JP6538067B2 - 光コネクタの製造方法、及びその方法により製造された光コネクタを含む光デバイス - Google Patents

光コネクタの製造方法、及びその方法により製造された光コネクタを含む光デバイス Download PDF

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Description

本発明は、概して、光コネクタの製造方法、及びその方法により製造された光コネクタに関する。
光ファイバーデバイス及びポリマー光導波路デバイスなど光相互接続する光デバイスには様々な技術が使用されている。例えば、ある種のシステムでは、光ファイバーを適切な場所に保持するよう精密マイクロモールドを作製し、次にこのファイバーを切断し、接着し、設置し、及び研磨し、相互接続に十分なインターフェースを作製する。同様にして、レーザーアブレーション及び精密アライメントなどの類似する技術を用いポリマー光導波路接続システムが作製されている。しかしながら、このようなシステムでは、光ファイバー及びポリマー光導波路の相互接続のため2つの光システムを精密アライメントする必要がある。
より最近では、光デバイスの精密アライメントを必要としない光接続システム(すなわち、光コネクタ)を作製する代替法が示されている。例えば、最近では、ポリマーブリッジの自己形成重合を使用して、精密アライメントを必要とすることなく光デバイス間にポリマー架橋を作製する。しかしながら、自己形成重合型のポリマーブリッジは、単一の屈折率を有する単一の硬化型高分子材料によるものである。このような材料の屈折率と比較せずとも、それぞれの自己形成ポリマーブリッジを介した電磁放射線(すなわち、1つ以上の電磁波)の伝播は非効率的なものであり、したがって電磁波伝播の効率を増大させるためには、自己形成ポリマーブリッジよりも屈折率の低い、別のクラッド材料を、自己形成ポリマーブリッジ周りに導入することが必要とされ得る。電磁波伝播の効率を増大させるべくクラッド材料を導入すると、更に製造に時間がかかり、光接続デバイスの製造プロセスの費用がかさむことになる。
本発明は、光デバイスを接続させるのがより容易なアライメント、及び単純な製造技術を提供しつつ、光相互接続システムを介する電磁波の伝播効率も解決する。
本発明は、第1の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素のそれぞれを、第2の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素の対応するものに対し接続するのに使用するための光コネクタの製造方法を提供し、1つ以上の電磁波が、第1の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素のそれぞれと、第2の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素の対応するものとの間に導かれ得る。
光コネクタは、第1の光アセンブリ及び第2の光アセンブリ間の間隙内に配置されており、かつ、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分と少なくとも1つの未硬化部分とを有するコントラスト層を含み、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分の各々は、第1の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素の1つの端部から、第2の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素のそれぞれの対応する端部へと連続的に延在する。更に、コントラスト層は、第一の屈折率(RI)を有する第1の組成物から形成される。
本発明の方法は、第2の屈折率(RI)を有する第2の組成物をコントラスト層上に適用して、第2の層を形成すること、並びに第2の層の少なくとも部分を、コントラスト層の少なくとも1つの未硬化部分と混合して、コントラスト層において第3の屈折率(RI)を有する少なくとも1つの内部混合部分を形成すること、を含む。この方法では、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分の各々は、第1の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素の1つの端部と、第2の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素のそれぞれの対応する端部との間の少なくとも1つの内部混合部分により少なくとも部分的に囲まれている。
本方法は、少なくとも1つの内部混合部分を硬化する第2の硬化条件を適用することを更に含む。
この方法では、第1の組成物及び第2の組成物、並びに少なくとも1つの内部混合部分は互いに異なる。更に、第1の組成物及び第2の組成物の屈折率、並びに少なくとも1つの内部混合部分は互いに異なっており、同波長及び同温度下で測定したとき、RI>RI>RIである。
本発明は、本発明に関し製造された光コネクタを含む光デバイスにも関する。
本発明の方法による光コネクタ、及び本発明によるこのように製造された光コネクタを含む関連する光デバイス、を製造する利点は多岐にわたる。事実、硬化したブリッジ部分のインターフェースの寸法及び形状が、かかるインターフェースがアライメントされる光要素のそれぞれの端部の寸法及び形状と一致することから、システムはミスアライメント耐性となり、光コネクタに必要とされるアライメントの精密さは緩くなる。更に、光要素のうちの1つのなめらかで拡散させない表面は、硬化したブリッジ部分に対しテンプレート化され、又は成形され、ひいては切断時になめらかで拡散させない表面を残すことから、恐らく研磨は必要とされない。更に、高屈折率の硬化したブリッジ部分と、低屈折率の硬化内部混合層との間のコントラストにより、周囲にある硬化内部混合層への拡散を最小限に抑えつつ、硬化したブリッジ部分の長さに沿って電磁放射線を誘導することが可能である。これに加え、光コネクタを形成するための製造方法は、多様な光デバイスを接続する光コネクタを製造するにあたって、単純であり、かつ再現性のあるものである。
本発明の他の利点及び態様は、添付の図面に関連して、以下の詳細な説明に記載されている。
本発明の一実施形態による、光コネクタを含む光デバイスの断面図(perspective view)を示す。 本発明の一実施形態による図1の光コネクタ及び関連する光デバイスを形成する方法の異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による図1の光コネクタ及び関連する光デバイスを形成する方法の異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による図1の光コネクタ及び関連する光デバイスを形成する方法の異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による図1の光コネクタ及び関連する光デバイスを形成する方法の異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による図1の光コネクタ及び関連する光デバイスを形成する方法の異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による光コネクタを含む第1の光デバイスから第2の光デバイスを形成する方法の、異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による光コネクタを含む第1の光デバイスから第2の光デバイスを形成する方法の、異なる段階での断面図を示す。 本発明の一実施形態による光コネクタを含む第1の光デバイスから第2の光デバイスを形成する方法の、異なる段階での断面図を示す。 本発明の別の実施形態による、複数の硬化したブリッジ部分を有する光コネクタを含む光デバイスの断面図を示す。 本発明の更に別の実施形態による、複数の硬化したブリッジ部分を有する光コネクタを含む光デバイスの断面図を示す。 本発明の別の実施形態による、角度をつけた第1の光要素及び角度をつけた光コネクタを含む光デバイスの断面図を示す。 本発明の別の実施形態による、湾曲した端部を有する第1の光要素を備える光デバイスの断面図を示す。 本発明の別の実施形態による、整列していない光要素を有する光デバイス間に形成された光コネクタを含む、光デバイスの断面図を示す。 図13の光コネクタの硬化したブリッジ部分を形成する方法の一段階についての断面図を示す。 本発明の一実施形態により形成した、ポリマー光導波路に接続した1本の硬化したブリッジ部分についての位相差顕微鏡画像である。 本発明の一実施形態により形成した、対応するポリマー光導波路に接続している、複数の硬化したブリッジ部分についての位相差顕微鏡画像である。 本発明の一実施形態による、硬化した内部混合部分に含有される、硬化したブリッジ部分のうちの1本の端面についての位相差顕微鏡画像である。
本発明は、光デバイスを形成するために、第1の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素のそれぞれを、第2の光アセンブリのうち少なくとも1つの対応する光要素の対応するものに接続するのに使用するための光コネクタの製造方法を提供する。本発明は、製造された光コネクタを含む第1の光デバイスから、第2の光デバイスを形成するための方法も提供する。
本発明の方法及び光コネクタは、パッシブシステム要素(passive−system elements)及びアクティブシステム要素(active−system elements)の両方における使用に応用可能である。このようなパッシブシステム要素及びアクティブシステム要素の例には、非分岐型光導波路、波長分割多重変換装置[WDM]、分岐型光導波路、光学接着剤又は類似の受動的光透過素子、光導波路スイッチ、光減衰器、及び光増幅器又は類似の能動的光透過素子が挙げられる。本方法及び物品が使用できる好適な物品及び用途のその他の例としては、体積位相格子、ブラッグ格子、マッハツェンダー干渉計(Mach Zhender interferometers)、レンズ、増幅器、レーザーキャビティ、音響光学デバイス、変調器及び誘電体鏡が挙げられる。
図1を参照すると、本発明の方法により形成した光デバイス15は、筐体25内に配置されたクラッド23内に配置された、少なくとも1つの光要素22(図1において、1つの光要素22として示す)を有する第1の光アセンブリ20を含む。図2に最良に示すとおり、少なくとも1つの光要素22のそれぞれは、第1の光インターフェース26にて終端する端部24を含む。
再度図1において、光デバイス15は、筐体45内に配置されたクラッド44内に配置された、少なくとも1つの光要素42(図1において、1つの光要素42として示す)を有する第2の光アセンブリ40を含む。図2に最良に示すとおり、少なくとも1つの光要素42のそれぞれは、第2の光インターフェース50にて終端する端部48を含む。好ましくは、第1の光アセンブリ20の筐体25は、第2の光アセンブリ40の筐体45に対し接続されている、又は別の方法で締結されているか若しくは固定されている。
同様に図1に示すとおり、ある種の実施形態では、第2の光アセンブリ40は、筐体45内に配置された基材47も含む。
図1中、光要素22又は光要素42などの用語「光要素」は、それぞれの長さに沿って1つ以上の電磁波(例えば、紫外スペクトルにおける1つ以上の光波、又は可視スペクトルにおける1つ以上の光波)を導くことのできる任意のデバイス又は材料を指す。少なくとも1つの光要素22及び/又は少なくとも1つの光要素42を含み得る光要素の好適な例としては、限定するものではないが、光ファイバー、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、送受信機(送信モジュール及び受信モジュールの両方を含むモジュール)が挙げられる。
したがって、光要素22又は光要素42を含む、図1中の第1の光アセンブリ20又は第2の光アセンブリ40などの対応する光アセンブリは、多くの商業的に利用可能な形態を含み、多岐にわたり得る。光ファイバーを光要素22又は光要素42として含み、例えば、光アセンブリ20又は光アセンブリ40を含み得る、好適な商業的に利用可能な光アセンブリとしては、限定するものではないが、Avio、ADT−UNI、DMI、E−2000(AKA LSH)、EC、F07、F−3000、FC、Fibergate、FSMA、LC、ELIO、LX−5、MIC、MPO/MTP、MT、MT−RJ、MU、Opti−Jack、SC、SMA 905、SMA 906、SMC、ST/BFOC、TOSLINK、VF−45、1053 HDTV、及びV−PINなどの光コネクタが挙げられる。
