JPH07113910A - 波長板の使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一軸延伸を必要とせず、製造が容易で、耐熱
性、柔軟性に優れ、しかも膜厚の薄い波長板の使用方法
を提供する。 【構成】 ポリイミド薄膜からなる波長板を光路中に挿
入し、該波長板を通過する光の偏光状態を変化させる、
波長板の使用方法において、前記波長板に入射する光の
入射方向と、前記ポリイミド薄膜表面に垂直な方向との
なす角θが、０°＜θ＜９０°であるように波長板を用
いる波長板の使用方法。 【効果】 光導波回路の低価格化と作製プロセスの効率
化に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の偏光状態を変化させ
る光波長板に関し、特に作製が容易で、加工性、耐熱
性、経済性に優れ、光導波回路等に使用した場合に過剰
損失の少ない波長板の使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信の容量拡大と通信コスト
低減のために、光通信システムの高度化が望まれてい
る。そのための新しい方法として、光波長多重方式や光
クロスコネクト方式の研究開発が進められているが、こ
れらのシステムのノードの部分では、光信号を光のまま
処理する光導波回路が用いられようとしている。中でも
石英系の光導波路を用いた光導波回路は、光損失が少な
く実用的な光受動部品として期待されているが、その実
用化に当っての問題点として光回路の偏波依存性が指摘
されている。これは石英系の光導波路を用いて光導波路
回路を作製した場合に、光導波路の複屈折に起因した信
号品質の低下（ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分との位相ず
れ）として現れてくる。高橋らはこの問題を解決する方
法として、光路長の丁度中間地点に水晶からなる１／２
波長板を挿入することにより、出射端におけるＴＥ偏波
とＴＭ偏波の位相ずれを補償する方法を開発した〔高橋
浩ほか、オプティックス レターズ（Ｏｐｔ．Ｌｅｔ
ｔ．）、第１７巻、第７号、第４９９〜５０１頁（１９
９２）〕。この方法は水晶波長板の挿入により５ｄＢ程
度の過剰損失が生ずるものの、光導波路の上面に非晶質
シリコンを装荷する従来の方法に比べて製造が簡易であ
り実用性に優れている。本発明者らは特願平５−１３０
１２７号明細書において、ポリイミド薄膜による光波長
板とその製造方法を明らかにし、これを上記の用途に用
いることにより、波長板挿入による過剰損失を０．５ｄ
Ｂに抑えることが可能であることを示した。ポリイミド
の光波長板は水晶に比べて加工が容易であり、柔軟性が
あるため取扱いやすく、３００℃以上の耐熱性を持ち、
しかも膜厚を水晶波長板の１／４以下にすることができ
る。光導波回路の途中に波長板を挿入する場合、それに
よって引起こされる過剰損失は膜厚に対して指数関数的
に増加することが知られているので、波長板はできるだ
け薄いことが好ましく、その点からもポリイミド波長板
は優れている。但し、従来の水晶波長板やポリイミド波
長板は、すべて光線の垂直入射を前提としているため、
面内方向の複屈折を利用している。ポリイミド波長板の
作製工程でポリアミド酸薄膜に一軸延伸を施すのも、通
常の作製法では発現しない面内方向の複屈折を生起させ
るためである。しかし、この工程では精密な温度制御や
応力制御が必要なことのほかに、延伸途中で膜が切れて
しまう等の問題もあり、更に作製の簡単な光波長板が望
まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で説明した
ように、従来の光波長板は面内方向の複屈折を利用して
いるため、ポリイミド光波長板の製造においてはポリア
ミド酸薄膜の一軸延伸が必要であった。本発明は面内方
向と面に垂直な方向の複屈折を利用するため一軸延伸を
必要とせず、製造が容易で、耐熱性、柔軟性に優れ、し
かも膜厚の薄い、すなわち減衰の少ない波長板の使用方
法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は波長板の使用方法に関する発明であって、ポリイ
ミド薄膜からなる波長板を光路中に挿入し、該波長板を
通過する光の偏光状態を変化させる、波長板の使用方法
において、前記波長板に入射する光の入射方向と、前記
ポリイミド薄膜表面に垂直な方向とのなす角θが、０°
＜θ＜９０°であるように波長板を用いることを特徴と
する。

【０００５】本発明は、ポリイミド薄膜の作製工程で生
ずる面内方向の屈折率と面に垂直な方向の屈折率の違い
を利用するため、従来の技術で必要とされた一軸延伸の
処理が不要となる点が従来の技術と異なる。

