業性が変わってくるため、他の成分を配合した組成物の作業性が十分であれば主成分として使用可能である。 As the average molecular weight per functional group increases, the viscosity at the time of uncuring increases, resulting in problems in workability. Workability changes depending on the components other than the main component, such as reactive diluents, and temperature conditions during use, etc., so if the workability of the composition containing other components is sufficient, It can be used.
一般に平均分子量が1000以上のウレタン(メタ)アクリレートは高粘度であるため、そのままでは筐体に充填することが困難である。そこで、反応性希釈剤を添加して粘度を低減する。この組成物の粘度は、充填の容易さという観点からは低い方が好ましいが、充填が可能であれば高粘度でも使用可能である。高粘度の場合でも、樹脂を昇温して充填したり、真空注型により充填したりすることができる。プロセスや筐体形状などにあわせて、適当な粘度の材料を選定すれば良い。 In general, urethane (meth) acrylate having an average molecular weight of 1000 or more has a high viscosity, so that it is difficult to fill the casing as it is. Therefore, a reactive diluent is added to reduce the viscosity. The viscosity of the composition is preferably low from the viewpoint of ease of filling, but can be used even at high viscosity if filling is possible. Even in the case of high viscosity, the resin can be filled at an elevated temperature or filled by vacuum casting. A material with an appropriate viscosity may be selected in accordance with the process and the housing shape.
反応性希釈剤の添加量は多くなりすぎると硬化収縮や硬化歪みの影響が大きくなる。そのため、40wt%以下であることが望ましく、20wt%以下であればさらに好ましい。反応性希釈剤としては低粘度のラジカル重合性モノマーであればどのような分子構造のものでも使用可能であるが、屈折率を低くするには脂肪族化合物が好ましく、密着性の改善のためには極性基を有する化合物が好ましい。硬化歪みを小さくする観点からは、分子量が高いものが好ましく、一分子あたりのラジカル重合性の官能基数は少ない方が望ましい。 If the amount of reactive diluent added is too large, the effects of curing shrinkage and curing distortion will increase. Therefore, it is desirably 40 wt% or less, and more preferably 20 wt% or less. As the reactive diluent, any molecular structure can be used as long as it is a low-viscosity radical-polymerizable monomer, but an aliphatic compound is preferable for lowering the refractive index. Is preferably a compound having a polar group. From the viewpoint of reducing the curing strain, those having a high molecular weight are preferable, and it is desirable that the number of radically polymerizable functional groups per molecule is small.
クラッド材料はシランカップリング剤を含有するので、クラッドとフィルタや筐体などの光部品との密着性が優れている。シランカップリング剤の添加量が多くなると、ポットライフが短くなったり、硬化物の柔軟性が低減する。柔軟性の低い硬化物は、温度変化による応力集中でクラッド内にクラックが生じやすい。そのため、添加量としては10wt%以下が必要であり、5wt%以下が望ましい。3wt%以下がさらに好ましい。クラッド材料の光導波損失に対する影響は、コア材料と比べて小さいため、クラッド材料へのシランカップリング剤の利用は可能であるが、クラッドが白濁して見えるような状況では光導波損失に対する影響がある。 Since clad material contains a silane coupling agent, adhesion between the optical components such as cladding and filter and housing are excellent. When the amount of the silane coupling agent added is increased, the pot life is shortened and the flexibility of the cured product is reduced. A cured product with low flexibility is likely to crack in the clad due to stress concentration due to temperature change. Therefore, the addition amount is required to be 10 wt% or less, and preferably 5 wt% or less. 3 wt% or less is more preferable. Since the influence of the clad material on the optical waveguide loss is smaller than that of the core material, it is possible to use a silane coupling agent for the clad material. is there.
筐体にクラッドが接着した形体の自己形成光導波路では、筐体とクラッドとの密着性が重要である。シランカップリング剤は、筐体とクラッドとの密着性を考慮して適切なものを選定する。導波路内にフィルタなどの光部品を内包するデバイスでは、光部品とクラッドとの密着性も考慮する必要がある。シランカップリング剤を使用しないで、自己形成光導波路用クラッドに要求される全ての特性に加えてこれらの密着性を実現することは、技術的、コスト的に困難であった。 In a self-formed optical waveguide having a shape in which a clad is bonded to a casing, the adhesion between the casing and the clad is important. An appropriate silane coupling agent is selected in consideration of the adhesion between the casing and the clad. In a device including an optical component such as a filter in a waveguide, it is necessary to consider the adhesion between the optical component and the clad. It has been technically and costly difficult to realize these adhesion properties in addition to all the characteristics required for a self-forming optical waveguide cladding without using a silane coupling agent.
前記クラッド材料は、柔軟であるため、酸化劣化が生じやすい。例えば、85℃から100℃程度の耐熱性を実現するには、酸化防止剤の添加が必要である。ブリードアウトによる効果低減を防ぐために、他の成分との相溶性に優れる酸化防止剤を選定する必要がある。酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系やヒンダードアミン系等の一般的な酸化防止剤を使用できる。(メタ)アクリレート成分との相溶性の観点から適当なものを選ぶ必要がある。長期に渡り酸化防止効果を維持することから、ヒンダードアミン系の酸化防止剤は有効である。添加量は必要とされる耐熱性に見合う添加量を適切に設定すればよいが、通常の添加量は5%以下である。 Since the cladding material is flexible, it is likely to undergo oxidative degradation. For example, in order to achieve heat resistance of about 85 ° C. to 100 ° C., it is necessary to add an antioxidant. In order to prevent a reduction in effect due to bleed-out, it is necessary to select an antioxidant that is excellent in compatibility with other components. As the antioxidant, general antioxidants such as hindered phenols and hindered amines can be used. It is necessary to select an appropriate one from the viewpoint of compatibility with the (meth) acrylate component. A hindered amine antioxidant is effective because it maintains an antioxidant effect for a long period of time. The addition amount may be set appropriately according to the required heat resistance, but the usual addition amount is 5% or less.