多くの図において、1つの光要素22と、1つの光要素42とが示されるものの、図10に示すとおり、第1の光アセンブリ20内には1つ以上の光要素22を包含させ得ること、並びに第2の光アセンブリ40内には1つ以上の光要素42を包含させ得ることが認識される。1つ以上の光要素22又は光要素42が利用される場合、かかる光要素22又は光要素42は、すべて同種のものであってもよく(すなわち、一非限定例では、少なくとも1つの光要素22のうちすべてを光ファイバーとすることができる)あるいは別種のものであってもよい(すなわち、一非限定例では、1つの光要素22は光ファイバーであり、かつ別の光要素22はポリマー光導波路である)。
ある種の実施形態では、第1の光アセンブリ20における光要素22の数は、第2の光アセンブリ40における光要素42の数と一致する。しかしながら、他の配置では、第1の光アセンブリ20における光要素22の数は、第2の光アセンブリ40における光要素42の数とは異なっていてもよく、但し、図11に示すとおり、並びに以下に更に示すとおり、硬化したブリッジ部分62により対応する光要素42と接続している少なくとも1つの光要素22を更に含む。
ある種の実施形態では、光要素22は光要素42と同じものである一方、他の実施形態では光要素22は光要素42とは異なる。そのため、例えば、ただ1つの光要素22と、ただ1つの光要素42とがある場合、光要素22及び光要素42の両方が光ファイバーであってよく、あるいは光要素22が光ファイバーであるのに対し、光要素42が、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、又は送受信機であってもよい。同様にして、ただ1つの光要素22と、ただ1つの光要素42とがある場合、光要素42が、光ファイバーであってよく、光要素22が、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、又は送受信機であってもよい。同様にして、光要素22及び光要素42の数が2つ以上であり、少なくとも2つの光要素22又は光要素42のそれぞれが同じであっても異なっていてもよく、少なくとも2つの光要素22のそれぞれが、少なくとも2つの光要素42のそれぞれと同じであっても異なっていてもよい。
更に、ある種の実施形態では、少なくとも1つの光要素22は光ファイバーを含み、光ファイバーの数は、1本〜144本以上、例えば、1本〜72本に変更してもよい。
以上の光要素22又は1つ以上の光要素42を含む実施形態において、1つ以上の光要素22又は光要素42の相対寸法及び相対形状は、長さ及び断面形状の両方において同じであっても又は異なっていてもよいことも認識されたい。更に、このような光要素22又は光要素42の寸法及び形状は、図に示す寸法及び形状に限定されない。したがって、例えば、光要素22は、円筒形状を有し、かつ実質的に丸い断面を有する光ファイバーであってよい一方で、光要素42は断面が矩形のポリマー光導波路であってもよい。
光要素22及び光要素42は、概してそれぞれの長さに沿ってまっすぐであるものであり、かつ光インターフェース26及び50のそれぞれに対し垂直に延在するものとして示されているものの、光要素22及び光要素42の構成は、図1に示すとおりの配置に限定されない。例えば、少なくとも1つの光要素22又は光要素42のうち1つ以上は、例えば、図12Aに示すとおり、それぞれの光インターフェース26又は光インターフェース50に対し垂直以外の角度で、それぞれの光インターフェース26又は光インターフェース50に向かって延在し得る(硬化したブリッジ部分62も、角度付けられた光要素22を光要素42に接続するよう角度付けられる)。第1の光要素22及びブリッジ部分62の角度は、概して図12Aに示すとおり水平からわずかに角度をつけて下方に向かって(左から右に)延在するものとして示されているものの、この角度は、他の実施形態ではわずかに上向いていてもよく、すなわちこの角度は水平よりも下方又は上方に向かうものであってもよく(図において左から右に示すとおり)、このようなものも尚も本発明の範囲内のものである。
光要素22又は光要素42のそれぞれの端部24又は48は、図1〜11に示すとおり概して平坦であり、かつ垂直である一方、ある種の実施形態では、端部24又は端部48の一方又は両方は、任意の様々な形状を取り得る。例えば、図12Bに示すとおり、第1の光要素22の端部24Bが、湾曲しており、かつ対応する第1の端部64Bが、湾曲している端部24Bに対応する形状であってよい。図示はしないものの、第2の光要素42の端部48(及びブリッジ部分62の対応する端部68)も湾曲していてもよい(又は図12Bに示すとおり平坦であってもよい)。図12Bに示すとおり湾曲している端部24Bの曲率の相対量は、例示するとおりのものであってもよく、あるいは図12Bに例示するものよりもわずかに深いものであっても浅いものであってもよく、このようなものも尚も本発明の範囲内のものである。更に、光要素22若しくは42の1つ以上は、両方とも角度がつけられていてよく、かつ弧を描いていても又は他の形状の端部22若しくは42であってもよく、これも本発明の範囲内のものである。
図1に戻ると、光デバイス15は、光コネクタ30も含む。光コネクタ30は、少なくとも1つのブリッジ部分62を含み、それぞれのブリッジ部分62は、光要素22の端部24に接続した第1の端部64を有し、かつ光要素42のうち対応する1つの端部48に接続した第2の端部66を有する。それぞれのブリッジ部分62は、光コネクタ30が第1の光アセンブリ20及び第2の光アセンブリ40の両方に接続されたときに、第1の光アセンブリ20の少なくとも1つの光要素22のそれぞれと、第2の光アセンブリ40の少なくとも1つの光要素42の対応するものとの間に1つ以上の電磁波を導く。
光コネクタ30は、ブリッジ部分62のそれぞれの第1の端部64から第2の端部66まで(すなわち、光要素22の端部24から対応する光要素44の端部48まで)、それぞれの各ブリッジ部分62の長さを部分的に取り囲むものの、第1の端部64及び第2の端部66は取り囲まない(すなわち、内部混合部分70は、ブリッジ部分62のそれぞれの端部64、端部66のいずれについても接触するようには配置されない)、少なくとも1つの内部混合部分70も含む。いくつかの実施形態では、第2の部分72が存在し、このような実施形態では、内部混合部分70に加え、第2の部分72が、内部混合部分70及び第2の部分がそれぞれのブリッジ部分を完全に取り囲むよう少なくとも1つのブリッジ部分62の1つ以上の長さを部分的に取り囲み得る。本明細書で使用するとき、用語「長さを少なくとも部分的に取り囲む」は、それぞれの組成物が、それぞれのブリッジ部分62の第1の端部64と第2の端部との間の全外面に沿ってかかるそれぞれのブリッジ部分62上に配置されているわけではなく、それぞれのブリッジ部分62に接触しているわけではないものとして定義する。したがって、いくつかの実施形態では、内部混合部分70は、第1の端部64と第2の端部66との間のブリッジ部分62の外面の0.1%〜99.9%の上に配置されており、かかる外面の0.1%〜99.9%に接触していてもよく、これがそれぞれのブリッジ部分62を「部分的に取り囲む」ものとしてみなされる。
いくつかの実施形態では、第2の部分72は存在せず、少なくとも1つの内部混合部分70のうち1つは、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までのブリッジ部分62のそれぞれの長さを完全に取り囲む(すなわち、ブリッジ部分62の、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までの長さの99.9%超を取り囲む)。あるいは集合的に、少なくとも1つの内部混合部分70及び任意選択的な第2の部分72は、少なくともブリッジ部分62のそれぞれの第1の端部64から第2の端部66までの各々を取り囲むことから、本明細書においてクラッド部と呼ばれる。
光コネクタ30の形成方法に関し以下に更に展開するとおり、ブリッジ部分62は、第1の屈折率(RI)を有する第1の組成物を硬化させることにより形成される。第1の組成物は、硬化性組成物であり、下記のとおり、所望の第1の屈折率及びその他の要因、例えば、所望の硬化機構に基づいて選択されてもよい。以下に更に展開するとおり、少なくとも1つの内部混合部分70は、第1の組成物と第2の組成物とのブレンドを硬化することにより形成される。以下に更に展開するとおり、任意選択的な第2の部分72は、第1の組成物と内部混合させていない第2の組成物の部分を硬化させることにより形成される。第2の組成物は第2の屈折率(RI)を有し、硬化前の少なくとも1つの内部混合部分70は第3の屈折率(RI)を有する。
RIは、概して、RI(第1の組成物の屈折率)とRI(第2の組成物の屈折率)とを合わせて平均したものから導かれ、RI、RI、及びRIは、互いに異なる。本発明では、第1の組成物及び第2の組成物は、RI>RIとなる、したがってブレンドの屈折率RIがRIとRIとの間(すなわちRI>RI>RI)となるよう選択される。
特に、屈折率は一般的に、特定の組成物内の置換の関数であるだけでなく、硬化生成物の架橋密度の関数でもある。この目的で、硬化したブリッジ部分62の屈折率は、概してRIよりも大きく、あるいは硬化したブリッジ部分62の形成に利用される第1の組成物の屈折率よりも大きい。しかしながら、それぞれの組成物の屈折率の勾配は、概して硬化前後で維持される。言い換えれば、ブリッジ部分62の硬化部分には、屈折率RI1’をもたせることができ、少なくとも1つの内部混合部分70の硬化部分には、屈折率RI3’をもたせることができ、並びに第2の部分72の硬化部分には、屈折率RI2’をもたせることができるものの、RI1’及びRI2’及びRI3’は、RI及びRI及びRIが互いに異なっているように、互いに異なる。例えば、第1の組成物は屈折率RIを有しており、第1の組成物から形成された硬化したブリッジ部分62は屈折率RI1’を有しており、第1の組成物と比較して硬化したブリッジ部分62の架橋密度が高いことに起因して、RI1’>RIである。同様にして、第2の組成物は屈折率RIを有しており、第2の組成物から形成された硬化した第2の部分72は屈折率RI2’を有しており、第2の組成物と比較して第2の層の架橋密度が高いことに起因して、RI2’>RIである。同様にして、未硬化の内部混合部分を形成する第1の組成物及び第2の組成物のブレンドは屈折率RIを有しており、硬化した内部混合部分70は屈折率RI3’を有しており、未硬化の内部混合部分を形成する第1の組成物及び第2の組成物のブレンドと比較して、硬化した内部混合部分70における架橋密度が高いことに起因して、RI3’>RIである。この目的で、RI>RI>RIであるとき、RI1’>RI3’>RI2’である。RI1’/RI比はRI2’/R 比と同じであっても異なってもよく、RI3’/RI比と同じであっても異なってもよい。
特定の実施形態において、第1の組成物及び第2の組成物はそれぞれ、少なくとも1つのカチオン重合性基を含むカチオン重合性材料を含む。カチオン重合性材料は、典型的には、活性エネルギー線に曝露したときにカチオン反応機構により硬化できる。カチオン重合性基は、天然部分であってもよい。すなわち、用語「カチオン(の)」は、基よりもむしろ重合性を修飾する。カチオン重合性基は、カチオン重合性材料の任意の位置(複数可)にあってもよい。例えば、カチオン重合性基は、カチオン重合性化合物の側鎖又は置換基であってもよい。少なくとも1つのカチオン重合性基は、本明細書で単に「カチオン重合性基」と呼ばれ、これは、単数形であるが、カチオン重合性基が1つを超えるカチオン重合性基、すなわち2つ以上のカチオン重合性基を含む実施形態を包含する。典型的には、カチオン重合性材料は2つ以上のカチオン重合性基を含み、それらは独立して選択される。