【０００６】ポリイミドの薄膜に対してその面内方向の
屈折率（ｎ_TE）と面に垂直な方向の屈折率（ｎ_TM）を測
定すると、ほぼすべての場合においてｎ_TEがｎ_TMよりも
大きく、屈折率の異方性（複屈折）を示すことが知られ
ている。本発明者らは、シリコンの単結晶基板上で作製
後はく離したポリイミドの薄膜に対して光を入射した場
合、膜面に垂直な方向の入射では複屈折が現れないが、
膜面に垂直な方向からある角度をもって入射した場合に
は、波長板として十分な大きさの複屈折が現れることを
見いだし、その後、光の入射角とポリイミドのリターデ
ーションの関係、及びイミド化後の膜厚を制御する方法
について検討を行った結果、本発明を完成するに至っ
た。

【０００７】

【作用】図１は本発明の波長板による偏光状態の変化方
法の原理、すなわちポリイミド薄膜の屈折率楕円体と光
の入射方向による複屈折の変化を説明する図であって、
図の左方に示した屈折率楕円体により表される屈折率の
異方性を持ったポリイミド薄膜に、２つの角度から光を
入射した場合の複屈折の様子を示している。ポリイミド
には一軸延伸を施していないため、薄膜の面内方向には
屈折率の異方性が存在せず、従って入射方向１（膜面に
垂直の方向から入射、入射角θ＝０°）の場合には複屈
折は観測されない。一方、入射方向２のように、膜面に
垂直な方向からある角度θをもって入射した場合には、
ｙ軸方向の屈折率がｎ_TEよりも小さなｎθとなり、複屈
折としてｎ_TE−ｎθが観測される。図２は、図１におい
て入射方向２から光を入射した場合の屈折率楕円体の断
面を示した図であり、ｎθは次式（数１）で表される。

【０００８】

【数１】ｎθ＝１／√〔（ｃｏｓ² θ／ｎ_TE ² ）＋（ｓ
ｉｎ² θ／ｎ_TM ² ）〕

【０００９】図１に示したｙ軸の方向に直線偏光が入射
した場合と、ｘ軸方向に直線偏光が入射した場合との、
光路長に屈折率を乗じた値の差を制御することによっ
て、入射光の偏光状態を変化させることができる。この
値はリターデーション（Ｒ）と呼ばれ、複屈折を考慮し
た光路長の計算から、膜厚ｄを用いて次式（数２）で表
される。

【００１０】

【数２】Ｒ＝ｄ〔｛ｎ_TE／√（１−ｓｉｎ² θ／
ｎ_TE ² ）｝−｛ｎθ／√（１−ｓｉｎ² θ／ｎ
θ² ）｝〕

【００１１】この式（数２）は、ポリイミドのｎ_TEとｎ
_TMが既知の場合、ｄとθを選択することによってリター
デーションが制御できることを示している。このリター
デーションが光の波長の１／２や１／４に合致した場合
には、それぞれ１／２波長板、１／４波長板として使用
することができ、また更に大きなリターデーションとな
るよう屈折率、膜厚、入射角を制御することによって高
次の波長板とすることもできる。

【００１２】本発明にかかる光波長板を実現する手順は
以下の通りである。まず、各種テトラカルボン酸あるい
はその誘導体と各種のジアミンの組合せからポリアミド
酸の溶液を作製する。本発明に用いるテトラカルボン酸
及びその誘導体としての酸無水物、酸塩化物、エステル
化物等としては、例えば以下のようなものが挙げられ
る。ここではテトラカルボン酸としての名称を示す。