光重合開始剤は、硬化物の厚み、照射する光の波長分布、光硬化性樹脂の透明性、官能基の濃度、反応性、雰囲気の条件など様々な条件を考慮して、適当なものを使用する。従来のラジカル重合性光硬化性樹脂に使用されている光重合開始剤を使用することができる。添加量は光重合開始剤と光反応性成分の特性により適切に選択すればよいが、通常の添加量は5%以下である。 The photopolymerization initiator should be an appropriate one in consideration of various conditions such as the thickness of the cured product, the wavelength distribution of the light to be irradiated, the transparency of the photocurable resin, the concentration of the functional group, the reactivity, and the conditions of the atmosphere. use. The photoinitiator currently used for the conventional radically polymerizable photocurable resin can be used. The addition amount may be appropriately selected depending on the characteristics of the photopolymerization initiator and the photoreactive component, but the usual addition amount is 5% or less.
ウレタン(メタ)アクリレートとして、ポリアルキレングリコール残基と脂肪族ジイソシアナート残基とを主骨格とする二官能ウレタン(メタ)アクリレートを使用すると、粘度が比較的低いことや、熱劣化による黄変が少ないこと、屈折率が低いのでクラッド材料として好ましいこと、工業的に容易かつ安価に入手できることで優れている。粘度が低いことは、筐体に樹脂を充填する上で有効であり、黄変が少ないと言うことは光伝送特性の点で有効である。屈折率が低いことは、高開口数の導波路を実現する上で有効である。官能基数は多くなると硬化歪みや材料硬度の点で不利である。実用上はシンプルな分子構造で安価に合成可能な前記二官能ウレタン(メタ)アクリレートが望ましい。 As urethane (meth) acrylate, the use of difunctional urethane (meth) acrylates and polyalkylene glycol residues and aliphatic diisocyanates residue as a main skeleton, it and the relatively low viscosity, yellow due to thermal degradation It is excellent in that it is less likely to change, is preferable as a cladding material because of its low refractive index, and is easily and inexpensively available industrially. Low viscosity is effective in filling the housing with resin, and low yellowing is effective in terms of optical transmission characteristics. The low refractive index is effective in realizing a high numerical aperture waveguide. An increase in the number of functional groups is disadvantageous in terms of curing strain and material hardness. Practically, the bifunctional urethane (meth) acrylate that can be synthesized at a low cost with a simple molecular structure is desirable.
反応性希釈剤は粘度が低いことが必要であると同時に、硬化収縮量や硬化時の発熱量を低く抑える観点から高分子量であることが望ましい。官能基1個当たりの分子量は、大きいほど望ましいが、400程度以上であることが望ましい。特に、反応性希釈剤の添加量が10wt%を超える場合には、400以上の分子量が有効であるが、それ以下の添加量の時にも400以上の分子量は有効である。ただし、添加量が例えば、5wt%以下などのように非常に少ない場合は、分子量が小さくても使用可能である。 Reactivity diluent is preferably at the same time it is necessary to have a low viscosity, a high molecular weight from the viewpoint of suppressing heat generation amount of low at the time of curing shrinkage amount and curing. The molecular weight per functional group is preferably as large as possible, but is preferably about 400 or more. In particular, when the addition amount of the reactive diluent exceeds 10 wt%, a molecular weight of 400 or more is effective, but a molecular weight of 400 or more is effective even when the addition amount is less than that. However, when the addition amount is very small such as 5 wt% or less, it can be used even if the molecular weight is small.
反応性希釈剤は主成分のウレタン(メタ)アクリレートと比べると低分子量であるため、多官能であると硬化歪みが大きくなったり、硬化物の硬度が高くなったりするため、温度サイクル試験において剥離やクラックの原因となる。そのため、官能基の数は少ないほど好ましく、単官能であることが最も望ましい。反応性希釈剤の添加量が大きいほど、単官能の有効性が顕著となる。反応性希釈剤として、複数の化合物の混合物を使用する場合、平均的な官能基数が少ないほど好ましく、平均的な官能基1個当たりの分子量が多いほど好ましい。 Reactive diluents have a low molecular weight compared to the main component urethane (meth) acrylate, so if they are multifunctional, the curing distortion will increase and the hardness of the cured product will increase. Cause cracks. Therefore, the smaller the number of functional groups, the better, and it is most desirable that it be monofunctional. The greater the amount of reactive diluent added, the more significant the monofunctional effectiveness. When a mixture of a plurality of compounds is used as the reactive diluent, the smaller the average number of functional groups, the more preferable, and the higher the molecular weight per average functional group.
反応性希釈剤としては、主成分であるウレタン(メタ)アクリレートとの相溶性に優れたものを使用する。例えば、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレン第2級アルキルエーテル(メタ)アクリレートなどがあげられる。コアとクラッドの屈折率差を大きくする必要がある場合は、脂肪族化合物を用いることが望ましいが、コア用材料やクラッド用材料の他成分との関係で芳香族化合物でも使用可能な場合がある。 As the reactive diluent, one having excellent compatibility with the main component urethane (meth) acrylate is used. For example, methoxy polyethylene glycol (meth) acrylate, methoxy polypropylene glycol (meth) acrylate, phenoxy polyethylene glycol (meth) acrylate, phenoxy polypropylene glycol (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, Examples thereof include polyoxyethylene secondary alkyl ether (meth) acrylate. When it is necessary to increase the refractive index difference between the core and the clad, it is desirable to use an aliphatic compound, but an aromatic compound may also be usable in relation to other components of the core material and the clad material. .
シランカップリング剤としては、(メタ)アクリル系やアミン系などのシランカップリング剤が、密着性向上に有効である。(メタ)アクリル系のシランカップリング剤は、他の(メタ)アクリレートと反応するため硬化後の相分離やブリードアウトを低減でき、有効である。アミン系のシランカップリング剤は、コア材料のCOOH基との反応や水素結合性による密着性向上が期待される。 Shi The silane coupling agent, (meth) silane coupling agents such as an acrylic or amine is effective in improving adhesion. Since the (meth) acrylic silane coupling agent reacts with other (meth) acrylates, it can reduce phase separation and bleed-out after curing, and is effective. The amine-based silane coupling agent is expected to improve adhesion due to reaction with the COOH group of the core material and hydrogen bonding.