ある種の実施形態では、カチオン重合性基は、S、N、O、及び/又はP、あるいはS、N、及び/又はOなどの少なくとも1つのヘテロ原子を含む環状の有機官能基として定義される、複素環基を含む。例えば、複素環基としては、ラクトン基、ラクタム基、環状エーテル、及び環状アミンが挙げられるがこれらに限定されない。ラクトン基は一般的に環状エステルであり、例えば、アセトラクトン、プロピオラクトン、ブチロラクトン、及びバレロラクトンから選択されてもよい。ラクタム基は一般的に環状アミドであり、例えば、β−ラクタム、γ−ラクタム、δ−ラクタム、及びε−ラクタムから選択されてもよい。環状エーテルの具体例としては、オキシラン、オキセタン、テトラヒドロフラン、及びジオキセパン(例えば、1,3−ジオキセパン)が挙げられる。複素環式官能基のその他の例としては、チエタン及びオキサゾリンが挙げられる。特に、上記の複素環式官能基はモノマーとして存在してもよい。但し、カチオン重合性基の文脈において、上記の複素環式官能基は、より大きな分子の置換基であって、別個のモノマーではない。更に、これらの基は二価結合基を介してカチオン重合性材料に結合又は接続していてもよい。
別の実施形態において、カチオン重合性基は、複素環式官能基以外のカチオン重合性基を含んでもよい。例えば、カチオン重合性基は、あるいはエチレン性不飽和基、例えば、ビニル、ビニルエーテル、ジビニルエーテル、ビニルエステル、ジエン、第三級ビニル、スチレン、又はスチレン誘導体基から選択されてもよい。
異なる複素環式官能基の組み合わせ、又は複素環式官能基以外のカチオン重合性基の組み合わせ、又は複素環式官能基と複素環式官能基以外のカチオン重合性基との組み合わせが、カチオン重合性材料に含まれ得る。
カチオン重合性材料が有機物である特定の実施形態において、第1の組成物及び/又は第2の組成物は独立してオレフィン性材料又はポリオレフィン性材料を含む。別の実施形態において、第1の組成物及び/又は第2の組成物は、有機エポキシ官能性材料、例えば、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、及び水素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂;ナフタレン型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂;グリシジルアミン型エポキシ樹脂;脂環型エポキシ樹脂;又はジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が挙げられる。上記のエポキシ樹脂は、2つ以上の組み合わせで第1の組成物及び/又は第2の組成物のそれぞれに使用できる。あるいは更に、第1及び/若しくは第2の組成物は、ポリアクリル酸、ポリアミド、ポリエステル等、又はその他のカチオン重合性基を含む有機高分子材料を独立して含んでもよい。これらの実施形態において、第1の組成物及び/又は第2の組成物は、それぞれ独立して有機組成物を含む。「有機材料」は、本明細書で使用するとき、シリコーン材料と区別され、シリコーン材料はシロキサン結合(Si−O−Si)を含む主鎖を有し、有機材料は炭素系主鎖を有し、シロキサン結合がない。
別の実施形態において、混和性を増大するために、第1の組成物及び第2の組成物はそれぞれ独立してシリコーン組成物を含む。所望される場合、第1の組成物はシリコーン組成物を含んでもよく、第2の組成物は有機組成物を含んでもよく、逆もまた同様である。当業者は組成物の屈折率を容易に決定することができ、2つの組成物間の混和性を決定することができるであろう。
第1の組成物及び/又は第2の組成物がシリコーン組成物を含む場合、第1の組成物及び/又は第2の組成物はシリコーン材料を含む。シリコーン組成物及びシリコーン材料は、オルガノポリシロキサン巨大分子を含み、各巨大分子は独立して直鎖状でも分枝状でもよい。シリコーン材料は、シロキサン単位の任意の組み合わせを含んでよく、すなわちシリコーン材料は、RSiO1/2単位、すなわちM単位、RSiO2/2単位、すなわちD単位、RSiO3/2単位、すなわちT単位、並びにSiO4/2単位、すなわちQ単位の任意の組み合わせを含み、式中、Rは典型的には独立して、置換又は非置換のヒドロカルビル基又はカチオン重合性基から選択される。例えば、Rは、脂肪族、芳香族、環式、脂環式等であってもよい。更に、Rはエチレン性不飽和を含んでもよい。「置換」により、ヒドロカルビルの1個以上の水素原子が水素以外の原子(例えば、塩素、フッ素、臭素等のようなハロゲン原子)で置き換えられている、あるいは、R鎖内の炭素原子が炭素以外の原子で置き換えられている、すなわち、Rが鎖内に酸素、イオウ、窒素等のようなヘテロ原子を1個以上含む場合があることを意味する。Rは、典型的には1〜10個の炭素原子を有してもよい。例えば、Rは、脂肪族の場合には1〜6個の炭素原子を有してもよく、芳香族の場合には6〜10個の炭素原子を有してもよい。少なくとも3個の炭素原子を含有する置換又は非置換のヒドロカルビル基は、分枝鎖又は非分枝鎖構造を有し得る。Rにより表されるヒドロカルビル基の例としては、限定するものではないが、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、及びかかる基の異性体などのアルキル;ビニル、アリル、及びヘキセニルなどのアルケニル;シクロペンチル、シクロヘキシル、及びメチルシクロヘキシルなどのシクロアルキル;フェニル及びナフチルなどのアリール;トリル、及びキシリルなどのアルカリル;並びにベンジル及びフェネチルなどのアラルキルが挙げられる。Rにより表されるハロゲン置換ヒドロカルビル基の例としては、3,3,3−トリフルオロプロピル、3−クロロプロピル、クロロフェニル、ジクロロフェニル、2,2,2−トリフルオロエチル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル、及び2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチルが挙げられる。Rで表されるカチオン重合性基の例は、上記されている。
シリコーン樹脂が樹脂性である実施形態において、シリコーン材料は、DT樹脂、MT樹脂、MDT樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、MDTQ樹脂、DQ樹脂、MQ樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、又はMDQ樹脂を含んでもよい。シリコーン材料中に、異なる樹脂の組み合わせが存在してもよい。更に、シリコーン材料は、樹脂をポリマーとの組み合わせで含んでもよい。
1つの具体的な実施形態では、シリコーン材料は、オルガノポリシロキサン樹脂を含み、又はこれから構成される。オルガノポリシロキサン樹脂は、以下のシロキサン単位式によって表すことができる:
(RSiO1/2(RSiO2/2)b(RSiO3/2(SiO4/2
式中、R、R、R、R、R、及びRは独立して、上記のとおり定義されたRから選択され;a+b+c+d=1であり;「a」は、平均して次の条件:0≦a<0.4を満たし;「b」は、平均して次の条件:0<b<1を満たし;「c」は、平均して次の条件:0<c<1を満たし;「d」は、平均して次の条件:0≦d<0.4を満たし;かつ「b」及び「c」は、次の条件:0.01≦b/c≦0.3により固定される。下付き文字a、b、c、及びdは、各シロキサン単位の平均モル数を示す。言い換えると、これらの下付き文字は、オルガノポリシロキサン樹脂の1分子中の各シロキサン単位の平均モル%又は割合を表す。R1〜6が、独立してRから選択されることから、上記のシロキサン単位の式は、改めて、
(RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2と記載することもでき、
式中、Rは独立して選択され、上に定義されており、a〜dは上に定義されている。
典型的には、オルガノポリシロキサン樹脂一分子において、カチオン重合性基を含むシロキサン単位は、総シロキサン単位の2〜50モル%を構成する。更に、これらの実施形態において、すべてのケイ素結合有機基の少なくとも15モル%が6〜10個の炭素原子を有する一価の芳香族炭化水素基(例えば、アリール基)を含む。
オルガノポリシロキサン樹脂は、必須単位として(RSiO2/2)及び(RSiO3/2)を含有する。しかしながら、オルガノポリシロキサンは、構造単位(RSiO1/2)及び(SiO4/2)を更に含み得る。つまり、エポキシ含有オルガノポリシロキサン樹脂は、次式:
(RSiO2/2(RSiO3/2
(RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2
(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2;又は
((RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2で示す単位から構成され得る。
(RSiO1/2)単位の含有量が高すぎる場合、オルガノポリシロキサン樹脂の分子量は減少し、次の条件:0≦a<0.4が展開される。この条件下で(SiO4/2)単位が導入される場合、オルガノポリシロキサン樹脂の硬化生成物は、好ましくない硬く脆性なものとなり得る。したがって、ある種の実施形態では、次の条件:0≦d<0.4;あるいは0≦d<0.2;あるいはd=0が満たされる。必須構造単位(RSiO2/2)及び(RSiO3/2)のモル比b/cは、0.01〜0.3、あるいは0.01〜0.25、あるいは0.02〜0.25とすべきである。オルガノポリシロキサン樹脂は、必須単位として(RSiO2/2)及び(RSiO3/2)を含有することから、分子構造は主に分岐したネット様の三次元構造として変更され得る。
第1の組成物及び第2の組成物の屈折率は、第1の組成物及び第2の組成物がそれぞれオルガノポリシロキサン樹脂を含む場合に、それぞれのオルガノポリシロキサン樹脂のRを変えることによって選択的に変えることができる。例えば、オルガノポリシロキサン樹脂中のRの大部分が、メチル基などの一価の脂肪族炭化水素基である場合、オルガノポリシロキサン樹脂の屈折率は1.5未満であってもよい。あるいは、オルガノポリシロキサン樹脂中のRの大部分が、フェニル基などの一価の芳香族炭化水素基である場合、屈折率は1.5を超えてもよい。この値は、下記のとおり、オルガノポリシロキサン樹脂の置換によって、又は第1及び/若しくは第2の組成物に追加成分を含めることによって、容易に制御できる。したがって、特定の実施形態において、第1の組成物は一価の芳香族炭化水素基を含むオルガノポリシロキサン樹脂を含むのに対し、第2の組成物は、一価の脂肪族炭化水素基を含むオルガノポリシロキサン樹脂を含む。
オルガノポリシロキサン樹脂の様々な実施形態において、カチオン重合性基を有するシロキサン単位は、すべてのシロキサン単位の2〜70モル%、あるいは10〜40モル%、あるいは15〜40モル%を構成する。かかるシロキサン単位が、オルガノポリシロキサン樹脂中に2モル%未満の量で存在する場合、硬化中の架橋度合いの低下につながり、これは形成される硬化生成物の硬度を低下させる。一方で、オルガノポリシロキサン樹脂におけるこれらのシロキサン単位の含有率が70モル%を超過する場合、硬化生成物の可視光透過率は減少し、熱耐性は低下し、脆性は増大する。典型的には、カチオン重合性基はオルガノポリシロキサン樹脂のケイ素原子に直接結合しない。代わりに、カチオン重合性基は、一般的に、ヒドロカルビレン、ヘテロヒドロカルビレン、又は有機ヘテリレン基などの二価接続基を介してケイ素原子に結合している。
例えば、カチオン重合性基が環状エーテル基、例えば、エポキシ基の場合にオルガノポリシロキサン樹脂に好適なカチオン重合性基の具体例を直下に示す:
3−(グリシドキシ)プロピル基:
Figure 0006538067
2−(グリシドキシカルボニル)プロピル基:
Figure 0006538067
2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基:
Figure 0006538067
及び
2−(4−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基:
Figure 0006538067
カチオン重合性基に好適な環状エーテル基の追加の例としては、次の:2−グリシドキシエチル、4−グリシドキシブチル、又は同様のグリシドキシアルキル基;3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル、又は同様の3,4−エポキシシクロヘキシルアルキル基;4−オキシラニルブチル、8−オキシラニルオクチル、又は同様のオキシラニルアルキル基が挙げられる。これらの実施形態において、カチオン重合性材料はエポキシ官能性シリコーン材料と呼ばれる場合もある。
