JPH03154007A - 有機光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光導波路材料として有機材料を用いた光導波
路に関する。

（従来の技術） 現在、光通信や光情報処理の分野において、低損失化、
集積化および軽量化を実現するために、各光機能素子間
を先導波路で配線する技術が重要となって来ている。

従来、このような光導波路の材料として、石英ガラス、
半導体、ＬｉＮｂ０．、有機材料等が検討されている。

これらの中で、有機材料による光導波路は、その製造工
程に真空プロセスや熱拡散等の複雑な工程を必要とせず
、よって最も簡単に製造できると言う利点がある。

中でも、ポリカーボネートやメタクリル酸メチルとメタ
クリル酸グリシジルの共重合体を用いて、伝送損失０．
２ｄＢ／Ωという低損失な光導波路が得られている。

また、有機光導波路におけるコアの作製方法としては、
ｒＰｏｌｙｍｅｒ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ
　ｆｏｒ　ＭｕｌｔｉＩＩｌｏｄｅ　０ｐｔｉｃａｌ　
ＦｉｂｅｒＪＴ、Ｋｕｒｏｋａｗａ　ｅｔ　ａｌ、　Ａ
ｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ、１９．Ｎｏ、１
８　ｐ３１２４　（１９８０）に記載されるように、有
機高分子中に、該高分子と屈折率の異なる光重合性モノ
マーをドープし、モノマーの屈折率が高分子よりも高い
時はコアとなる部分に、低い時はクラッドとなる部分に
、夫々光、特に紫外線を照射し、モノマーを重合・定着
させた後、未反応のモノマーを加熱処理によって除去す
ることにより、屈折率分布を形成し、所望のコアを得る
手法が広く知られている。

（発明が解決しようとする課題） 従来、一般に炭素系の有機高分子を光導波路の材料に使
用した場合に、０．６３〜０．８５ｐｍの比較的に短波
長の光源に対しては０．２ｄＢ／１以下という低損失が
達成されているが、現在、長距離通信で主に使用されて
いる１、　　３．１．　５５μｍという長波長の光に対
しては、Ｃ−Ｈ結合の赤外吸収に起因する損失増が大き
く、適用が困難であった。

本発明の目的は、１．　３μｍ以上の長波長の光に対し
ても、光伝送損失が小さい有機光導波路を提供するもの
である。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明は； ■　有機高分子中に、該高分子と屈折率が異なる有機モ
ノマーと光重合開始剤とをドープし、さらに部分的に紫
外線を照射して該モノマーを重合させて、コア−クラッ
ド構造を形成させた有機光導波路において、該高分子が
シリコーン系樹脂であることを特徴とする、有機光導波
路であり、また、■　該高分子がポリオルガノシルセス
キオキサンを主成分とするラダー型シリコーン樹脂であ
る点にも特徴を有し、さらに、 ■　該有機モノマーが下記一般式； 〔式中、Ｒ１はＨまたはＣＨ，であり、Ｒ２は、Ｃｌ１
Ｈ，ｆｉ、、　（ただし、１≦ｎ≦１２である〕で表さ
れるものである点にも特徴を有し、さらに、 ■　該有機モノマーがスチレンである点にも特徴を有す
る有機光導波路である。

以下、本発明を更に具体的に説明する。

本発明の有機光導波路を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一具体例である。

■は、基板（通常、Ｓｉもしくは５ｉＯｚ）１であり、
２は、シリコーン樹脂による薄膜層であり、３は、シリ
コーン樹脂中に光重合した有機モノマーがドープされて
いるコア部であり、４は、上下方向の光の洩れを防ぐた
めのクラフト層である。

また、第２図は、クラッドとなる部分にモノマーををド
ープした例である。

５は、シリ−コン樹脂中に光重合したモノマーがドープ
されているクラッド部であり、６は、シリコーン樹脂に
よるコア部である。

次に、上記先導波路を製造するには、−船釣な有機光導
波路の製造法に従って作製される。

その具体的な製造例を示すと、以下のようになる。

すなわち、■　基板１上に、シリコーン樹脂のクラッド
層４を塗布形成し、次に、その上に未硬化のシリコーン
樹脂（溶液）と有機モノマーと光重合開始剤との重合混
合物３又は５を塗布する。

この時に、該重合混合物の粘度の調節のために、必要に
応じて適当な溶媒、好ましくはアセトンなどのような有
機溶媒を該混合物に加えても良い。

■　次に、所望の導波路パターンを有するフォトマスク
を介して重合混合物の上から光、とくに紫外線を照射す
る。

なお、上記フォトマスクは、（ａ）　　モノマーの屈折
率がシリコーン樹脂より高い場合はコア部３のみに紫外
線が透過され、℃）モノマーの屈折率がシリコーン樹脂
より低い場合はコア部のみ紫外線が遮断されるように構
成させてクラッド部を形成し、有機光導波路を作製する
。従って、第１図は前記（ａ）の場合であって、重合混
合物はコア部となり、一方、第２図は、前記憶）の場合
であって、重合混合物はクラッド部となる。