筐体にクラッドが接着した形体の自己形成光導波路では、筐体とクラッドとの密着性が重要である。シランカップリング剤は、筐体とクラッドとの密着性を考慮して適切なものを選定する。ポリメチルメタクリレート製やポリカーボネート製やシクロオレフィン製の筐体を使用する場合や、ガラス基板を使用した光学フィルタを使用したデバイスにおいては、(メタ)アクリル系やアミン系などのシランカップリング剤が有効であった。 In a self-formed optical waveguide having a shape in which a clad is bonded to a casing, the adhesion between the casing and the clad is important. An appropriate silane coupling agent is selected in consideration of the adhesion between the casing and the clad. Silane coupling agents such as (meth) acrylic and amine are effective when using polymethylmethacrylate, polycarbonate, or cycloolefin housings or when using optical filters that use glass substrates. Met.
温度サイクル試験においてクラッドの膨張収縮によりコアに加わる応力を低減するには、クラッド材料の硬度が低いことが望ましい。有効な材料の硬度は導波路形状に依存するが、導波路長が数mmから十数mmの場合では、硬化後のゴム硬度は60度程度以下であることが望ましい。硬度の低いクラッド材料は、筐体内に自己形成光導波路を保持した形体のデバイスにおいて特に有効に作用する。筐体を用いずに、導波路の周囲が解放された状態であると、クラッドの膨張収縮の影響がかえって大きくなる場合があるためである。 To reduce the stress applied to the core by the expansion and contraction of the cladding in the temperature cycle test, it is desirable that the hardness of the cladding material is low. The hardness of the effective material depends on the shape of the waveguide, but when the waveguide length is several mm to several tens of mm, the rubber hardness after curing is desirably about 60 degrees or less. Clad materials with low hardness work particularly effectively in devices that are shaped to hold self-forming optical waveguides within the housing. This is because the influence of expansion and contraction of the clad may be increased when the periphery of the waveguide is released without using the housing.
コア材料の特性が良くてもクラッド材料の特性が優れないと、自己形成光導波路としては良好な信頼性を得ることはできない。また、クラッド材料の特性が良くてもコア材料の特性が優れていないと、自己形成光導波路としては十分に良好な信頼性を得ることはできない。特性の優れたコア材料と特性の優れたクラッド材料を組み合わせることにより、最大の効果が実現される。 When co properties of the cladding material at best the characteristics of A material is not good, it is not possible as the self-forming optical waveguide obtain good reliability. Further, even if the characteristics of the cladding material are good, if the core material characteristics are not excellent, it is not possible to obtain sufficiently good reliability as a self-formed optical waveguide. The maximum effect is achieved by combining a core material with excellent characteristics and a cladding material with excellent characteristics.
上記コア形成用組成物の硬化物は密着性に優れているため、筐体にコアが接合した形体のデバイスにおいて有効に使用される。 Since the cured product of the core-forming composition is excellent in adhesion, it is effectively used in a device having a shape in which a core is bonded to a housing.
上記クラッド形成用組成物の硬化物は、柔軟で、強靭で、かつ、密着性に優れているため、筐体内に自己形成光導波路を保持した形体のデバイスにおいて特に有効である。筐体を用いずに、導波路の周囲が解放された状態であると、クラッドの膨張収縮の影響がかえって大きくなる場合があり、また、密着性に優れるという特性を有効に利用するには、筐体内にクラッドが接合した形体であることが望ましいためである。 Since the cured product of the cladding forming composition is flexible, tough, and excellent in adhesion, it is particularly effective in a device having a shape in which a self-forming optical waveguide is held in a casing. If the periphery of the waveguide is released without using the housing, the influence of expansion and contraction of the clad may be increased, and in order to effectively use the property of excellent adhesion, This is because it is desirable that the clad is joined in the housing.
上記コア形成用組成物の硬化物と上記クラッド形成用組成物の硬化物は、それぞれ密着性に優れているため、筐体内にコアやクラッドを導入し、導波路作製プロセスにおいて筐体とコアの接合や、筐体とクラッドの接合を直接形成することが効率的なデバイス作製法となる。この場合、従来と同様に、導波路デバイス内に光学部品を挿入することが出来るが、光学部品とコアとの密着性・接着性に優れることや、光学部品とクラッドとの密着性・接着性に優れることも有効に作用している。 Cured product of the curable composition and the cladding forming composition of the core-forming composition is excellent in respective adhesion, the core and cladding is introduced into the housing, the housing and the core in the waveguide manufacturing process An efficient device manufacturing method is to directly form a bond or a bond between the casing and the clad. In this case, the optical component can be inserted into the waveguide device as in the conventional case, but the adhesion between the optical component and the core is excellent, and the adhesion between the optical component and the clad is excellent. The fact that it excels also works effectively.
新中村化学製A−BPE−4(変性ビスフェノールA型ジアクリレート、化学式(1)式においてX=−C2H4 −、Y=Z=−CH3 、l+m=4)を85g、新中村化学製A−SA(COOH基を有するアクリレート(2−アクリロイルオキシエチルサクシネート))を15g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173(光重合開始剤)を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料1とした。新中村化学製UA−340P(ポリアルキレングリコール残基と脂肪族ジイソシアナート残基とを主骨格とする二官能ウレタンアクリレート(含有量80%、官能基1個当たりの平均分子量が6500)、ポリアルキレングリコールジアクリレート(含有量20%、化学式(2)式においてX=−C3H6 −、n=12、分子量808))を82g、新中村化学製A−SAL−9E(分子量400以上の単官能アクリレート(反応性希釈剤))を15g、信越化学製KBM−903(アミン系シランカップリング剤)を2g、信越化学製KBM−5103(アクリル系シランカップリング剤)を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152(酸化防止剤)を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800(光重合開始剤)を0.5g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料21とした。
Shin-Nakamura Chemical A-BPE-4 (modified bisphenol A type diacrylate, X = —C 2 H 4 —, Y = Z = —CH 3 , 1 + m = 4 in the chemical formula (1)), 85 g, Shin-Nakamura Chemical A-SA (COOH group-containing acrylate (2-acryloyloxyethyl succinate)) 15 g and Ciba Specialty Chemicals DAROCUR 1173 (photopolymerization initiator) 0.2 g were mixed and stirred and defoamed into the core.