上記のエポキシ基以外のカチオン重合性基の具体例としては、限定するものではないが、以下の基が挙げられる(一番左の部分が特定のカチオン重合性基をオルガノポリシロキサン樹脂に接続する結合を表す):
Figure 0006538067
Figure 0006538067
Figure 0006538067
Figure 0006538067
Figure 0006538067
Figure 0006538067
カチオン重合性基が環状エーテル基、例えば、エポキシ基であるとき、オルガノポリシロキサン樹脂の具体例としては、次の一連のシロキサン単位:(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO1/2)、(MeSiO3/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、(ESiO3/2)、及び(SiO4/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、(MeSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(PhSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MePhSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeViSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、(MeSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(PhSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO2/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO2/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeViSiO1/2)、(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO1/2)、(PhSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO1/2)、(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(ESiO3/2)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、(ESiO3/2)、及び(SiO)単位;(MeSiO2/2)、(PhSiO2/2)、(ESiO3/2)、及び(SiO)単位;(MeSiO1/2)、(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、(ESiO3/2)、及び(SiO)単位;並びに(MeSiO1/2)、(MeSiO2/2)、(PhSiO3/2)、(ESiO3/2)、及び(SiO)単位を含む又はこれらから構成されるオルガノポリシロキサン樹脂が挙げられ;式中、Meはメチル基を表し、Viはビニル基を表し、Phはフェニル基を表し、Eは3−(グリシドキシ)プロピル基を表し、Eは2−(グリシドキシカルボニル)プロピル基を表し、Eは2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基を表し、Eは2−(4−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基を表す。本明細書の以下の記述にも同じ表記が当てはまる。上記のオルガノポリシロキサン樹脂で例示された一価の炭化水素置換基(例えば、Me、Ph、及びVi)のいずれも、他の一価の炭化水素置換基で置換してよいことが想到される。例えば、エチル基又はその他の置換若しくは非置換ヒドロカルビル基を上記のメチル、フェニル、又はビニル基のいずれかの代わりに使用してもよい。更に、E〜E以外のカチオン重合性基をE〜Eの代わりに又はこれに加えて利用することができる。但し、上記の種類のオルガノポリシロキサン樹脂はその屈折率の値及び物理的特性から特に望ましい。
オルガノポリシロキサン樹脂は、その調製に由来するいくつかの残留ケイ素結合アルコキシ基及び/又はケイ素結合ヒドロキシル基(すなわち、シラノール基)を有する場合がある。これらの基の含有量は、製造方法及び製造条件によって異なる。これらの置換基は、オルガノポリシロキサン樹脂の保存安定性に影響し、オルガノポリシロキサン樹脂から形成された硬化生成物の熱安定性を低下させる場合がある。したがって、特定の実施形態において、かかる基の形成を制限することが望ましい。例えば、ケイ素結合アルコキシ基及びケイ素結合ヒドロキシル基の量は、少量の水酸化カリウムの存在下でオルガノポリシロキサン樹脂を加熱して、脱水及び縮合反応又は脱アルコール及び縮合を引き起こすことによって低減できる。これらの置換基の含有量は、ケイ素原子上の全置換基の2モル%以下、好ましくは1モル%以下であることが推奨される。
オルガノポリシロキサン樹脂の数平均分子量(M)に関し具体的な制限は存在しないものの、オルガノポリシロキサン樹脂は、ある種の実施形態では、103ダルトン〜106ダルトンのMを有する。
特定の実施形態において、第1の組成物及び/又は第2の組成物は、更に希釈剤成分を含まなくてもよく、あるいは含んでもよい。特定の実施形態において、希釈剤成分は、単一(1つだけ)のケイ素結合カチオン重合性基を有するシラン化合物を含む。
単一のケイ素結合カチオン重合性基は、上記のカチオン重合性基のいずれでもよい。
シラン化合物は、25セルシウス度(℃)下で、概して、1,000センチポアズ(cP)未満、あるいは500cP未満、あるいは100cP未満、あるいは50cP未満、あるいは25cP未満、あるいは10cP未満の動的粘度を有する。動的粘度は、ブルックフィールド粘度計、ウベローデ管、コーン/プレート流動計、又はその他の装置及び方法を用いて測定できる。使用する計器/装置に基づいて値はわずかに変動する場合があるが、これらの値は一般的に測定の種類に関係なく維持される。これらの実施形態では、シラン化合物は、133.32パスカル(水銀柱1ミリメートル(mm Hg))の圧力下で、少なくとも25℃、あるいは少なくとも50℃、あるいは少なくとも75℃、あるいは少なくとも80℃、あるいは少なくとも85℃、あるいは少なくとも90℃の沸点を有する。例えば、ある種の実施形態では、シラン化合物は、133.32パスカル(1mm Hg)の圧力下で、80〜120℃、あるいは90〜110℃の沸点を有する。
特定の実施形態において、希釈剤成分のシラン化合物は、潜在的にカチオン重合性基以外のケイ素結合加水分解性基を含まない。例えば、ケイ素結合ハロゲン原子などの特定のケイ素結合加水分解性基は、水と反応してシラノール(SiOH)基を形成し、その際ケイ素−ハロゲン結合は開裂されている。その他のケイ素結合加水分解性基、例えば、カルボキシルエステルは、ケイ素へのいかなる結合も開裂することなく加水分解し得る。この目的で、特定の実施形態において、シラン化合物は、加水分解してシラノール基を形成する可能性のあるケイ素結合加水分解性基を含まない。別の実施形態において、シラン化合物のカチオン重合性基は加水分解性でなく、その結果シラン化合物はケイ素結合加水分解性基をまったく含まない。これらの実施形態において、カチオン重合性基は加水分解性ではなく、例えば、カチオン重合性基は環状エーテルである。加水分解性基の具体例としては、以下のケイ素結合基:ハロゲン化物基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、カルボキシ基、アルキルイミノオキシ基、アルケニルオキシ基、及びN−アルキルアミド基が挙げられる。例えば、特定の従来のシラン化合物は、1つを超えるカチオン重合性基に加えて、ケイ素結合アルコキシ基を有してもよい。これらの従来のシラン化合物に関し、このようなケイ素結合アルコキシ基は、加水分解及び縮合させて、シロキサン結合を形成させて、硬化生成物の架橋密度を増大させることができる。対照的に、シラン化合物は一般的に硬化生成物の架橋密度を低下させるために使用され、そのためこれらの加水分解性基は特定の実施形態において望ましくない。
種々の実施形態において、希釈剤成分のシラン化合物は、次の一般式を有する:
Figure 0006538067
式中、Rは、独立して選択されかつ上記のとおり定義され、Yはカチオン重合性基であり、かつXはR及びSiRから選択される。
特定の実施形態において、XはRであり、そのためシラン化合物はモノシラン化合物を含む。これらの実施形態では、シラン化合物は、一般式YSiRを有し、式中、Y及びRは上記に定義されるとおりのものである。Yが独立して上記のE〜Eから選択されるとき、シラン化合物は改めて、例えば、ESiR、ESiR、ESiR、及びESiRと表記することもできる。E〜Eのうち、Eが最も一般的なものである。
他の実施形態では、シラン化合物がジシラン化合物を含むようXはSiRである。これらの実施形態において、1つのカチオン重合性基はジシランのいずれかのケイ素原子に結合してもよく、このケイ素原子は典型的には互いに直接結合している。Rは置換及び非置換ヒドロカルビル基から独立して選択されるが、Rは、最も典型的には、屈折率を制御するためにアルキル基及びアリール基から選択される。
シラン化合物及びそれらの調製方法の具体例は、同時係属であり、2014年5月15日に出願したPCT国際出願番号PCT/US14/038149号(DC11701PCT2)に記載される。
シラン化合物は、カチオン重合性材料、例えば、オルガノポリシロキサン樹脂を効果的に可溶化し、その結果、別の溶媒の必要がなくなる。いくつかの実施形態において、第1の組成物及び/又は第2の組成物はシラン化合物以外の溶媒を含まない。シラン化合物は、第1の組成物及び/又は第2の組成物中に存在する場合、これらの組成物の屈折率を低下させる。したがって、使用するシラン化合物の相対量は、第1の組成物及び/又は第2の組成物の屈折率を選択的に制御するように変更してもよい。例えば、第1の組成物は、第2の組成物よりも少ない量のシラン化合物を使用し、それによって、他(例えば、使用する特定のオルガノポリシロキサン樹脂)についてはすべて等しい第2の組成物に第1の組成物よりも低い屈折率を付与できる。
希釈剤成分は、典型的には、シラン化合物を第1の組成物及び/又は第2の組成物の所望の屈折率及びその他の物理的特性に基づく量で含む。例えば、特定の実施形態において、希釈剤成分は、シラン化合物を、第2の組成物の全重量を基準にして少なくとも3重量%、あるいは少なくとも5重量%、あるいは少なくとも10重量%、あるいは少なくとも15重量%、あるいは少なくとも20重量%、あるいは少なくとも25重量%、あるいは少なくとも30重量%のシラン化合物を供給するのに十分な量で含む。シラン化合物は、一般的に、両方の組成物に使用される場合、第1の組成物中に第2の組成物よりも少ない量で存在する。
希釈剤成分は、シラン化合物に加えて、化合物又は成分を含まなくてもよく、含んでもよい。例えば、希釈剤成分は、シラン化合物以外の希釈剤化合物をシラン化合物に加えて含んでもよい。希釈剤化合物は、種々の点でシラン化合物と異なっていてもよい。例えば、希釈剤化合物は、1個を超えるカチオン重合性基を有してもよい。あるいは、希釈剤化合物は単一のカチオン重合性基を有してもよいが、ケイ素を含まなくてもよい。希釈剤成分は1つを超える希釈剤化合物を含んでもよく、すなわち、希釈剤成分は希釈剤化合物の任意の組み合わせを含んでもよい。希釈剤化合物は芳香族、脂環式、脂肪族等であってもよい。
希釈成分に好適な芳香族希釈化合物の具体例としては、各々が少なくとも1つの芳香環を有する多価フェノールのポリグリシジルエーテル、あるいはビスフェノールA及びビスフェノールFのグリシジルエーテルなどフェノールのアルキレンオキシド付加物のポリグリシジルエーテル、又はビスフェノールA及びビスフェノールFに対しアルキレンオキシドを更に付加することにより得られた化合物のポリグリシジルエーテル;並びにエポキシノボラック樹脂が挙げられる。