■　この光照射の結果、露光した領域では有機モノマー
が重合し、前記シリコーン樹脂内で定着される。

その後、その光導波路全体を加熱処理することにより、
未硬化の前記シリコーン樹脂の硬化が進行し、熱的、力
学的に安定な光導波路が形成される。同時に未反応の有
機モノマーは全て揮散してしまうために、有機モノマー
が重合した部分との間に屈折率差が生じ、未露光領域に
クラッド部またはコア部が形成される。

使用できる加熱処理温度としては、１５０〜２００°Ｃ
が一般的である。

■　最後に、必要に応じて更に、その上にクラッド層４
を塗布し乾燥して、光導波路が完成する。

前述のとうりに、本発明においては、光導波路を構成す
る高分子材料としてシリコーン系樹脂を用いたので、従
来使用されている透明性の高い代表的な炭素系高分子で
あるポリメチルメタクリレ−）　（ＰＭＭＡ）のＣ−Ｈ
結合の赤外吸収波長が短波長側にあるのに比較して、該
シリコーン系樹脂のそれが長波長側にあるため、長波長
の光の伝送損失を大幅に低減することが出来る。

適用できるシリコーン系樹脂としては、任意のシリコー
ン系樹脂を使用できるが、例えば、ポリオルガノジメチ
ルシロキサンを主成分とする熱硬化型シリコーン樹脂、
シロキサン骨格の末端にアクリロイル基の付加したシリ
コーンアクリレート樹脂、ポリオルガノシルセスキオキ
サンを主成分とするラダー型シリコーン樹脂等が挙げら
れる。

使用できるラダー型シリコーン樹脂としては、一般式： 記一般式： 〔式中、Ｒ１はＨまたはＣＨ３であり、Ｒ。

はｓ　ＣａＨｚａ＋＋　（ただし、１≦ｎ≦１２である
）ＣＨ。

で表されるものが存利に使用できる。

また、本発明に使用する有機モノマーとしては、先導波
路を構成する高分子材料の透明性を阻害しない群から選
ばれることが望ましく、特に、ドープされる有機モノマ
ーが前記高分子材料との相溶性が高く、構造不整に基づ
く散乱が小さく、伝送損失が低下するものから選択する
のが好ましい。

例えば、ラダー型シリコーン樹脂を該高分子材料として
使用した場合には、メタクリル基あるいはアクリル基を
持ったモノマー、代表的には、下で表されるモノマーが
最も相溶性が良い。

また、コア部にドープするモノマーとしては、直鎖型炭
化水素のアクリレート又はメタクリレート；ベンジルア
クリレート、ベンジルメタクリレートが優れている。

使用する直鎖型炭化水素系のモノマーのうち、余り炭素
鎖が長すぎると、相溶性の低下、及びＣ−Ｈ結合に基づ
く赤外吸収の増大が生じるので、−船釣には、炭素の数
は１２以下が望ましい。

また、上記アクリル系モノマーに次いで相溶性の良いモ
ノマーとしては、スチレンなどが挙げられる。

次に、本発明に使用する光重合開始剤としてはとくに制
限されないが、代表的には、ヘンシルジメチルケタール
、１−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトンなどの
開裂型開始剤、あるいはベンゾフェノン、アセトフェノ
ンなどの水素引き抜き型開始剤を挙げることができる。

（作用） ■　従来、透明性の高い代表的な炭素系高分子である、
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は、光導波路と
した時に、第３図に示すように６００ｎｍよりも長波長
の領域では急、激に伝送１員失が増大する。

この主な原因は、Ｃ−Ｈ結合の伸縮振動の吸収波長が３
．４μｍという比較的に短波長側にあるため、その倍振
動の１．７μｍ、３倍振動の１゜１３μｍといった吸収
が近赤外域で存在するからである。

本発明においては、炭素系高分子を使用した有機光導波
路のこのような欠点を解消するために、シリコーン系樹
脂を有機光導波路の材料に適用する点に特徴がある。

このシリコーン系樹脂は、前記炭素系高分子と比較して
Ｃ−Ｈ結合の数は極端に少ない。また、Ｃ−Ｈ結合に対
応するものとして、５ｉ−Ｈ結合は多く存在するが、こ
の５ｉ−Ｈ結合の吸収波長は約４．６μｍと、Ｃ−Ｈ結
合に比較して遥かに長波長側にあるため、３倍振動の吸
収値でも１゜６５μｍ程度であって、現在通信系などで
使用されている最も長波長帯の１．５５μｍよりも長波
長側にある。