射出成形法で作製したポリカーボネート製筐体60(図1(a))にハーフミラー61を装着し(図1(b))、その筐体60内にコア材料1を充填してから、プラスチック光ファイバ62を筐体60に装着した(図1(c))。プラスチック光ファイバ62はコア径0.98mm、開口数0.5のものを用いた。プラスチック光ファイバ62を通して波長408nmの半導体レーザ光を強度約30mWの条件で照射した。コア材料1は照射されたレーザ光により徐々に硬化し、自己集光性によって軸状のコア63が形成された。ファイバ接続部65から直線的に成長したコアは、直進するコアとハーフミラー61で反射して90°方向に成長する分岐コア64に分岐して、それぞれ筐体60の表面まで成長し、成長開始点63aから終端部63bまでの長さがそれぞれ10mm程度のT字状に分岐したコアが形成された(図1(d))。ここで、コア63、64の端面は、ハーフミラー61の表面と筐体60の表面に接着している。筐体60の上部開口部60aから、未硬化のコア材料1を除去した(図1(e))。次に上記クラッド材料21を筐体60に充填し、紫外光を用いて光硬化させてクラッド66を形成することにより、光ファイバー62から結合した光を2分岐する光分岐器50を作製した(図1(f))。
A
作製した光分岐器50に、自己形成光導波路作製時に用いた光ファイバ62から波長500nmの光を結合し、ハーフミラー61を透過する側の導波路63cから筐体60の外部に出射した光の強度を、筐体60の外側からコア径1.5mmの受光用光ファイバ(図示略)で受光した。光ファイバ62の出射光量と受光用光ファイバの受光光量との比で定義される挿入損失は、4.8dBであった。ハーフミラー61による減衰が3dBあることや、光ファイバ62、受光用光ファイバ、と光導波路70(コア63とクラッド66からなる導波路)との接続損失を含んだ値であることを考慮すると、5dB程度の挿入損失は、光学特性としては十分に実用的な性能であると考えられる。また、ハーフミラー61で反射する側の分岐コア64とクラッド66とからなる分岐導波路71についても、ほぼ同等で実用的な挿入損失値であった。
A light having a wavelength of 500 nm is coupled to the produced
この光分岐器50を室温及び高温環境下に保存したときの波長500nmの光に対する挿入損失の経時変化を測定した。初期値からの変化量を時間に対してプロットしたものを図2に示す。評価した時間範囲において、導波路コアの端部はハーフミラーや筐体表面と接着したままであり、剥離は生じなかった。剥離が生じている場合は目視で確認できるが、もし、コアとハーフミラーとの界面ではく離が生じると、入射光の大部分はハーフミラーで反射するポートの側に進むので、透過する側では挿入損失が非常に大きくなる(挿入損失変化量>5dB)。また、コアと筐体表面とが剥離すると、挿入損失は0.5〜1dB程度となる。
The time-dependent change of insertion loss with respect to light having a wavelength of 500 nm was measured when the
図2より、室温では4000時間以上経過しても挿入損失の増加は認められないが、85℃では2000時間程度で挿入損失が1dB増加し、105℃では70時間程度で挿入損失が1dB増加することがわかる。熱処理を実施した光分岐器のコア部は黄変していることが確認できた。図2に示す損失の増加は、主にコア部の熱劣化に伴う光吸収損失の増大と考えられる。光吸収損失は、可視域近傍では、短波長ほど大きくなっていた。波長500nm程度の光では図に示す損失変化であるが、より長波長の光に対する損失変化は小さく、使用波長域によってはより高温環境下でも使用可能となる。 From FIG. 2, the insertion loss does not increase even after 4000 hours or more at room temperature, but the insertion loss increases by 1 dB after about 2000 hours at 85 ° C., and increases by 1 dB after about 70 hours at 105 ° C. I understand that. It was confirmed that the core part of the optical branching unit that had been heat-treated was yellowed. The increase in loss shown in FIG. 2 is considered to be mainly due to an increase in light absorption loss due to thermal deterioration of the core portion. The light absorption loss was larger as the wavelength was shorter near the visible range. Although the loss change shown in the figure is for light having a wavelength of about 500 nm, the loss change for longer wavelength light is small, and depending on the wavelength range used, it can be used even in a higher temperature environment.