希釈成分に好適な脂環式希釈化合物の具体例としては、各々少なくとも1つの脂環式環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル;並びにシクロヘキセン環又はシクロペンテン環含有化合物を酸化剤によりエポキシド化することにより得られるシクロヘキセンオキシド含有化合物又はシクロペンテンオキシド含有化合物が挙げられる。例としては、水素化ビスフェノールAグリシジルエーテル、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジパート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジパート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルカルボキシレート、ジシクロペンタジエンジエポキシド、エチレングリコールジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、ジオクチルエポキシヘキサヒドロフタレート、及びジ−2−エチルヘキシルエポキシヘキサヒドロフタレートが挙げられる。
希釈成分に好適な脂肪族希釈化合物の具体例としては、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル、及び脂肪族多価アルコールのアルキレンオキシド付加物;脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートのビニル重合により合成されたホモポリマー、並びにグリシジルアクリレート及び別のビニルポリマーのビニル重合により合成されたコポリマー、が挙げられる。代表的な化合物としては、多価アルコールのグリシジルエーテル、例えば、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ソルビトールのテトラグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールのヘキサグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、1種又は2種以上のアルキレンオキシドをプロピレングリコール、トリメチロールプロパン又はグリセリンなどの脂肪族多価アルコールに付加することによって得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル、及び脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステルが挙げられる。更に、脂肪族高級アルコール、フェノール、クレゾール、ブチルフェノールのモノグリシジルエーテル、これらにアルキレンオキシドを付加することによって得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル、高級脂肪酸のグリシジルエステル、エポキシ化大豆油、オクチル=エポキシステアラート、ブチル=エポキシステアラート、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化ポリブタジエン等が例として挙げられる。
希釈成分に好適な希釈化合物の追加の例としては、トリメチレンオキシド、3,3−ジメチルオキセタン、及び3,3−ジクロロメチルオキセタンなどのオキセタン化合物;テトラヒドロフラン及び2,3−ジメチルテトラヒドロフランなどのトリオキサン;1,3−ジオキソラン及び1,3,6−トリオキサシクロオクタンなどの環式エーテル化合物;プロピオラクトン、ブチロラクトン、及びカプロラクトンなどの環式ラクトン化合物;エチレンスルフィドなどのチイラン化合物;トリメチレンスルフィド及び3,3−ジメチルチエタンなどのチエタン化合物;テトラヒドロチオフェン誘導体などの環式チオエーテル化合物;エポキシ化合物とラクトンとを反応させることにより得られるスピロオルトエステル化合物;並びにエチレングリコールジビニルエーテル、アルキルビニルエーテル、3,4−ジヒドロピラン−2−メチル(3,4−ジヒドロピラン−2−メチル(3,4−ジヒドロピラン−2−カルボキシレート)、及びトリエチレングリコールジビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物が挙げられる。
存在する場合、希釈剤成分は、典型的には希釈剤化合物を、それぞれ第1の組成物又は第2の組成物の全重量を基準にして、0超30重量%、あるいは0超10重量%、あるいは1〜5重量%の希釈剤化合物を与えるのに十分な量で含む。これらの値は、一般的には、希釈剤成分中のシラン化合物以外の任意のカチオン重合性希釈剤化合物を反映し、すなわち、異なる希釈剤化合物の組み合わせが使用される場合、上記の値はその集合的な量を表す。特定の実施形態において、希釈剤成分はシラン化合物と希釈剤化合物とを含む。
特定の実施形態において、第1の組成物及び第2の組成物のそれぞれは更に触媒を含む。第1の組成物の触媒は、第2の組成物の触媒と同じであっても異なっていてもよい。各触媒は独立してそれぞれの組成物の硬化の増強に効果的である。例えば、第1の組成物及び第2の組成物が活性エネルギー線への曝露時に硬化可能である場合、その触媒は光触媒と呼ばれることもある。但し、光触媒以外の触媒を使用してもよく、その例は、第1の組成物及び/又は第2の組成物が、活性エネルギー線とは対照的に熱への曝露時に硬化される場合である。あるいは、光触媒は、光重合開始剤と呼ばれる場合もあり、一般的に、カチオン重合性材料と希釈剤成分との光重合開始の役割を果たす。特定の実施形態において、第1の組成物及び第2の組成物は、独立して(A)オルガノポリシロキサン樹脂と;(B)触媒とを含む。オルガノポリシロキサン樹脂は上記されている。触媒は、かかる重合に好適な任意の触媒を含んでもよい。触媒の例としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、セレノニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、パラトルエンスルホナート、トリクロロメチル置換トリアジン、及びトリクロロメチル置換ベンゼンが挙げられる。その他の触媒としては、酸発生剤が挙げられ、これは当該技術分野において既知である。触媒は、組成物の硬化速度の増大、硬化開始時間の短縮、組成物の架橋度の増大、硬化生成物の架橋密度の増大、又はこれらの任意の2つ以上の組み合わせを生じる。典型的には、触媒は、少なくとも組成物の硬化速度を増大させる。
触媒に好適なスルホニウム塩は、次式:R により表すことができ、式中、Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又は炭素原子を1〜6個有する類似のアルキル基;フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、トリル基、プロピルフェニル基、デシルフェニル基、ドデシルフェニル基、又は炭素原子を6〜24個有する同様のアリール基若しくは置換アリール基として指定され得る。上記式中、Xは、SbF 、AsF 、PF 、BF 、B(C 、HSO 、ClO 、CFSO 、又は同様の非求核性、非塩基性アニオンを表す。ヨードニウム塩は、次式:R により表すことができ、式中、Rは上記のとおりのXと同じである。セレノニウム塩は、次式:R Seにより表すことができ、式中、R、Xは上記のものと同じである。ホスホニウム塩は、次式:R により表すことができ、式中、R7、は上記のものと同じである。ジアゾニウム塩は、次式:R により表すことができ、式中、R及びXは上記のものと同じである。パラ−トルエンスルホナートは、次式:CHSOにより表すことができ、式中、Rは、ベンゾイルフェニルメチル基又はフタルイミド基などの電子吸引性基を含有する有機基である。トリクロロメチル置換トリアジンは、次式:[CClにより表すことができ、式中、Rはフェニル基、置換又は非置換フェニルエチニル基、置換又は非置換フラニルエチニル基、又は同様の電子吸引性基である。トリクロロメチル置換ベンゼンは、次式:CCl10により表すことができ、式中、Rは、上記に定義されるとおりのものであり、R10は、ハロゲン基、ハロゲン置換アルキル基、又は同様のハロゲン含有基である。
第1の組成物及び/又は第2の組成物に好適な触媒の具体例としては、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボラート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモナート、トリフェニルスルホニウムトリフラート、トリ(p−トリル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、p−第三級−ブチルフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモナート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボラート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモナート、p−第三級−ブチルフェニルビフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモナート、ジ(p−第三級−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモナート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモナート、トリフェニルセレノニウムテトラフルオロボラート、テトラフェニルホスホニウムテトラフルオロボラート、テトラフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモナート、p−クロロフェニルジアゾニウムテトラフルオロボラート、ベンゾイルフェニルパラ−トルエンスルホネート、ビス(トリクロロメチル)フェニルトリアジン、ビス(トリクロロメチル)フラニルトリアジン、p−ビス(トリクロロメチル)ベンゼンなどが挙げられる。
触媒は、場合によりキャリア溶媒の存在下で2種以上の異なる種を含んでもよい。
触媒は、第1の組成物及び第2の組成物中に独立して様々な量で存在してもよい。一般的に、触媒は、紫外線などの活性エネルギー線(すなわち、高エネルギー線)に曝露したときに重合及び硬化を開始するのに十分な量で存在する。特定の実施形態において、触媒は、第1の組成物及び第2の組成物のそれぞれに、各組成物の全重量を基準にして0を超え5重量%まで、あるいは0.1〜4重量%の量で存在してもよい。
第1の組成物及び/又は第2の組成物は、無溶媒でもよい。これらの実施形態において、希釈剤成分は一般的に、第1の組成物及び/又は第2の組成物を注入及びウェットコートするのに十分にカチオン重合性材料を可溶化する。しかしながら、望ましい場合には、第1の組成物及び/又は第2の組成物は溶媒、例えば有機溶媒を更に含んでもよい。無溶媒は、本明細書で第1の組成物及び/又は第2の組成物が無溶媒であることを指して使用されるとき、任意のキャリア溶媒を含む全溶媒が、それぞれの組成物中に、それぞれの組成物の全重量を基準にして、5重量%未満、あるいは4重量%未満、あるいは3重量%未満、あるいは2重量%未満、あるいは1重量%未満、あるいは0.1重量%未満の量で存在し得ることを意味する。
溶媒は、使用される場合、一般的にカチオン重合性材料及び希釈剤成分との混和性のために選択される。一般的に、溶媒は大気圧において80℃〜200℃の沸点を有し、これにより、溶媒を熱又はその他の方法で容易に除去できる。溶媒の具体例としては、イソプロピルアルコール、第三級−ブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エトキシ−2−プロパノラクテート、メトキシ−2−プロパノラクテート、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルジシロキサンなどが挙げられる。2種以上の溶媒を併用することもできる。
第1の組成物及び/又は第2の組成物は、任意に及び追加的に、カップリング剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、色素、触媒、触媒の阻害物質等の任意の他の好適な成分を含んでもよい。触媒の阻害物質は、(例えば、阻害物質を除去又は失活することによって)触媒が活性化されるまで硬化を防止又は低速化する働きをする。