【００１３】ピロメリット酸、トリフルオロメチルピロ
メリット酸、ペンタフルオロエチルピロメリット酸、ビ
ス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピ
ロメリット酸、２，３，３’、４’−ビフェニルテトラ
カルボン酸、３，３’，４，４’−テトラカルボキシジ
フェニルエーテル、２，３’，３，４’−テトラカルボ
キシジフェニルエーテル、３，３’，４，４’−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸、２，３，６，７−テトラカ
ルボキシナフタレン、１，４，５，７−テトラカルボキ
シナフタレン、１，４，５，６−テトラカルボキシナフ
タレン、３，３’，４，４’−テトラカルボキシジフェ
ニルメタン、３，３’，４，４’−テトラカルボキシジ
フェニルスルホン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキ
シフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，４−ジカル
ボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、５，５’−
ビス（トリフルオロメチル）−３，３’，４，４’−テ
トラカルボキシビフェニル、２，２’，５，５’−テト
ラキス（トリフルオロメチル）−３，３’，４，４’−
テトラカルボキシビフェニル、５，５’−ビス（トリフ
ルオロメチル）−３，３’，４，４’−テトラカルボキ
シジフェニルエーテル、５，５’−ビス（トリフルオロ
メチル）−３，３’，４，４’−テトラカルボキシベン
ゾフェノン、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキ
シフェノキシ｝ベンゼン、ビス｛（トリフルオロメチ
ル）ジカルボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）
ベンゼン、ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフル
オロメチル）ベンゼン、ビス（ジカルボキシフェノキ
シ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（ジカ
ルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチ
ル）ベンゼン、３，４，９，１０−テトラカルボキシペ
リレン、２，２−ビス｛４−（３，４−ジカルボキシフ
ェノキシ）フェニル｝プロパン、ブタンテトラカルボン
酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、２，２−ビス
｛４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝
ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチ
ル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル、ビス｛（ト
リフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（ト
リフルオロメチル）ビフェニル、ビス｛（トリフルオロ
メチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテ
ル、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオ
ロメチル）ビフェニル、ビス（３，４−ジカルボキシフ
ェニル）ジメチルシラン、１，３−ビス（３，４−ジカ
ルボキシフェニル）テトラメチルジシロキサン、１，４
−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキ
シ）テトラフルオロベンゼン、１，４−ビス（３，４−
ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）オクタフルオロ
ビフェニル、１，４−ジフルオロピロメリット酸、１−
トリフルオロメチル−４−フルオロピロメリット酸、
１，４−ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸、１
−ペンタフルオロエチル−４−フルオロピロメリット
酸、１−ペンタフルオロエチル−４−トリフルオロメチ
ルピロメリット酸、１，４−ジ（ペンタフルオロエチ
ル）ピロメリット酸、１−ペンタフルオロフェニル−４
−フルオロピロメリット酸、１−ペンタフルオロフェニ
ル−４−トリフルオロメチルピロメリット酸、１−ペン
タフルオロフェニル−４−ペンタフルオロエチルピロメ
リット酸、１，４−ジ（ペンタフルオロフェニル）ピロ
メリット酸、１−トリフルオロメトキシ−４−フルオロ
ピロメリット酸、１−トリフルオロメトキシ−４−トリ
フルオロメチルピロメリット酸、１−トリフルオロメト
キシ−４−ペンタフルオロエチルピロメリット酸、１−
トリフルオロメトキシ−４−ペンタフルオロフェニルピ
ロメリット酸、１，４−ジ（トリフルオロメトキシ）ピ
ロメリット酸、１−ペンタフルオロエトキシ−４−フル
オロピロメリット酸、１−ペンタフルオロエトキシ−４
−トリフルオロメチルピロメリット酸、１−ペンタフル
オロエトキシ−４−ペンタフルオロエチルピロメリット
酸、１−ペンタフルオロエトキシ−４−ペンタフルオロ
フェニルピロメリット酸、１−ペンタフルオロエトキシ
−４−トリフルオロメトキシピロメリット酸、１，４−
ジ（ペンタフルオロエトキシ）ピロメリット酸、１−ペ
ンタフルオロフェノキシ−４−フルオロピロメリット
酸、１−ペンタフルオロフェノキシ−４−トリフルオロ
メチルピロメリット酸、１−ペンタフルオロフェノキシ
−４−ペンタフルオロエチルピロメリット酸、１−ペン
タフルオロフェノキシ−４−ペンタフルオロフェニルピ
ロメリット酸、１−ペンタフルオロフェノキシ−４−ト
リフルオロメトキシピロメリット酸、１−ペンタフルオ
ロフェノキシ−４−ペンタフルオロエトキシピロメリッ
ト酸、１，４−ジ（ペンタフルオロフェノキシ）ピロメ
リット酸、ヘキサフルオロ−３，３’，４，４’−ビフ
ェニルテトラカルボン酸、ヘキサフルオロ−３，３’，
４，４’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、ヘキ
サフルオロ−３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸、ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオ
ロフェニル）スルホン、ビス（３，４−ジカルボキシト
リフルオロフェニル）スルフィド、ビス（３，４−ジカ
ルボキシトリフルオロフェニル）ジフルオロメタン、
１，２−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェ
ニル）テトラフルオロエタン、２，２−ビス（３，４−
ジカルボキシトリフルオロフェニル）ヘキサフルオロプ
ロパン、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシトリフル
オロフェニル）テトラフルオロベンゼン、３，４−ジカ
ルボキシトリフルオロフェニル−３’，４’−ジカルボ
キシトリフルオロフェノキシ−ジフルオロメタン、ビス
（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）ジフ
ルオロメタン、１，２−ビス（３，４−ジカルボキシト
リフルオロフェノキシ）テトラフルオロエタン、２，２
−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキ
シ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（３，４−
ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）テトラフルオロ
ベンゼン、２，３，６，７−テトラカルボキシ−テトラ
フルオロナフタレン、２，３，６，７−テトラカルボキ
シ−ヘキサフルオロアントラセン、２，３，６，７−テ
トラカルボキシ−ヘキサフルオロフェナントレン、２，
３，６，７−テトラカルボキシ−テトラフルオロビフェ
ニレン、２，３，７，８−テトラカルボキシ−テトラフ
ルオロジベンゾフラン、２，３，６，７−テトラカルボ
キシ−テトラフルオロアントラキノン、２，３，６，７
−テトラカルボキシ−ペンタフルオロアントロン、２，
３，７，８−テトラカルボキシ−テトラフルオロフェノ
キサチイン、２，３，７，８−テトラカルボキシ−テト
ラフルオロチアントレン、２，３，７，８−テトラカル
ボキシ−テトラフルオロジベンゾ〔ｂ，ｅ〕１，４−ジ
オキサン等である。