次に、この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。エスペック社製SH−641小型環境試験器により、105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を100サイクル以上実施した。昇温と降温の時間は装置の成り行きにまかせたが、温度保持時間を含めて1サイクルにかかった時間は約4時間だった。試験後も導波路コアの端部はハーフミラーや筐体表面と接着したままであり、剥離は生じなかった。良好な耐冷熱サイクル性と耐熱性とを有していることがわかった。
Next, the thermal cycle test of this optical branching
コア材料1の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.549で、クラッド材料21の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.460だった。クラッド材料21の硬化物は柔軟なゴム状であった。ゴム硬度計(アズワン社製 型番GS−701)により計測したゴム硬度は50弱であった。
The refractive index of the cured material of the
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−400(ポリアルキレングリコールジアクリレート(化学式(2)式においてX=−C2H4−、n=9)、分子量508)を14g、新中村化学製A−SAを6g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料2とした。新中村化学製UA−340Pを90g、新中村化学製A−SAL−9Eを8.5g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料22とした。実施例1と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50に、自己形成光導波路作製時に用いた光ファイバ62から波長500nmの光を結合し、ハーフミラー61を透過する側の導波路63cから筐体60の外部に出射した光強度を、筐体60の外側からコア径1.5mmの受光用光ファイバで受光した。光ファイバ出射光量と受光用光ファイバの受光光量との比で定義される挿入損失は、4.8dBであった。
80 g of A-BPE-4 made by Shin-Nakamura Chemical, A-400 made by Shin-Nakamura Chemical (polyalkylene glycol diacrylate (X = —C 2 H 4 —, n = 9 in the chemical formula (2), molecular weight 508)) 14 g, 6 g of Shin-Nakamura Chemical A-SA, and 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR1173 were mixed, and the composition obtained by stirring and defoaming was used as the
この光分岐器50を室温及び高温環境下に保存したときの波長500nmの光に対する挿入損失の経時変化を測定した(図3)。図2と図3とを比較すると、実施例1よりも実施例2の光合分波器50の方が耐熱性に優れていることがわかる。
The time-dependent change of insertion loss with respect to light having a wavelength of 500 nm was measured when the
挿入損失値が初期値よりも0.5dB高くなるまでの時間を寿命と定義したところ、温度85℃での寿命は2300時間、温度95℃での寿命は245時間、温度105℃での寿命は73時間であった。アレニウスプロットにより、より低温域での寿命を求めたところ、温度60℃では28年間という値が得られた。例えば2000時間程度以上の長期安定性が必要な用途で、使用波長が500nmの条件では、使用可能な温度の上限は85℃程度であることがわかる。波長650nmの光に対する挿入損失は、95℃で1400時間後においても実験誤差の範囲で初期値と同等であり、105℃で950時間後においては初期値よりも0.2dB増加していた。使用波長域を600nmから900nm程度に限定すると、105℃程度の高温環境下でも長期的に使用可能な耐熱性を有していることが分かる。次に、この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を300サイクル以上実施したが、コア63、64の端部はハーフミラー61や筐体60の表面と接着したままであり、剥離は生じなかった。60サイクル後の波長500nmの光に対する挿入損失変化量は0.6dBであった。以上の結果より、良好な耐冷熱サイクル性と耐熱性とを有していることがわかる。
The lifetime until the insertion loss value becomes 0.5 dB higher than the initial value is defined as the lifetime. The lifetime at 85 ° C is 2300 hours, the lifetime at 95 ° C is 245 hours, and the lifetime at 105 ° C is It was 73 hours. When the lifetime in a lower temperature range was obtained by the Arrhenius plot, a value of 28 years was obtained at a temperature of 60 ° C. For example, it is understood that the upper limit of the usable temperature is about 85 ° C. under the condition where the long-term stability of about 2000 hours or more is necessary and the wavelength used is 500 nm. The insertion loss for light with a wavelength of 650 nm was equal to the initial value within the range of experimental error even after 1400 hours at 95 ° C., and increased by 0.2 dB from the initial value after 950 hours at 105 ° C. It can be seen that when the operating wavelength range is limited to about 600 nm to 900 nm, it has heat resistance that can be used for a long time even in a high temperature environment of about 105 ° C. Next, the thermal cycle test of this optical branching
コア材料2の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.546で、クラッド材料22の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.458だった。クラッド材料22の硬化物のゴム硬度をゴム硬度計(アズワン社製 型番GS−701)により計測したところ40弱であった。
The refractive index at a wavelength of 633 nm of the cured material of the
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−SAを20g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料3とした。それ以外は実施例1と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、5.1dBであった。85℃で約350時間熱処理したときの挿入損失変化量は0.8dBであった(実施例1の光分岐器50では、挿入損失変化量は0.5dB)。実施例1と比較すると、A−SA成分の含有量を多くした結果、挿入損失の劣化が大きくなった。
次に、この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を3サイクル実施した後の波長500nmの光に対する挿入損失変化量は0.16dBであった。
A
Next, the thermal cycle test of this optical branching
新中村化学製A−BPE−4を60g、新中村化学製A−400を20g、新中村化学製A−SAを20g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料4とした。それ以外は実施例1と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、5.1dBであった。85℃で約350時間熱処理したときの挿入損失変化量は0.5dBであった。実施例3と比較すると、A−400成分を導入した結果、挿入損失の劣化が小さくなった。コア材料4の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.534だった。
60 g of Shin-Nakamura Chemical A-BPE-4, 20 g of Shin-Nakamura Chemical A-400, 20 g of Shin-Nakamura Chemical A-SA, and 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR1173 were mixed and stirred and degassed. The product was used as the core material 4. Other than that, the optical branching
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−400を17g、新中村化学製A−SAを3g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料5とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、4.9dBであった。95℃で1000時間熱処理したときの波長500nmの光に対する挿入損失変化量は0.5dBであった。実施例2の光分岐器50では、挿入損失変化量は1.0dBであり、実施例2と比較すると、A−SA成分の含有量を少なくした結果、波長500nmにおける挿入損失の劣化が少なくなった。波長650nmの光に対する挿入損失は、95℃で1400時間後においても実験誤差の範囲で初期値と同等であり、105℃で950時間後においては初期値よりも0.06dB増加していた。実施例2よりもさらに優れた耐熱性であることがわかる。
80g of Shin-Nakamura Chemical A-BPE-4, 17g of Shin-Nakamura Chemical A-400, 3g of Shin-Nakamura Chemical A-SA, and 0.2g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR1173 were mixed and stirred and degassed. The product was designated as