ある種の実施形態では、第1の組成物及び第2の組成物は、各々、25℃にて20〜10,000mPa・sの動的粘度を有する液体形態である。動的粘度は、ブルックフィールド粘度計、ウベローデ管、コーン/プレート型粘度、又はその他の装置及び方法により測定することができる。使用する計器/装置に基づいて値はわずかに変動する場合があるが、これらの値は一般的に測定の種類に関係なく維持される。
光コネクタ30、及び光コネクタ30から形成される関連する光デバイス20は、図2〜7において以下に記載のとおりの方法で形成できる。
まず図2を参照すると、方法は、光インターフェース26及び光導波路インターフェース50間に間隙80が存在するよう第1の光アセンブリ20を第2の光アセンブリ40に対し位置づけることにより開始される。この位置では、好ましくは少なくとも1つの光要素22のうち少なくとも1つが、間隙80をはさんで少なくとも1つの光要素42のうちの対応するものと整列される。
次に、図3に示すとおり、方法は、第1の層94が、第1の光インターフェース26にて少なくとも1つの光要素22のそれぞれの端部24と接触するよう、並びに第1の層94が、第2の光インターフェース50にて少なくとも1つの光要素42のそれぞれの端部48と接触するよう、間隙80内に第1の屈折率(RI)を有する第1の組成物を適用して、第1の層94を形成することを更に含む。
ある種の実施形態では、第1の層94は、第1の光アセンブリ20及び第2の光アセンブリ40に収容される第1の基材47上に適用される。あるいは、第1の層94は、筐体25の内側表面91及び/又は筐体45の内側表面93上に適用され、あるいは筐体25が筐体45に接続されるとき、内側表面91及び93の両面上に適用される。
上記のとおり、第1の組成物は、硬化性組成物であり、所望の第1の屈折率及びその他の要因、例えば、所望の硬化機構に基づき選択されてもよい。
第1の組成物は、種々の方法によって基材47上又は内側表面91及び内側表面93上に適用されてもよい。例えば、特定の実施形態において、第1の組成物を適用する工程は、ウェットコーティング方法を含む。この方法に好適なウェットコーティング方法の具体例としては、ディップコーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティング、スパッタリング、スロットコーティング、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
次に、図4に示すとおり、本方法は更に、第1の層94の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1の層94の標的部分に硬化条件を適用して、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62と少なくとも1つの未硬化部分98とを含むコントラスト層96を形成する工程を含む。少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62の各々は、少なくとも1つの光要素22のそれぞれのうち1つの端部24から、少なくとも1つの光要素42のそれぞれの対応する整列させた端部48までの間隙80内に延在する。
第1の層94が選択的に硬化され、ひいては硬化条件が利用される方法は、少なくとも第1の組成物をもとに決定される。例えば、特定の実施形態において、第1の組成物及びその組成物から形成された第1層は、活性エネルギー線への曝露時に硬化可能であり、すなわち、第1層に活性エネルギー線を選択的に照射することによって第1層は選択的に硬化される。活性エネルギー線は紫外線、電子ビーム、又はその他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。あるいは、第1層は熱硬化されてもよい。これらの実施形態において、第1の層94は、第1の層94を選択的に加熱することによって、例えば、第1の層を加熱素子で選択的に加熱することによって、選択的に硬化される。好適な加熱素子の例としては、抵抗又は誘導加熱素子、赤外線(IR)熱源(例えば、IRランプ)、及び火炎熱源が挙げられる。誘導加熱素子の一例は、無線周波数(RF)誘導加熱素子である。
好ましくは、図4に示すとおり、第1の組成物の標的とする部分における屈折率のRIからRI1’までの変化をもたらすのに十分な時間にわたって、紫外光の範囲の第1の所定の波長の光を、少なくとも1つの光要素22のそれぞれの端部24から、第1の層94を含む第1の組成物の標的とする部分内を透過させて、第1の光アセンブリ20の光要素22のそれぞれの各端部24から第2の光アセンブリ40のそれぞれの光要素42の対応するものまで延在する、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62を形成することにより、第1の層94は硬化される。
次に、図5に示すとおり、方法は、第2の屈折率(RI)を有する第2の組成物をコントラスト層96に対し適用して、第2の層102を形成することと、第2の層102の少なくとも一部分と、コントラスト層96の少なくとも1つの未硬化部分98を混合して、コントラスト層96において、第3の屈折率(RI)を有する、少なくとも1つの内部混合部分104を形成することと、を更に含む。この混合工程後、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62の各々1つを、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までの少なくとも1つの内部混合部分104のうちの少なくとも1つにより少なくとも部分的に取り囲み、但し、端部64及び端部66は上記のとおり、第2の層102又は内部混合部分104により被覆されない。
ある種の実施形態では、第2の層102の部分は、コントラスト層96の未硬化部分98と混合されず、未混合部分として残る(図5中102として示す)。これらの実施形態では、第2の層102の部分は、少なくとも1つのブリッジ部分62の1つ以上を部分的に取り囲むことができ、第2の層102と、少なくとも1つの内部混合部分104のうちの1つは、総じて少なくとも1つのブリッジ部分62のそれぞれを完全に取り囲む。
しかしながら、好ましくは、第2の組成物のすべてを、少なくとも1つの未硬化部分98と内分混合させて、内部混合部分104を形成する(すなわち、混合後には第2の層102は存在しない)。この好ましい実施形態では、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62の各々1つは、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までの少なくとも1つの内部混合部分104のうちの1つにより完全に取り囲まれ、但し、端部64及び端部66は上記のとおり内部混合部分104により被覆されない。
第1の組成物及び第2の組成物並びに少なくとも1つの内部混合部分104は、互いに異なる。更に、RI、RI、及びRIは、互いに異なる。
第1の組成物の適用について上記されるものなどの様々な方法により、第2の組成物を第1の層94上に適用することができる。例えば、特定の実施形態において、第1の組成物を第1の層94に適用する工程は、ウェットコーティング方法を含む。この方法に好適なウェットコーティング方法の具体例としては、ディップコーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティング、スパッタリング、スロットコーティング、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
次に、図6に示すとおり、方法は、内部混合部分104及び任意選択的に存在させる第2の層102を硬化させて、硬化した内部混合部分70及び硬化した任意選択的な第2の部分72を形成し、ひいては光コネクタ30及び完全な第1の光デバイス15を形成するための第2の硬化条件を適用することを更に含む。
第2の層102が存在し、方法により少なくとも1つの内部混合部分104が選択的に硬化されるとき、ひいては用いられる硬化条件は、少なくとも第1の組成物及び第2組成物をもとに決定される。
例えば、いくつかの実施形態では、存在する場合、第1の組成物及び第2の組成物が第2の層102の形成に使用され、内部混合部分104は、活性エネルギー線への暴露により硬化可能である(すなわち存在する場合、第2の層102、及び少なくとも1つの内部混合部分104は、活性エネルギー線を第1の層に選択的に照射することにより選択的に硬化される)。活性エネルギー線は紫外線、電子ビーム、又はその他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。
あるいは、存在する場合、第2の層102、及び少なくとも1つの内部混合部分104は熱硬化することができる。これらの実施形態では、存在する場合、第2の層102、及び少なくとも1つの内部混合部分104は、第2の層102、及び少なくとも1つの内部混合部分104を選択的に加熱することにより、例えば、第2の層102及び少なくとも1つの内部混合部分104を過熱素子により選択的に加熱することにより硬化される。好適な加熱素子の例としては、抵抗又は誘導加熱素子、赤外線(IR)熱源(例えば、IRランプ)、及び火炎熱源が挙げられる。誘導加熱素子の一例は、無線周波数(RF)誘導加熱素子である。
ある種の実施形態では、存在する場合、第2の層102、及び少なくとも1つの内部混合部分104は、層102及び部分104を90℃〜260℃の範囲の温度に加熱することにより硬化される。
更に他の実施形態では、硬化方法を組み合わせたものを用いることもできる。したがって、例えば、存在する場合、第2の層102、及び少なくとも1つの内部混合部分104は、いずれも上記のとおり活性エネルギー線に曝露し、加熱することにより硬化させることができる。
図6に示すとおり、得られる光デバイス15が形成され、ここで、硬化したブリッジ部分62の各々は、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までが、硬化した内部混合部分70、及び存在する場合、硬化した第2の部分72により取り囲まれるものの、端部64及び端部66は、硬化した内部混合部分70及び硬化した第2の部分72により被覆されない(すなわち、第1の光アセンブリ20の少なくとも1つの光要素22のうち1つの端部24と、第2の光アセンブリ40の少なくとも1つの光要素42のそれぞれの対応する端部48との間)。好ましい実施形態では、屈折率RI1’を有する硬化したブリッジ部分62の各々は、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までが、屈折率RI2’を有する硬化した内部混合部分70により取り囲まれるものの、端部64及び端部66は、硬化した内部混合部分70により被覆されない。あるいは、ある種の実施形態では、屈折率RI1’を有する硬化したブリッジ部分62の各々は、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までが、屈折率RI2’を有する硬化した内部混合部分70、及び屈折率RI3’を有する硬化した第2の部分72により取り囲まれるものの、端部64及び端部66は、硬化した内部混合部分70及び硬化した第2の部分72により被覆されない。
更に他の実施形態では、屈折率RI1’を有する硬化したブリッジ部分62の少なくとも1つは、それぞれの第1の端部64から第2の端部66までが、屈折率RI2’を有する硬化した内部混合部分70により取り囲まれるものの、端部64及び端部66は、内部混合部分104により被覆されず、かつ第2の層72が存在し、硬化した内部混合部分70を取り囲み、それぞれの端部64及び端部66を被覆しない。
これらの実施形態のうちのいずれかでは、光コネクタ30が形成され、少なくとも1つのブリッジ部分62のそれぞれは、ブリッジ部分62を取り囲むクラッド部よりも低い屈折率を有する(このようなクラッド部が、上記のとおり硬化した内部混合部分70、又は硬化した内部混合部分70と硬化した第2の部分72との組み合わせを含んでいようといなかろうと)。表現を変えると、低屈折率のブリッジ部分62と、高屈折率のクラッド部分との間の屈折率にはコントラストが存在し、より具体的には、高屈折率の硬化した内部混合部分70と任意選択的な硬化された第2の部分72との間の屈折率にはコントラストが存在する。当業者であれば、低屈折率の硬化したブリッジ部分62と、高屈折率の硬化したクラッド部分との間のコントラスト、及びより具体的には、高屈折率の硬化した内部混合層70と、任意選択的な硬化した第2の部分70との間のコントラストにより、内部混合層70及び任意選択的な第2の層72への拡散を最小限に抑えつつ、電磁放射線(すなわち1つ以上の電磁波)をブリッジ部分62の長さに沿って誘導できることを認識されるであろう。したがって、本発明は、1つ以上の電磁波に第1の光アセンブリ20と第2の光アセンブリ40との間を伝播させるにあたって高効率の光コネクタ30を提供する。