【００１４】また、本発明に用いるジアミンとしては、
例えば以下のようなものが挙げられる。ｍ−フェニレン
ジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，４−ジアミ
ノキシレン、２，４−ジアミノデュレン、４−（１Ｈ，
１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウンデカノキシ）−
１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフ
ルオロ−１−ブタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼ
ン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタノキ
シ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−
パーフルオロ−１−オクタノキシ）−１，３−ジアミノ
ベンゼン、４−ペンタフルオロフェノキシ−１，３−ジ
アミノベンゼン、４−（２，３，５，６−テトラフルオ
ロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（４
−フルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、
４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘ
キサノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１
Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデカノキ
シ）−１，３−ジアミノベンゼン、ｐ−フェニレンジア
ミン、２，５−ジアミノトルエン、２，３，５，６−テ
トラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、２，５−ジアミ
ノベンゾトリフルオライド、ビス（トリフルオロメチ
ル）フェニレンジアミン、ジアミノテトラ（トリフルオ
ロメチル）ベンゼン、ジアミノ（ペンタフルオロエチ
ル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロヘキシ
ル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロブチ
ル）ベンゼン、ベンジジン、２，２’−ジメチルベンジ
ジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメ
トキシベンジジン、２，２’−ジメトキシベンジジン、
３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン、３，
３’−ジアセチルベンジジン、２，２’−ビス（トリフ
ルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル、３，
３’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミ
ノビフェニル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテ
ル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−
ジアミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（ｐ−アミ
ノフェニル）プロパン、３，３’−ジメチル−４，４’
−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジメチル−
４，４’−ジアミノジフェニルメタン、１，２−ビス
（アニリノ）エタン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニ
ル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリ
ノ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリ
ノ）オクタフルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）
デカフルオロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テト
ラデカフルオロヘプタン、２，２’−ビス（トリフルオ
ロメチル）−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、
３，３’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジ
アミノジフェニルエーテル、３，３’，５，５’−テト
ラキス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノジ
フェニルエーテル、３，３’−ビス（トリフルオロメチ
ル）−４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’’
−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−ア
ミノフェニル）ベンゼン、ｐ−ビス（４−アミノ−２−
トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン、ビス（アミ
ノフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、
ビス（アミノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメ
チル）ベンゼン、４，４’’’−ジアミノ−ｐ−クォー
ターフェニル、４，４’−ビス（ｐ−アミノフェノキ
シ）ビフェニル、２，２−ビス｛４−（ｐ−アミノフェ
ノキシ）フェニル｝プロパン、４，４’−ビス（３−ア
ミノフェノキシフェニル）ジフェニルスルホン、２，２
−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキ
サフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノ
フェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，
２−ビス｛４−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘ
キサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミ
ノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル｝ヘキサフ
ルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェ
ノキシ）−３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘ
キサフルオロプロパン、４，４’−ビス（４−アミノ−
２−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，