次に、この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を200サイクル実施したところ、コア63、64の端部はハーフミラー61や筐体60の表面と接着したままであり、剥離は生じなかった。200サイクル後の波長500nmの光に対する挿入損失変化量は0.35dBであり、波長650nmの光に対する挿入損失は実験誤差の範囲で初期値と同等であった。以上の結果より、良好な耐冷熱サイクル性と耐熱性とを有していることがわかる。コア材料5の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.546だった。
Next, the thermal cycle test of this optical branching
新中村化学製U−412A(ポリアルキレングリコール残基と脂肪族ジイソシアナート残基とを主骨格とする二官能ウレタンアクリレート、官能基1個当たりの平均分子量が2350)を90g、新中村化学製A−SAL−9Eを8.5g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料26とした。実施例5と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、4.9dBであった。95℃で1000時間熱処理したときの波長500nmの光に対する挿入損失変化量は0.6dBであった。波長650nmの光に対する挿入損失は、95℃で1400時間後においても実験誤差の範囲で初期値と同等であった。優れた耐熱性であることがわかる。
90 g of Shin-Nakamura Chemical U-412A (a bifunctional urethane acrylate having a polyalkylene glycol residue and an aliphatic diisocyanate residue as the main skeleton and an average molecular weight of 2350 per functional group), manufactured by Shin-Nakamura Chemical A-SAL-9E 8.5g, Shin-Etsu Chemical KBM-903 1g, Shin-Etsu Chemical KBM-5103 0.5g, Ciba Specialty Chemicals Tinuvin 152 1g, Ciba Specialty Chemicals Irgacure 1800 0.2g, The stirred and degassed composition was used as the clad material 26. An optical branching
次に、この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。85℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を10サイクル実施したところ、コア63、64の端部はハーフミラー61や筐体60の表面と接着したままであり、剥離は生じなかった。以上の結果より、良好な耐冷熱サイクル性と耐熱性とを有していることがわかる。クラッド材料26の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.461だった。クラッド材料26の硬化物のゴム硬度をゴム硬度計(アズワン社製 型番GS−701)により計測したところ50弱であった。
Next, the thermal cycle test of this optical branching
日本合成化学工業製紫光UV−3700B(エーテルタイプの無黄変ウレタンアクリレートオリゴマー、分子量10,000以上、オリゴマー官能数2以上〜3未満)を75g、新中村化学製A−SAL−9Eを23g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料27とした。実施例5と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、5.0dBであった。95℃で1000時間熱処理したときの波長500nmの光に対する挿入損失変化量は0.4dBであった。波長650nmの光に対する挿入損失は、95℃で1400時間後においても実験誤差の範囲で初期値と同等であった。優れた耐熱性であることがわかる。
75 g of purple light UV-3700B (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry, ether type non-yellowing urethane acrylate oligomer, molecular weight 10,000 or more, oligomer
次に、この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。85℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を10サイクル実施したところ、コア63、64の端部はハーフミラー61や筐体60の表面と接着したままであり、剥離は生じなかった。以上の結果より、良好な耐冷熱サイクル性と耐熱性とを有していることがわかる。クラッド材料27の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.462だった。クラッド材料27の硬化物のゴム硬度をゴム硬度計(アズワン社製 型番GS−701)により計測したところ50弱であった。
Next, the thermal cycle test of this optical branching
[比較例1]
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−400を20gチバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料41とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を100サイクル実施したところ、コア63、64はハーフミラー61、もしくは、筐体60との界面で剥離した。実施例2や実施例5と比較すると、A−SA成分をなくした結果、耐冷熱サイクル性が低下したことを示している。コア材料41の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.547だった。
[Comparative Example 1]
80 g of Shin-Nakamura Chemical A-BPE-4, 20 g of Shin-Nakamura Chemical A-400, and 0.2 g of DAROCUR1173 manufactured by Ciba Specialty Chemicals were mixed and stirred and degassed to obtain the core material 41. Other than that, the optical branching
[比較例2]
新中村化学製UA−340Pを90g、新中村化学製A−SAL−9Eを10g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料52とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を100サイクル実施したところ、コア63、64はハーフミラー61、もしくは、筐体60との界面で剥離した。実施例2と比較すると、シランカップリング剤成分をなくした結果、耐冷熱サイクル性が低下したことを示している。
[Comparative Example 2]
90 g of Shin-Nakamura Chemical UA-340P, 10 g of Shin-Nakamura Chemical A-SAL-9E, 1 g of Tinvain 152 from Ciba Specialty Chemicals, and 0.2 g of Irgacure 1800 from Ciba Specialty Chemicals were mixed and stirred and degassed. A clad material 52 was obtained. Other than that, the optical branching
[比較例3]
新中村化学製UA−340Pを90g、新中村化学製A−SAL−9Eを8.5g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料53とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50を85℃雰囲気下に1000時間保存したところ、クラッドにはクラックが多数生じた。酸化防止剤の添加をなくした結果、耐熱性が低下したことを示している。
[Comparative Example 3]
Shin-Nakamura Chemical UA-340P 90g, Shin-Nakamura Chemical A-SAL-9E 8.5g, Shin-Etsu Chemical KBM-903 1g, Shin-Etsu Chemical KBM-5103 0.5g, Ciba Specialty Chemicals Irgacure 1800 A composition obtained by mixing 0.2 g and stirring and defoaming was used as a clad material 53. Other than that, the optical branching
[比較例4]
新中村化学製UA−340Pを30g、新中村化学製A−SAL−9Eを68.5g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料54とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を100サイクル実施したところ、コア63、64はハーフミラー61、もしくは、筐体60との界面で剥離した。実施例2と比較すると、ウレタンアクリレートUA−340Pを30%程度に減らし、反応性希釈剤A−SAL−9Eを68%程度に増やしたために、耐冷熱サイクル性が低下したことを示している。
[Comparative Example 4]
30g of Shin-Nakamura Chemical UA-340P, 68.5g of Shin-Nakamura Chemical A-SAL-9E, 1g of Shin-Etsu Chemical KBM-903, 0.5g of Shin-Etsu Chemical KBM-5103, Tinuvin 152 of Ciba Specialty Chemicals 1 g and 0.2 g of Irgacure 1800 manufactured by Ciba Specialty Chemicals were mixed and stirred and degassed to obtain a clad material 54. Other than that, the optical branching
[比較例5]