更に、それぞれのブリッジ部分62を形成する第1の硬化条件を適用した結果として、硬化したブリッジ部分62のインターフェースの寸法及び形状が、かかるインターフェースがアライメントされる光要素22及び光要素42のそれぞれの端部24又は端部48の寸法及び形状と一致することから、本発明の方法により形成された光コネクタ30を使用することにより、システムではズレが許容されるようになり、光コネクタに必要とされるアライメントの精密さは緩くなる。例えば、ブリッジ部分62は、光要素22又は光要素42の端部24又は端部48の対応する丸みを帯びた形状と寸法及び形状が一致する、丸みを帯びた断面を、端部64又は端部66に有し得る。同様にして、ブリッジ部分62は、四角い寸法及び形状を端部64又は66に有し得るものであり、光要素22又は光要素42は、それぞれ端部24又は端部48にて四角い。このような、それぞれの端部64又は端部66と、対応する端部24又は端部48との間の適合性は、それぞれの光要素22又は光要素42と、ブリッジ部分62との境界面における電磁放射線の拡散を低減するとも考えられる。
更に他の実施形態では、光コネクタ30は、図13〜14に示すとおり、整列していない光要素22Aと光要素42Aとの間に延在する硬化したブリッジ部分62Aを形成する。光コネクタ30及び光アセンブリ15の形成プロセスは、図2〜6に関し上記のとおりのものと同じ一般的な方法に従い、但し、図14では(図4との比較)、第1の所定の波長の透過光は、第1の光要素22Aのそれぞれの端部24から第2の光要素24Aの端部48に向かって折れ、これにより硬化させることで、硬化したブリッジ部分62は、第1の光要素22A及び第2の光要素42Aの長さに対してわずかに角度をつけて方向づけられる。
更に、ブリッジ部分62として硬化したブリッジ部分62のそれぞれの端部64又は66は、それぞれの光要素22又は光要素42に対する良好な接着を可能にする粗さ(roughness)を有することから、研磨は必要とされない。更に、MT接続を有するある種の光システムにおけるファイバー突き出し問題は、本発明の接続プロセスにより軽減される。
同様にして、本発明の光コネクタ30を形成するための製造プロセスは、上記のものと同様の又は異なる光要素22、光要素42、又は光要素222を有する様々な光デバイス20、光デバイス40、及び光デバイス220を接続するにあたって、単純であり、かつ再現性がある。
更に他の実施形態では、上記の方法により形成された光コネクタ30を有する第1の光デバイス15とは異なる別個の光デバイス215が形成され得る。この更なる方法を図7〜9に示す。
まず図7を参照すると、第2の光デバイス215を形成する方法は、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62の各々が、第2の光アセンブリ40の少なくとも1つの光要素42のそれぞれの端部48と接触したままであるよう、形成された光コネクタ30から(及びしたがって第2の光アセンブリ40から)第1の光アセンブリ20を脱着させることにより開始される。光コネクタからの光アセンブリの脱着は、任意の様々な方法で実行することができ、好ましくは矢印190により示すとおり、第2の光アセンブリ40から遠ざけるよう第1の光アセンブリ20を単純に動かすことにより、あるいは矢印195により示すとおり、第1の光アセンブリ20から遠ざけるよう第2の光アセンブリ40を単純に動かすことにより、実行できる。このプロセスにおいて、筐体25は接続されておらず、すなわち筐体45から外れている。
これらの実施形態では、第1の光アセンブリ20及び第2の光アセンブリ40は、異なる形態の光要素22及び光要素42を含んでおり、硬化したブリッジ部分62は、光要素22よりも光要素42に対してより強力に接着しており、したがって、第1の光アセンブリ20を第2の光アセンブリ30から遠ざけるよう移動させたときには光要素42と接触したままである。
次に、図8に示すとおり、第1の光アセンブリ20とは異なる第3の光アセンブリ220が提供される。
第3の光アセンブリ220は、第2の光インターフェース226で終端する少なくとも1つの光要素222のそれぞれの端部224を有する少なくとも1つの光要素222を有する。第3の光アセンブリ220は、光要素222を取り囲む筐体225及びクラッド223も含む。光要素22又は光要素42同様、光要素222は、それぞれの長さに沿って1つ以上の電磁波(例えば、紫外スペクトルにおける1つ以上の光波、又は可視スペクトルにおける1つ以上の光波)を導くことのできる任意のデバイス又は材料を指す。したがって、光要素222を含み得る光要素の好適な例としては、限定するものではないが、光ファイバー、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、送受信機(送信モジュール及び受信モジュールの両方を含むモジュール)が挙げられる。
しかしながら、上記のとおり、このような光要素222を含む第3の光アセンブリ220は、光要素22を含む第1の光アセンブリ20とは異なっている。好ましくは、光要素222の数、並びにこれらの光要素222の寸法及び形状は、ある種の実施形態では、第1の光アセンブリ30の光要素22の数、寸法、及び形状と同様であるものの、ある種のその他の実施形態では、数、寸法又は形状は異なり得る。同様にして、少なくとも1つの光要素222と第3の光アセンブリ220との相対位置は、第1の光アセンブリ30と同じであっても異なってもよい。
図8に示すとおり、第2の光アセンブリ40に接続された光コネクタ30は、第3の光アセンブリ220の少なくとも1つの光要素222の各々の端部224が、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62のそれぞれの端部64に隣接するよう、第3の光インターフェース226に沿って、第3の光アセンブリ220に対し配置される。
次に、図9に示すとおり、第3の光アセンブリ220の少なくとも1つの光要素222の各々の端部224が、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分62のそれぞれの端部64に接触するよう、第3の光アセンブリ220を移動させて、第2の光アセンブリ40に接触させる。この方法では、光コネクタ30を介し第2の光アセンブリ40に接続された第3の光アセンブリ220を含む、新しい光デバイス215が形成される。
したがって、同様に位置づけられた光要素を有する任意の2つの光デバイスを容易に接続させるにあたって、図7〜9において記載されるとおりの方法を使用することができる。図7〜9に記載の方法は、接続された光コネクタ30を含む第2の光アセンブリ40を第1の光アセンブリ20に接続させ、続いてこの第1の光アセンブリ20から脱着させ、第3の光アセンブリ220に接続させ(並びに続いて第3の光アセンブリ220から脱着させ、第1の光アセンブリ20に再接続させる)、様々な光デバイスを形成することも可能にする。
添付の特許請求の範囲は、詳細な説明に記述された明白で具体的な化合物、組成物、又は方法に限定されず、化合物、組成物、又は方法は、添付の特許請求の範囲内にある特定の実施形態間で異なってもよい。様々な実施形態の具体的な特徴及び態様を説明するために本明細書において依拠されている任意のマーカッシュ群に関して、異なる、特殊な及び/又は不測の結果は、すべての他のマーカッシュ群の構成員から独立して、各マーカッシュ群のそれぞれの構成要素から得られるものとする。マーカッシュ群の各要素は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が個別に及び/又は組み合わせて依拠することがあり、適切な根拠を提供する。
更に、本発明の様々な実施形態を説明する際に依拠される任意の範囲及び部分範囲は独立して及び総じて、添付の請求の範囲内に入り、たとえ、本明細書にその中の全部及び/又は一部の値が明記されていなくても、そのような値を包含する全範囲を説明及び想到するものと理解される。計数範囲及び部分範囲が、本発明の様々な実施態様を十分に記述しかつ可能にし、かかる範囲及び部分範囲が、更に、関連する2分の1、3分の1、4分の1、5分の1等に詳述されてよいことを当業者は容易に理解する。ほんの一例として、範囲「0.1〜0.9」は、下の方の3分の1、即ち、0.1〜0.3、中間の3分の1、即ち、0.4〜0.6、及び上の方の3分の1、即ち、0.7〜0.9に更に詳述でき、これらは、個別的かつ集合的に添付の特許請求の範囲内であり、添付の特許請求の範囲内の特定の実施態様が個別的及び/又は集合的に依拠することがあり、適切な根拠を提供し得る。更に、「少なくとも」、「より大きい」、「未満」、「以下」等の範囲を定義又は修飾する用語に関して、かかる用語が部分範囲及び/又は上限又は下限を含むことを理解されたい。別の例として、「少なくとも10」の範囲は、本質的に、少なくとも10〜35の部分範囲、少なくとも10〜25の部分範囲、25〜35の部分範囲等を含み、各部分範囲は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施態様が個別的及び/又は集合的に依拠することがあり、適切な根拠を提供する。最終的には、開示された範囲内の個々の数は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が依拠することがあり、適切な根拠を提供する。例えば、範囲「1〜9」は、様々な個々の整数、例えば、3、並びに小数点(又は分数)を含む個別の数、例えば、4.1を含み、これは添付の特許請求の範囲内の特定の実施態様が依拠することがあり、適切な根拠を提供する。
以下の実施例は、本発明を例示することを意図しており、決して本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
実施例1:硬化ブリッジ部を1つ以上有する光コネクタの作製:12心の端子の62.5um MTコネクタをマウンティング・ユニットに配置する。MTコネクタは、12心の各々の端子部分がスロットのファイバーインターフェースで終端しており、ファイバーインターフェースはより低い表面からほぼ垂直方向に延びる、スロットを含有していた。MTコネクタのスロット内に、250マイクロメートル(μm)ピッチで12の50×50umポリマー光導波路を設置した。次に、サブミクロン(<1μm)の精密xyzステージを介し、12のポリマー光導波路のそれぞれの対応する端部と、MTコネクタの12心の各端部を整列させた。整列を完了させたあと、12のポリマー光導波路と、スロット内のMTコネクタの12心の端部との間に500μmの間隙を設定した。
液滴がMTコネクタ及びポリマー光導波路の両方のファイバーのそれぞれの端部を被覆するよう、ピペットにより、屈折率が約1.533の紫外線硬化型シリコーン材料滴をMTコネクタの間隙内のスロットのより低い表面上に適用した。
MTコネクタの12心のうち1つのファイバーインターフェースを介し紫外光を送り込むことにより、シリコーン材料滴を選択的に重合させた。ファイバーを透過する375nmの光が、光硬化型シリコーン材料に対し約1.2ジュール毎平方センチメートル(J/cm)の紫外線照射を導入し、液滴部分を紫外線硬化して、液滴内に、MTコネクタのファイバーのうち1つから、対応するポリマー光導波路に延在する、硬化ブリッジ部を作製する。次に、硬化ブリッジ部を取り囲む未硬化の過剰な材料をトルエンで除去し、硬化ブリッジ部がポリマー光導波路のインターフェースに取り付けられたまま維持されるよう、MTターミナルを脱着した。このようにして、硬化ブリッジ部を1つ以上有する光コネクタを製造した。次に、硬化ブリッジ部及びポリマー光導波路を透明なシート上に配置し、図15に示すとおり位相差顕微鏡により撮像した。画像中に示すスケールは0.5mmである。
実施例1a:硬化ブリッジ部を1つ以上有する別の光コネクタの製造。上記の方法と実質的に同様に実施例1を繰り返した。但し、本例では、1つのインターフェースに対し複数の光導波路をつなぐため、MTコネクタの12心のうち1つ超のファイバーインターフェースを介し紫外光を送り込むことにより、シリコーン材料滴を選択的に重合させた。このようにして、硬化ブリッジ部を1つ以上有する別の光コネクタを製造した。次に複数の、硬化ブリッジ部及びポリマー光導波路を透明なシート上に配置し、図16に示すとおり位相差顕微鏡により撮像した。画像中に示すスケールは50μmである。