４’−ビス（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェ
ノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（４−アミノ−２
−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホ
ン、４，４’−ビス（３−アミノ−５−トリフルオロメ
チルフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス
｛４−（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキ
シ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリ
フルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス
〔｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニ
ル〕ヘキサフルオロプロパン、ジアミノアントラキノ
ン、１，５−ジアミノナフタレン、２，６−ジアミノナ
フタレン、ビス｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニ
ル〕ヘキサフルオロイソプロピル｝ベンゼン、ビス
（２，３，５，６−テトラフルオロ−４−アミノフェニ
ル）エーテル、ビス（２，３，５，６−テトラフルオロ
−４−アミノフェニル）スルフィド、１，３−ビス（３
−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、１，４
−ビス（３−アミノプロピルジメチルシリル）ベンゼ
ン、ビス（４−アミノフェニル）ジエチルシラン、テト
ラフルオロ−１，２−フェニレンジアミン、テトラフル
オロ−１，３−フェニレンジアミン、テトラフルオロ−
１，４−フェニレンジアミン、ヘキサフルオロ−１，５
−ジアミノナフタレン、ヘキサフルオロ−２，６−ジア
ミノナフタレン、３−トリフルオロメチル−トリフルオ
ロ−１，２−フェニレンジアミン、４−トリフルオロメ
チル−トリフルオロ−１，２−フェニレンジアミン、２
−トリフルオロメチル−トリフルオロ−１，３−フェニ
レンジアミン、４−トリフルオロメチル−トリフルオロ
−１，３−フェニレンジアミン、５−トリフルオロメチ
ル−トリフルオロ−１，３−フェニレンジアミン、２−
トリフルオロメチル−トリフルオロ−１，４−フェニレ
ンジアミン、３，４−ビス（トリフルオロメチル）−ジ
フルオロ−１，２−フェニレンジアミン、３，５−ビス
（トリフルオロメチル）−ジフルオロ−１，２−フェニ
レンジアミン、２，４−ビス（トリフルオロメチル）−
ジフルオロ−１，３−フェニレンジアミン、４，５−ビ
ス（トリフルオロメチル）−ジフルオロ−１，３−フェ
ニレンジアミン、４，６−ビス（トリフルオロメチル）
−ジフルオロ−１，３−フェニレンジアミン、２，３−
ビス（トリフルオロメチル）−ジフルオロ−１，４−フ
ェニレンジアミン、２，５−ビス（トリフルオロメチ
ル）−ジフルオロ−１，４−フェニレンジアミン、３，
４，５−トリス（トリフルオロメチル）−フルオロ−
１，２−フェニレンジアミン、３，４，６−トリス（ト
リフルオロメチル）−フルオロ−１，２−フェニレンジ
アミン、２，４，５−トリス（トリフルオロメチル）−
フルオロ−１，３−フェニレンジアミン、２，４，６−
トリス（トリフルオロメチル）−フルオロ−１，３−フ
ェニレンジアミン、４，５，６−トリス（トリフルオロ
メチル）−フルオロ−１，３−フェニレンジアミン、テ
トラキス（トリフルオロメチル）−１，２−フェニレン
ジアミン、テトラキス（トリフルオロメチル）−１，３
−フェニレンジアミン、テトラキス（トリフルオロメチ
ル）−１，４−フェニレンジアミン、３−ペンタフルオ
ロエチル−トリフルオロ−１，２−フェニレンジアミ
ン、４−ペンタフルオロエチル−トリフルオロ−１，２
−フェニレンジアミン、２−ペンタフルオロエチル−ト
リフルオロ−１，３−フェニレンジアミン、４−ペンタ
フルオロエチル−トリフルオロ−１，３−フェニレンジ
アミン、５−ペンタフルオロエチル−トリフルオロ−
１，３−フェニレンジアミン、２−ペンタフルオロエチ
ル−トリフルオロ−１，４−フェニレンジアミン、３−
トリフルオロメトキシ−トリフルオロ−１，２−フェニ
レンジアミン、４−トリフルオロメトキシ−トリフルオ
ロ−１，２−フェニレンジアミン、２−トリフルオロメ
トキシ−トリフルオロ−１，３−フェニレンジアミン、
４−トリフルオロメトキシ−トリフルオロ−１，３−フ
ェニレンジアミン、５−トリフルオロメトキシ−トリフ
ルオロ−１，３−フェニレンジアミン、２−トリフルオ
ロメトキシ−トリフルオロ−１，４−フェニレンジアミ
ン、３，３’−ジアミノ−オクタフルオロビフェニル、
３，４’−ジアミノ−オクタフルオロビフェニル、４，
４’−ジアミノ−オクタフルオロビフェニル、２，２’
−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノ−
ヘキサフルオロビフェニル、３，３’−ビス（トリフル
オロメチル）−４，４’−ジアミノ−ヘキサフルオロビ
フェニル、ビス（３−アミノ−テトラフルオロフェニ
ル）エーテル、３，４’−ジアミノ−オクタフルオロジ
フェニルエーテル、ビス（４−アミノ−テトラフルオロ
フェニル）エーテル、３，３’−ジアミノ−オクタフル
オロベンゾフェノン、３，４’−ジアミノ−オクタフル
オロベンゾフェノン、４，４’−ジアミノ−オクタフル
オロベンゾフェノン、ビス（３−アミノ−テトラフルオ
ロフェニル）スルホン、３，４’−ジアミノ−オクタフ
ルオロジフェニルスルホン、ビス（４−アミノ−テトラ
フルオロフェニル）スルホン、ビス（３−アミノ−テト
ラフルオロフェニル）スルフィド、３，４’−ジアミノ
−オクタフルオロジフェニルスルフィド、ビス（４−ア
ミノ−テトラフルオロフェニル）スルフィド、ビス（４
−アミノ−テトラフルオロフェニル）ジフルオロメタ
ン、１，２−ビス（４−アミノ−テトラフルオロフェニ
ル）テトラフルオロエタン、２，２−ビス（４−アミノ
−テトラフルオロフェニル）ヘキサフルオロプロパン、
４，４’’−ジアミノ−ドデカフルオロ−ｐ−テルフェ
ニル、４−アミノ−テトラフルオロフェノキシ−４’−
アミノ−テトラフルオロフェニル−ジフルオロメタン、
ビス（４−アミノ−テトラフルオロフェノキシ）−ジフ
ルオロメタン、１，２−ビス（４−アミノ−テトラフル
オロフェノキシ）−テトラフルオロエタン、２，２−ビ
ス（４−アミノ−テトラフルオロフェノキシ）−ヘキサ
フルオロプロパン、１，４−ビス（４−アミノ−テトラ
フルオロフェノキシ）−テトラフルオロベンゼン、２，
６−ジアミノ−ヘキサフルオロナフタレン、２，６−ジ
アミノ−オクタフルオロアントラセン、２，７−ジアミ
ノ−オクタフルオロフェナントレン、２，６−ジアミノ
−ヘキサフルオロビフェニレン、２，７−ジアミノ−ヘ
キサフルオロジベンゾフラン、２，６−ジアミノ−ヘキ
サフルオロアントラキノン、２，６−ジアミノ−オクタ
フルオロアントロン、２，７−ジアミノ−ヘキサフルオ
ロフェノキサチイン、２，７−ジアミノ−ヘキサフルオ
ロチアントレン、２，７−ジアミノ−テトラフルオロジ
ベンゾ〔ｂ，ｅ〕１，４−ジオキサンなどである。