新中村化学製APG−700(ポリプロピレングリコールジアクリレート、化学式(2)式においてX=−C3H6−、n=12、分子量808)を90g、新中村化学製A−SAL−9Eを8.5g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料55とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を100サイクル実施したところ、コア63、64はハーフミラー61、もしくは、筐体60との界面で剥離した。実施例2と比較すると、主成分をウレタンアクリレートからポリプロピレングリコールジアクリレートに変更したことにより、耐冷熱サイクル性が低下したことを示している。クラッド材料55の硬化物のゴム硬度は、80以上であった。
[Comparative Example 5]
90 g of APG-700 manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. (polypropylene glycol diacrylate, X = —C 3 H 6 —, n = 12, molecular weight 808 in the chemical formula (2)), and A-SAL-9E manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. 5 g, 1 g of Shin-Etsu Chemical KBM-903, 0.5 g of Shin-Etsu Chemical KBM-5103, 1 g of Ciba Specialty Chemicals Tinuvin 152, 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals Irgacure 1800 were mixed and stirred and degassed. A clad material 55 was obtained. Other than that, the optical branching
[比較例6]
新中村化学製UA−4200(ポリプロピレングリコールタイプの無黄変ウレタンアクリレートオリゴマー、分子量1,300、官能基数2)を90g、新中村化学製A−SAL−9Eを8.5g、信越化学製KBM−903を1g、信越化学製KBM−5103を0.5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料56とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50の冷熱サイクル試験を実施した。105℃1時間保持と−40℃1時間保持を交互に繰り返す試験を100サイクル実施したところ、コア63、64はハーフミラー61、もしくは、筐体60との界面で剥離した。実施例2と比較すると、官能基当たりの分子量が650と比較的低いウレタンアクリレートに主成分を変更したことにより、耐冷熱サイクル性が低下したことを示している。
[Comparative Example 6]
90g of Shin-Nakamura Chemical UA-4200 (polypropylene glycol type non-yellowing urethane acrylate oligomer, molecular weight 1,300, 2 functional groups), 8.5g of Shin-Nakamura Chemical A-SAL-9E, Shin-Etsu Chemical KBM- 1 g of 903, 0.5 g of Shin-Etsu Chemical KBM-5103, 1 g of Tinvain 152 manufactured by Ciba Specialty Chemicals, and 0.2 g of Irgacure 1800 manufactured by Ciba Specialty Chemicals were mixed, and the stirred and degassed composition was used as the cladding material 56. Other than that, the optical branching
新中村化学製UA−340Pを90g、新中村化学製A−SAL−9Eを5g、信越化学製KBM−903を5g、チバスペシャルティケミカルズ製Tinuvin152を1g、チバスペシャルティケミカルズ製Irgacure1800を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をクラッド材料28とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。この光分岐器50は実施例2と同等の耐熱性や耐冷熱サイクル性を示した。クラッド材料28は配合から1週間後には常温暗室下において硬化しており、ポットライフが短いという欠点があった。一方、実施例2のクラッド材料22は1ヶ月後においても問題なく使用可能であった。シランカップリング剤の配合が多くなると、ポットライフが短くなり、実用上好ましくないことがわかるが、5%程度の添加では配合直後に使用すればクラッド材料として利用可能であった。
90g of Shin-Nakamura Chemical UA-340P, 5g of Shin-Nakamura Chemical A-SAL-9E, 5g of Shin-Etsu Chemical KBM-903, 1g of Tinvain 152 from Ciba Specialty Chemicals, 0.2g of Irgacure 1800 from Ciba Specialty Chemicals The composition obtained by stirring and defoaming was used as the clad material 28. Other than that, the optical branching
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−400を14g、新中村化学製A−SAを6g、チバスペシャルティケミカルズ製Irganox1010(ヒンダードフェノール系酸化防止剤)を0.3g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料9とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、5.0dBであった。95℃で熱処理したときの、波長500nmの光に対する挿入損失変化と熱処理時間との関係は、実施例2と同等であった。95℃におけるコアの酸化劣化は十分にゆっくりであり、酸化防止剤の添加の必要性は無いと考えられる。コア材料9の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.545だった。
Shin-Nakamura Chemical A-BPE-4 80g, Shin-Nakamura Chemical A-400 14g, Shin-Nakamura Chemical A-SA 6g, Ciba Specialty Chemicals Irganox 1010 (hindered phenol antioxidant) 0.3g Then, 0.2 g of DAROCUR1173 manufactured by Ciba Specialty Chemicals was mixed, and the composition obtained by stirring and defoaming was used as the core material 9. Other than that, the optical branching
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製APG−400(ポリアルキレングリコールジアクリレート、化学式(2)式においてX=−C3H6−、n=7、分子量536)を14g、新中村化学製A−SAを6g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料10とした。それ以外は実施例9と同様に光分岐器50を作製した。作製した光分岐器50の波長500nmにおける挿入損失は、4.9dBであった。95℃で熱処理したときの、波長500nmの光に対する挿入損失変化と熱処理時間との関係は、実施例2や実施例9と同等であった。コア材料10の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.542だった。
80 g of A-BPE-4 manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. and 14 g of APG-400 manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. (polyalkylene glycol diacrylate, X = —C 3 H 6 — in formula (2), n = 7, molecular weight 536) Then, 6 g of A-SA manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. and 0.2 g of DAROCUR 1173 manufactured by Ciba Specialty Chemicals were mixed, and the resulting mixture was stirred and degassed as the core material 10. Other than that, an optical branching
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−200(ポリアルキレングリコールジアクリレート(化学式(2)式においてX=−C2H4−、n=4)、分子量308)を17g、新中村化学製ACB−3(2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸)を3g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料11とした。それ以外は実施例5と同様に光分岐器50を作製した。105℃で熱処理したときの、波長500nmの光に対する挿入損失と熱処理時間との関係は、実施例5と同等であった。また、105℃と−40℃の冷熱サイクル試験についても同様であった。
80 g of A-BPE-4 made by Shin-Nakamura Chemical, A-200 made by Shin-Nakamura Chemical (polyalkylene glycol diacrylate (X = —C 2 H 4 —, n = 4 in the formula (2), molecular weight 308)) 17 g, 3 g of Shinnakamura ACB-3 (2-acryloyloxyethylhexahydrophthalic acid) and 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR 1173 were mixed, and the composition obtained by stirring and defoaming was used as the core material 11. Other than that, an optical branching
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−400(ポリアルキレングリコールジアクリレート(化学式(2)式においてX=−C2H4−、n=9)、分子量508)を17g、新中村化学製ACB−3(2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸)を3g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料12とした。それ以外は実施例11と同様に光分岐器50を作製した。105℃で熱処理したときの、波長500nmの光に対する挿入損失と熱処理時間との関係は、実施例11と同等であった。また、105℃と−40℃の冷熱サイクル試験についても同様であった。コア材料12の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.546だった。