従って、１．３〜ｌ、５５μｍの領域で大幅に伝送損失
を低減することが出来る。

■　また、Ｃ−Ｈ結合の赤外吸収以外に、高分子の透明
性を損なう要因としては、レーリー散乱、構造不整に基
づく散乱などの散乱による損失悪化が考えられる。

この中で、レーリー散乱による損失増は、高分子の体積
弾性率が大きく、かつ屈折率が小さいほど小さくなる。

シリコーン系樹脂がこの要因を満たしており、特に、ポ
リオルガノシルセスキオキサンを主成分とするラダー型
シリコーン樹脂が伝送損失が最も小さくて好ましい。

■　後者の構造不整に基づく散乱の要因としては、コア
またはクラフト部にドープする光重合性モノマーと前記
高分子材料との相溶性が重要であり、この相溶性が高い
モノマー程散乱が小さく、伝送損失も低下する。

本発明においては、前記シリコーン樹脂の選択とともに
、前記七ツマ−として、このような相溶性の高いものの
選択に、特に、ラダー型シリコーン樹脂を使用した場合
には、メタクリル基またはアクリル基を持ったモノマー
を選択する点にも特徴がある。

（実施例） 以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、こ
れらは本発明の範囲を制限しない。

実施例１〜４及び比較例ｌ ５ｊＯの基板上に、ラダー型シリコーン樹脂（ｎ＝１．
４０）からなる厚さＬＯａｍのクラッド層をコーチング
し、次いで、第１表に示される各成分、すなわち、（未
硬化の）高分子、光重合性モノマー、光重合開始剤、溶
剤からなる導波路材料液を厚さ１０μｍにスピンコード
によってコーチングする。

フォトマスクを使用してコア部のみ紫外線（３００〜４
００　ｎｍ）を照射し、コア部の千ツマ−を重合させて
コアを形成し、次いで、１８０℃で１時間加熱処理して
前記高分子を（硬化）定着させると共に、未反応の七ツ
マ−を除去する。

最後に上部クラッド層として厚さ１０μｍのラダー型シ
リコーン樹脂（ｎ＝１．４０）をスピンコードで形成し
、第１図に示すような構造の有機光導波路を作製した。

その導波路の伝送損失を測定し、第１表にまとめた。

以上のように、本実施例に従って作製した有機導波路は
、特に長波長側において、優れた伝送特性を示すことが
判った。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の光導波路は、その構成材料
としてシリコーン系樹脂を用いているので、とくに１．
　３μｍ以上の長波長域で低損失の導波路を作製する上
で有用である。

また、該高分子中にドープするモノマーとして、とくに
該高分子と相溶性の高いものを用いたので、クラッド（
コア）中の構造不整に基づく散乱が少なく、損失も低下
する。

従って、本発明の光導波路は、特に長波長側での低損失
化が要求される光回路への使用に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光導波路の構造についての■具体例
を示す模式図である。 第２図は、クラッドとなる部分にモノマーをドープした
、本発明の他の具体例を示す模式図である。 第３図は、高分子材料として、ＰＭＭＡを用いた従来の
先導波路における赤外吸収による伝送損失値を示すグラ
フである。 １：基板 ２：薄膜 ３．５：重合混合物 ４：クラッド層 ６：コア部 第１図 第２図 第３図 波長（Ｊｆｆｉ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機高分子中に、該高分子と屈折率が異なる有機
   モノマーと光重合開始剤とをドープし、さらに部分的に
   紫外線を照射して該モノマーを重合させて、コア−クラ
   ッド構造を形成させた有機光導波路において、該高分子
   がシリコーン系樹脂であることを特徴とする、有機光導
   波路。
2. （２）該高分子がポリオルガノシルセスキオキサンを主
   成分とするラダー型シリコーン樹脂であることを特徴と
   する、請求項（１）記載の有機光導波路。
3. （３）該有機モノマーが下記一般式； ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・（１） 〔式中、Ｒ＿１はＨまたはＣＨ＿３であり、Ｒ＿２は、
   Ｃ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿１（ただし、１≦ｎ≦１２であ
   る）または▲数式、化学式、表等があります▼である。 〕 で表されることを特徴とする、請求項（１）、（２）の
   いずれかに記載の有機光導波路。
4. （４）該有機モノマーがスチレンであることを特徴とす
   る、請求項（１）、（２）のいずれかに記載の有機光導
   波路。