【００１５】中でも得られるポリイミドの吸水率を低く
保ち、光透過性の高い領域を近赤外域から可視域へ広げ
るためには、原料としてテトラカルボン酸又はその誘導
体とジアミンのいずれか、又はその双方にフッ素原子が
結合したものを用いることが好ましい。また、光通信波
長を含む近赤外光に対する波長板を作製するためには、
原料としてテトラカルボン酸又はその誘導体とジアミン
のいずれか、又はその双方がアミノ基を除いてすべてフ
ッ素化されたものを用いることが好ましい。

【００１６】上記のテトラカルボン酸又はその誘導体と
ジアミンを反応させることによりポリアミド酸を製造す
る。ポリアミド酸の製造方法は、通常のポリアミド酸の
製造条件と同じでよく、一般的にはＮ−メチル−２−ピ
ロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルホルムアミドなどの極性有機溶媒中で反応させ
る。本発明においては、ジアミン及びテトラカルボン酸
又はその誘導体とも単一化合物で用いるばかりではな
く、複数のジアミン、テトラカルボン酸又はその誘導体
を混合して用いることが可能である。その場合は、複数
又は単一のジアミンのモル数の合計と複数又は単一のテ
トラカルボン酸又はその誘導体のモル数の合計が等しい
かほぼ等しくなるようにする。次いで、得られたポリア
ミド酸のイミド化によるポリイミドの合成については、
通常のポリイミドの合成法が使用できる。その代表的な
ものは、シリコン単結晶基板やガラス基板上にスピンコ
ート等により塗布し、それを空気中、窒素雰囲気中ある
いは真空中で、最終温度３００℃〜４００℃において熱
処理するものである。加えて本発明においては、単一の
ポリアミド酸のイミド化のほか、複数のポリアミド酸を
混合した状態でイミド化を行い、ポリイミドの混合体を
得ることも可能である。

【００１７】基板上に作製したポリイミド薄膜のｎ_TE、
ｎ_TM及びｄを、プリズムカプラー等を用いて測定する。
このｎ_TE、ｎ_TM、ｄから式（数２）を用いて、θを変化
させた場合に得られるリターデーションの範囲を計算す
ることができる。目的とするリターデーションがその範
囲にある場合には、本発明の方法による波長板として使
用することができる。しかしそうでない場合には、テト
ラカルボン酸又はジアミンの分子構造、ポリアミド酸を
塗布する基板の材質、スピンコート条件、熱処理温度等
を変えて、目的とするリターデーションが得られるよう
にしなければならない。得られたポリイミドのｎ_TE、ｎ
_TM、ｄが上記の条件を満たす場合には、式（数２）の計
算結果を用いて入射角θを決定する。ここで、この波長
板を光導波路に適用する場合には、過剰損失を抑えるた
めにポリイミド薄膜の膜厚はできるだけ薄いことが好ま
しい。そのためには本質的に大きな複屈折を持つポリイ
ミドを用いることが有効である。ポリイミドの分子構造
と複屈折の関係については、既にいくつかの報告例があ
り〔例えば、Ｔ．Ｐ．ラッセル（Ｔ．Ｐ．Russel）ほ
か、ジャーナル オブ ポリマー サイエンス ポリマ
ー フィジックス エディション（ J. Polym. Sci. Po
iym. Phys. Ed. )、第２１巻、第１７４５〜５６頁（１
９８３）〕、分子内に折れ曲がりの少ない剛直な構造を
持つポリイミドが大きな複屈折を示すことが知られてい
る。これまでに報告されたものの中で最も大きな複屈折
を示すポリイミドはＢＰＤＡ−ＰＤＡと呼ばれるもの
で、波長６３２．８ｎｍにおいて０．２４という測定値
が得られている〔Ｓ．ヘルミングハウス（ S. Hermingh
aus ) ほか、アプライド フィジックス レターズ（ A
ppl.Phys. Lett. ) 、第５９巻、第１０４３〜５頁（１
９９１）〕。