本発明の方法により1つ以上の硬化したブリッジ部分62を形成できることを実証する結果を図15及び16に示す。
実施例2:硬化ブリッジ部を複数有する光コネクタの作製:12心の端子の62.5um MTコネクタをマウンティング・ユニットに配置する。MTコネクタは、12心の各々の端子部分がスロットのファイバーインターフェースで終端しており、ファイバーインターフェースはより低い表面からほぼ垂直方向に延在する、スロットを含有していた。MTコネクタのスロット内に、250μmピッチで12の50×50umポリマー光導波路を設置した。次に、サブミクロン(<1μm)の精密xyzステージを介し、12のポリマー光導波路のそれぞれの対応する端部と、MTコネクタの12心の各端部を整列させた。整列を完了させたあと、12のポリマー光導波路と、スロット内のMTコネクタの12心の端部との間に500μmの間隙を設定した。
液滴がMTコネクタ及びポリマー光導波路の両方のファイバーのそれぞれの端部を被覆するよう、ピペットにより、屈折率が約1.533の紫外線硬化型シリコーン材料滴をMTコネクタの間隙内のスロットの低表面上に適用した。
MTコネクタの12心のうち1つ超のファイバーインターフェースを介し紫外光を送り込むことにより、シリコーン材料滴を選択的に重合させた。ファイバーを透過する375nmの光が、光硬化型シリコーン材料に対し約1.2J/cmの紫外線照射を導入し、液滴部分を紫外線硬化して、液滴内に、MTコネクタのファイバーのうち1つから、対応するポリマー光導波路に延在する、硬化ブリッジ部を作製する。
次に、ピペットにより、屈折率が約1.51の第2の紫外線硬化型シリコーンの液滴を、第1の紫外線硬化型シリコーンの未硬化部分に適用した。次に、1分間にわたって、第2の紫外線硬化型シリコーンを、第1の紫外線硬化型材料の未硬化部分と混ざり合わせて、内部混合部分を形成させた。内部混合部分に対し、広域スペクトルのUVAバルブにより約1.2J/cmで第2の紫外線照射による硬化を実施し、硬化したブリッジ部分のそれぞれを取り囲んでいる内部混合部分を紫外線硬化した。
次に、ポリマー光導波路の各々との接続を保持している、硬化したブリッジ部分を取り囲む紫外線硬化した内部混合部分と、硬化したブリッジ部分と、を有する12心の端子の62.5um MTコネクタから、ポリマー光導波路を分離した。次に、接続させた硬化したブリッジ部分と、紫外線硬化した内部混合部分とを有するポリマー光導波路を炉に入れ、130℃で約30分間熱硬化させ、本発明による光コネクタを形成した。このようにして、硬化ブリッジ部を複数有する光コネクタを製造した。
次に、位相差顕微鏡により、接続させたポリマー光導波路とは反対側の光コネクタ端面(すなわち、12心の端子の62.5um MTコネクタに予め接続させた端部に相当する光コネクタの端部)を撮像した。図17に示すとおり、顕微鏡画像における、硬化したブリッジ部分62と、それを取り囲む硬化した内部混合部分70とのコントラストにより(記載のスケールは63μmである)、光コネクタが形成されており、硬化したブリッジ部分の方が、それを取り囲む硬化した内部混合部分よりも高い屈折率を有することが確認された。
本発明は、例示的な様式で説明されており、使用されている用語は限定目的よりも、むしろ説明のための言葉としての性質が意図されているものと理解されるべきである。明らかに本発明の多くの修正及び変更が上記教示から可能である。本発明は、具体的に記載した方法のとおり以外の方法でも実施され得る。例を比較例と呼ぶことは、それが従来技術であることを意味するのではない。

Claims (15)

  1. 第1の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素のそれぞれを、第2の光アセンブリのうち少なくとも1つの光要素の対応するものに対し接続するのに使用するための光コネクタの製造方法であって、1つ以上の電磁波を、前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれと、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の対応するものとの間に導くことができ、
    前記光コネクタは、前記第1の光アセンブリと前記第2の光アセンブリとの間の間隙内に配置されており、かつ、少なくとも1つの硬化したブリッジ部分と少なくとも1つの未硬化部分とを有するコントラスト層を含み、前記少なくとも1つの硬化したブリッジ部分の各々は、前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の1つの端部から、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれの対応する端部へと連続的に延在し、
    前記コントラスト層は、第1の屈折率(RI)を有する第1の組成物から形成され、
    前記方法は、
    第2の屈折率(RI)を有する第2の組成物を前記コントラスト層に適用して第2の層を形成することと、
    前記少なくとも1つの硬化したブリッジ部分の各々が、前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の1つの前記端部と、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれの前記対応する端部との間の少なくとも1つの内部混合部分のそれぞれにより少なくとも部分的に囲まれるように、前記第2の層の少なくとも部分を、前記コントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と混合して、前記コントラスト層において第3の屈折率(RI)を有する前記少なくとも1つの内部混合部分を形成することと、
    第2の硬化条件を適用して、前記少なくとも1つの内部混合部分を硬化させ、前記光コネクタを製造することと、を含み、
    前記第1の組成物及び前記第2の組成物、並びに前記少なくとも1つの内部混合部分は互いに異なっており、同波長及び同温度下で測定したとき、RI>RI>RIであり、
    前記第1の組成物は、一価の芳香族炭化水素基を含むオルガノポリシロキサン樹脂を含み、
    前記第2の組成物は、一価の脂肪族炭化水素基を含むオルガノポリシロキサン樹脂を含む、方法。
  2. 前記混合する工程において、前記第2の層のすべてを、前記コントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と混合させて、前記少なくとも1つの内部混合部分を形成する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記混合する工程が、前記少なくとも1つの硬化したブリッジ部分の各々が、前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の1つの前記端部と、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれの前記対応する端部との間の前記少なくとも1つの内部混合部分のそれぞれにより囲まれるように実施される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記第2の硬化条件を適用して、前記少なくとも1つの内部混合部分を硬化させることが、前記少なくとも1つの内部混合部分を活性エネルギー線に曝露することを含み、あるいは
    前記第2の硬化条件を適用して、前記少なくとも1つの内部混合部分を硬化させることが、前記少なくとも1つの内部混合部分を熱に曝露することを含み、あるいは
    前記第2の硬化条件を適用して、前記少なくとも1つの内部混合部分を硬化させることが、前記少なくとも1つの内部混合部分を90〜260セルシウス度の範囲の温度に加熱することを含み、あるいは
    前記第2の硬化条件を適用して、前記少なくとも1つの内部混合部分を硬化させることが、前記少なくとも1つの内部混合部分を活性エネルギー線に曝露すること、及び前記少なくとも1つの内部混合部分を熱に暴露することを含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記第1の組成物及び前記第2の組成物が、独立して
    B)前記オルガノポリシロキサン樹脂の硬化を増強するための触媒を含む、請求項に記載の方法。
  6. 前記間隙が長さを有し、前記間隙の長さが0〜1000マイクロメートルの範囲であり、又は
    前記間隙が長さを有し、前記間隙の長さが15〜500マイクロメートルの範囲である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれが、光ファイバー、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、及び送受信機からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  8. 前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記対応するものが、光ファイバー、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、及び送受信機からなる群から選択される、請求項に記載の方法。
  9. 前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記それぞれが、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記対応するものと同じである、請求項1に記載の方法。
  10. 前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記それぞれが、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記対応するものと異なる、請求項1に記載の方法。
  11. 前記少なくとも1つの硬化したブリッジ部分の各々が前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれの前記端部との接触を保つよう、前記光コネクタから前記第1の光アセンブリを脱着させることと、
    前記第1の光アセンブリとは異なっており、光インターフェースで終端する前記少なくとも1つの光要素のそれぞれの端部に少なくとも1つの光要素を有する、第3の光アセンブリを提供することと、
    1つ以上の電磁波が、前記第2の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記それぞれと、前記第3の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の前記対応するそれぞれのものとの間に誘導され得るよう、前記第3の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれの前記端部を、前記少なくとも1つの硬化したブリッジ部分のそれぞれに接続させるよう、前記光コネクタを前記光インターフェースに沿って前記第3の光アセンブリに位置づけることと、を更に含む、請求項1に記載の方法。
  12. 前記第3の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素のそれぞれが、光ファイバー、ポリマー光導波路、レンズ、送信モジュール、受信モジュール、及び送受信機からなる群から選択される、請求項11に記載の方法。
  13. 前記第3の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素の少なくとも1つが、前記第1の光アセンブリのうち前記少なくとも1つの光要素と異なる、請求項11に記載の方法。
  14. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法により形成された、製造された光コネクタを含む第1の光デバイス。
  15. 請求項1113のいずれか一項に記載の方法により形成された、製造された光コネクタを含む第2の光デバイス。
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