80 g of A-BPE-4 made by Shin-Nakamura Chemical, A-400 made by Shin-Nakamura Chemical (polyalkylene glycol diacrylate (X = —C 2 H 4 —, n = 9 in the chemical formula (2), molecular weight 508)) 17 g, 3 g of Shinnakamura ACB-3 (2-acryloyloxyethylhexahydrophthalic acid) and 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR1173 were mixed, and the composition obtained by stirring and defoaming was used as the core material 12. Other than that, an optical branching
新中村化学製A−BPE−4を80g、新中村化学製A−600(ポリアルキレングリコールジアクリレート(化学式(2)式においてX=−C2H4−、n=14)、分子量708)を17g、新中村化学製ACB−3(2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸)を3g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料13とした。それ以外は実施例11と同様に光分岐器50を作製した。105℃で熱処理したときの、波長500nmの光に対する挿入損失と熱処理時間との関係は、実施例11と同等であった。また、105℃と−40℃の冷熱サイクル試験についても同様であった。
80 g of A-BPE-4 made by Shin-Nakamura Chemical, A-600 made by Shin-Nakamura Chemical (polyalkylene glycol diacrylate (X = —C 2 H 4 —, n = 14 in the chemical formula (2), molecular weight 708) 17 g, 3 g of Shinnakamura ACB-3 (2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid) and 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR 1173 were mixed, and the composition obtained by stirring and defoaming was used as the core material 13. Other than that, an optical branching
新中村化学製A−BPE−10(変性ビスフェノールA型ジアクリレート、化学式(1)式においてX=−C2H4−、Y=Z=−CH3 、l+m=10)を80g、新中村化学製APG−400を14g、新中村化学製A−SAを6g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料14とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。85℃で熱処理したときの、波長650nmの光に対する挿入損失と熱処理時間との関係は、実施例2と同等であった。また、85℃と−40℃の冷熱サイクル試験についても同様であった。コア材料14の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.511だった。
Shin-Nakamura Chemical A-BPE-10 (modified bisphenol A type diacrylate, X = —C 2 H 4 —, Y = Z = —CH 3 , 1 + m = 10 in the chemical formula (1)), 80 g, Shin-Nakamura Chemical 14 g of APG-400 manufactured by AGC, 6 g of A-SA manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., and 0.2 g of DAROCUR1173 manufactured by Ciba Specialty Chemicals were mixed, and the resulting mixture was stirred and degassed as core material 14. Other than that, the optical branching
新中村化学製A−BPE−4を60g、新中村化学製A−400を34g、新中村化学製A−SAを6g、チバスペシャルティケミカルズ製DAROCUR1173を0.2g混合し、攪拌・脱泡した組成物をコア材料15とした。それ以外は実施例2と同様に光分岐器50を作製した。85℃で熱処理したときの、波長650nmの光に対する挿入損失と熱処理時間との関係は、実施例2と同等であった。また、85℃と−40℃の冷熱サイクル試験についても同様であった。コア材料15の硬化物の波長633nmにおける屈折率は1.534だった。
60 g of Shin-Nakamura Chemical A-BPE-4, 34 g of Shin-Nakamura Chemical A-400, 6 g of Shin-Nakamura Chemical A-SA and 0.2 g of Ciba Specialty Chemicals DAROCUR1173 were mixed and stirred and degassed. The product was used as the core material 15. Other than that, the optical branching
本発明は、光通信回線の入出力端末モジュールとして有用である。特に単線双方向の光LANにおいて有用である。 The present invention is useful as an input / output terminal module for an optical communication line. This is particularly useful in a single-line bidirectional optical LAN.
60:透光性の筐体
61:ハーフミラー
63、64:コア
66:クラッド
60: Translucent housing 61:
Claims (10)
前記化学式(1)に示される変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレートの重量濃度は、50%以上99%以下であり、
前記COOH基を有する(メタ)アクリレートの重量濃度は、1%以上10%以下であり、
前記COOH基を有する(メタ)アクリレートは、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸のうち、少なくとも一つを含む
コア形成用組成物を光硬化させた硬化物をコアとし、
官能基1個当たりの平均分子量が1000以上100,000以下のウレタン(メタ)アクリレートを主成分として40重量%以上95重量%以下含有し、3重量%以上40重量%以下の反応性希釈剤と、0.1重量%以上10重量%以下のシランカップリング剤と、0.1重量%以上5重量%以下の酸化防止剤と、0.05重量%以上5重量%以下の光重合開始剤とを含有するクラッド形成用組成物を光硬化させた硬化物をクラッドと
したことを特徴とする自己形成光導波路。
The weight concentration of the modified bisphenol A type di (meth) acrylate represented by the chemical formula (1) is 50% or more and 99% or less,
The weight concentration of the (meth) acrylate having a COOH group is 1% or more and 10% or less,
The (meth) acrylate having a COOH group is at least one of β-carboxyethyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxyethyl succinate, and 2- (meth) acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid. including
A cured product obtained by photocuring the core forming composition is used as a core.
A reactive diluent containing 40 wt% or more and 95 wt% or less containing urethane (meth) acrylate having an average molecular weight of 1000 or more and 100,000 or less per functional group as a main component, and 3 wt% or more and 40 wt% or less; 0.1 wt% to 10 wt% silane coupling agent, 0.1 wt% to 5 wt% antioxidant, and 0.05 wt% to 5 wt% photopolymerization initiator, A cured product obtained by photocuring a clad forming composition containing
A self-forming optical waveguide characterized by
ことを特徴とする光導波路部品の製造方法。 The core-forming composition according to any one of claims 1 to 3 is introduced into a housing to grow a self-forming optical waveguide core, and then the uncured core-forming composition is used. After removing, the clad forming composition according to any one of claims 1 to 4 is introduced into the removed portion, and the clad forming composition is cured by light irradiation. method of manufacturing an optical waveguide component, characterized in that to produce the optical waveguide part by.
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