【００１８】波長板を作製するためには、ポリイミド薄
膜のリターデーションを使用波長の１／２や１／４に合
せる必要があるため、複屈折の制御とともに膜厚の制御
が重要となる。ポリイミドの膜厚制御は一般にポリアミ
ド酸溶液のスピンコート条件を最適化することによって
行われるが、更に高精度の膜厚制御が求められるものに
ついては、設計値よりもやや厚めに作製したポリイミド
の薄膜を、反応性イオンエッチングやＵＶアッシャー、
酸素アッシャー等を用いて所定の膜厚まで削っていくこ
とにより作製が可能である。

【００１９】なお、本発明に係るポリイミド波長板は、
そのリターデーションを波長の１／２や１／４ではな
く、任意の値に調整した位相差板として使用することも
できる。

【００２０】

【実施例】引続き、実施例を用いて本発明を更に詳しく
説明する。なお種々のポリイミドの組合せにより数限り
ない本発明の光波長板が得られることは明らかであり、
本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【００２１】実施例で作製したポリイミド薄膜の屈折率
は、（株）メトリコン社のプリズムカプラー（ＰＣ−２
０００型）を用い、室温２３℃、波長１．５２３μｍ及
び１．３２０μｍで測定した。複屈折（Δｎ）はＴＥ偏
波に対する屈折率（ｎ_TE）とＴＭ偏波に対する屈折率
（ｎ_TM）の差から求めた。ポリイミド薄膜のリターデー
ションは２つのグラムトムソン偏光子を用いた平行ニコ
ル法により測定した。実施例で用いたフッ素化ポリイミ
ドが、３００℃を超える耐熱性と０．７％以下の吸水率
を持つことは、特開平３−７２５２８号公報、及びマク
ロモルキュールズ（ Macromolecules ) 誌〔Ｔ．マツウ
ラ（ T. Matsuura )ほか、第２４巻、第５００１頁（１
９９１）、及びＴ．マツウラほか、第２５巻、第３５４
０頁（１９９２）〕で明らかにしたとおりである。ま
た、実施例で用いたフッ素化ポリイミドは柔軟性に富
み、かつ光学部品に組込んで使用する目的に十分な機械
的な強度を有していた。

【００２２】実施例１ 直径３インチのシリコンウェハに、ピロメリット酸二無
水物と２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，
４’−ジアミノビフェニルから合成されたポリアミド酸
のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液（濃度１５ｗｔ
％、粘度４３０ポアズ）をスピンコート法により塗布し
た。この塗膜を窒素雰囲気下、７０℃１時間、１６０℃
３０分、２５０℃１時間、３５０℃１時間の順で熱処理
し、室温まで自然冷却した。得られたポリイミドの膜厚
は１２．０μｍ、波長１．５２３μｍにおけるｎ_TEは
１．６１１５、ｎ_TMは１．４８９４であった。この薄膜
を基板からはく離し、波長１．５２３μｍの光をθ＝４
０°、５０°、６０°、７０°で入射した場合のリター
デーションの実測値（丸印）と、膜厚（ｄ）を１０μ
ｍ、１２μｍ、１４μｍ、１６μｍとした時のリターデ
ーションの計算値（実線）を図３に示す。ｄ＝１２μｍ
において実測値と計算値はよく一致しており、θを変化
させることによって、０から０．７６２の間の任意のリ
ターデーションを得ることができることがわかる。ま
た、この薄膜を波長１．５２３μｍの１／２波長板とす
るためには、θを６０°にすればよいことがわかる。そ
こでこのポリイミド薄膜を２つのグラムトムソン偏光子
の間に入れ、入射角が６０°となるように薄膜を傾斜さ
せ、かつ入射光の偏光方向が図１におけるｘ方向から４
５°傾くように入射したところ、透過光の偏波面が９０
°回転したことから、この薄膜が１／２波長板としての
機能を持つことが明らかとなった。１／２波長板として
の消光比を測定したところ２０ｄＢ以上であった。次い
で、導波光が上記と同じ条件で入射するように石英系の
光導波路に幅１５μｍの溝を切っておき、このポリイミ
ド薄膜を挿入して過剰損失を測定したところ０．５ｄＢ
であった。一方、この薄膜を波長１．５２３μｍの１／
４波長板とするためには、θを３０°にすればよいこと
がわかる。そこでθを３０°とする以外は上記と同じ条
件で直線偏光を入射したところ、透過後の光がほぼ完全
な円偏光となったことから、この薄膜が１／４波長板と
しての機能も持つことが明らかとなった。

【００２３】図３からも明らかなように、リターデーシ
ョンはθ＝６０°の近傍で極大値をとると共に、θの変
化に対して小さな変化しか示さないようになる。このこ
とは、目的とするリターデーションがθ＝６０°の近傍
で得られるように複屈折と膜厚を制御することができれ
ば、θを厳密に制御しなくても波長板のリターデーショ
ンを高精度に制御できることを示している。加えて、薄
膜に入射する直線偏光の表面反射率が原理的に０となる
ブリュースター角は、ポリイミドの場合約５７．５°で
あるので、入射角θを６０°近傍に設定することができ
れば、波長板としての透過率も向上させることができ
る。

【００２４】実施例２ 実施例１におけるピロメリット酸無水物の代りにトリフ
ルオロメチルピロメリット酸無水物を用い、実施例１と
同様の方法でポリイミドの薄膜を作製したところ、得ら
れたポリイミドの膜厚は９．２μｍ、波長１．３２０μ
ｍにおけるｎ_TEは１．５９４０、ｎ_TMは１．４７０１で
あった。この薄膜を波長１．３２０μｍの１／２波長板
とし、かつ入射角を６０°とするためには、膜厚を１
０．５μｍにすればよいことが式（数２）の計算からわ
かる。そこでイミド化後の膜厚が１０．５μｍとなるよ
うにスピンコートの条件を変えて再度、ポリイミドの薄
膜を作製したところ、膜厚は１０．５μｍ、波長１．３
２０μｍにおけるｎ_TEは１．５９３９、ｎ_TMは１．４７
００であった。そこでこの波長板を２つのグラムトムソ
ン偏光子の間に入れ、入射角が６０°となるように薄膜
を傾斜させ、かつ入射光の偏光方向が図１におけるｘ方
向から４５°傾くように入射したところ、透過光の偏波
面が９０°回転したことから、この薄膜が１／２波長板
としての機能を持つことが明らかとなった。１／２波長
板としての消光比を測定したところ２０ｄＢ以上であっ
た。次いで、石英系の光導波路に、導波光が上記と同じ
条件で入射するように幅１５μｍの溝を切っておき、こ
のポリイミドフィルムを挿入して光損失を測定したとこ
ろ０．５ｄＢであった。

【００２５】比較例１ 光学用高分子材料の中では比較的大きな複屈折を持つこ
とで知られるポリカーボネートをジクロロメタンに溶解
し、３インチのシリコンウェハにスピンコート法により
塗布した。この塗膜を窒素雰囲気中で７０℃２４時間、
次いで真空中７０℃２４時間乾燥し、室温まで自然冷却
した。得られたポリカーボネート薄膜の膜厚は１０．２
μｍ、波長１．５２３μｍにおけるｎ_TEは１．５４８、
ｎ_TMは１．５４４であった。この薄膜を波長１．５２３
μｍの１／２波長板として使用するためには膜厚を３４
０μｍ以上にする必要があり、このような厚膜の膜厚を
精密に制御して作製することが困難なこと、そして導波
路に挿入した場合の過剰損失が３０ｄＢ以上と試算され
ることから、光波長板としての使用には適さないことが
判明した。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、水晶を用いた光波長板
に比べて挿入損失が少なく、従来のポリイミド光波長板
に比べて製造が容易な光波長板を提供することができ、
主に光導波回路の低価格化と作製プロセスの効率化とい
った点に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポリイミド薄膜の屈折率楕円体と光の入射方向
による複屈折の変化を説明する図である。

【図２】図１において入射方向２から光を入射した場合
の屈折率楕円体の断面を示す図である。

【図３】実施例１において、ポリイミドの薄膜に波長
１．５２３μｍの光をθ＝４０°、５０°、６０°、７
０°で入射した場合のリターデーションの実測値と、膜
厚と入射角を変化させた場合のリターデーションの計算
値を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイミド薄膜からなる波長板を光路中
   に挿入し、該波長板を通過する光の偏光状態を変化させ
   る、波長板の使用方法において、前記波長板に入射する
   光の入射方向と、前記ポリイミド薄膜表面に垂直な方向
   とのなす角θが、０°＜θ＜９０°であるように波長板
   を用いることを特徴とする波長板の使用方法。