JPH07140339A - 光学的導波体およびその製造方法 - Google Patents
光学的導波体およびその製造方法Info
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- JPH07140339A JPH07140339A JP6174454A JP17445494A JPH07140339A JP H07140339 A JPH07140339 A JP H07140339A JP 6174454 A JP6174454 A JP 6174454A JP 17445494 A JP17445494 A JP 17445494A JP H07140339 A JPH07140339 A JP H07140339A
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- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1221—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths made from organic materials
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- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
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- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造が実質的に簡単で、機械的応力を受けに
くく、多様な導波体の層および材料を可撓性の基板に設
けることができる光学的導波体を提供する。 【構成】 導波体層１とポリマーからなる基板２との間
に、無機材料からなる中間層８を設け、この中間層によ
って、相当量のエネルギー部分が相対的に吸収性の高い
ポリマー材料に入ることを妨止する。
くく、多様な導波体の層および材料を可撓性の基板に設
けることができる光学的導波体を提供する。 【構成】 導波体層１とポリマーからなる基板２との間
に、無機材料からなる中間層８を設け、この中間層によ
って、相当量のエネルギー部分が相対的に吸収性の高い
ポリマー材料に入ることを妨止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
よる導波体、すなわち少なくとも１つの導波体層を基板
の上に有する光学的導波体、その製造方法、さらに導波
体の導波性層と支持基板との間に中間層を設けて導波性
層の特性と基板の特性とを切り離すこと、また有機材
料、特にポリマーからなる基板を、選択して上に設ける
導波体層のための支持基板として使用することに関す
る。
よる導波体、すなわち少なくとも１つの導波体層を基板
の上に有する光学的導波体、その製造方法、さらに導波
体の導波性層と支持基板との間に中間層を設けて導波性
層の特性と基板の特性とを切り離すこと、また有機材
料、特にポリマーからなる基板を、選択して上に設ける
導波体層のための支持基板として使用することに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】多くの応用、たとえばセンサー、統合し
た光学装置などでは平面状の導波体を使用する。図７
（ａ）に示すように、このような導波体は、単純な形状
であり、屈折率ｎS の基板２の上に、屈折率ｎF の導波
体層１、および屈折率ｎC の周囲媒体３、いわゆる被覆
媒体または外被を有する。さらに、この周囲媒体３は、
図７（ｂ）に示すように、層または層系からなる。屈折
率の大きさは、ｎC ＜ｎFかつｎS ＜ｎF である。
た光学装置などでは平面状の導波体を使用する。図７
（ａ）に示すように、このような導波体は、単純な形状
であり、屈折率ｎS の基板２の上に、屈折率ｎF の導波
体層１、および屈折率ｎC の周囲媒体３、いわゆる被覆
媒体または外被を有する。さらに、この周囲媒体３は、
図７（ｂ）に示すように、層または層系からなる。屈折
率の大きさは、ｎC ＜ｎFかつｎS ＜ｎF である。
【０００３】多くの応用については、少なくとも１つの
この層を形成する必要がある。一般にこの導波体の内に
光を囲い込むための優れた方法は、図８に示すように、
導波体に格子構造４を設け、光５、たとえばレーザー光
線を導波体層１の内で屈折させて囲い込む。このとき入
射角、格子間隔および導波体の層厚さを選択することに
よって、光６は特定の前進モードで、導波体層１の内を
前進して、導波体の前側７から出る。
この層を形成する必要がある。一般にこの導波体の内に
光を囲い込むための優れた方法は、図８に示すように、
導波体に格子構造４を設け、光５、たとえばレーザー光
線を導波体層１の内で屈折させて囲い込む。このとき入
射角、格子間隔および導波体の層厚さを選択することに
よって、光６は特定の前進モードで、導波体層１の内を
前進して、導波体の前側７から出る。
【０００４】格子４は、基板の表面にあるか、または導
波体層の内部にあるか、もしくはこれに接しているかに
関係しない。さらに、導波体を全体として立体的に構成
することも屡々行われる。図７（ｂ）は、立体的構造を
有しない導波体を示し、図９および図１０は、帯状構造
の導波体を示し、図１１は、掘り込まれた帯状構造の導
波体を示す。図１２および図１３は、純粋に例示のため
の立体的複合構造の導波体のそれぞれの上面図と断面図
を示す。このような構造の導波体は、たとえば通信技術
またはセンサー技術で広く使用されている。
波体層の内部にあるか、もしくはこれに接しているかに
関係しない。さらに、導波体を全体として立体的に構成
することも屡々行われる。図７（ｂ）は、立体的構造を
有しない導波体を示し、図９および図１０は、帯状構造
の導波体を示し、図１１は、掘り込まれた帯状構造の導
波体を示す。図１２および図１３は、純粋に例示のため
の立体的複合構造の導波体のそれぞれの上面図と断面図
を示す。このような構造の導波体は、たとえば通信技術
またはセンサー技術で広く使用されている。
【０００５】通常この種の導波体は、ガラス基板の上に
作られるので、ホトリソグラフィー、およびこれに続く
エッチング、イオンエッチング、反応性イオンエッチン
グ、化学的湿式エッチングなどによって形成される。
作られるので、ホトリソグラフィー、およびこれに続く
エッチング、イオンエッチング、反応性イオンエッチン
グ、化学的湿式エッチングなどによって形成される。
【０００６】このような構造を形成する技術は、時間お
よび費用を要する。そのうえ、導波体をガラス基板の上
に形成することは、極めて困難であり、特に機械的応
力、たとえば歪みを生じる。基板／導波体層／周囲媒
体、特に基板／導波体層の相互作用が、ここでは重要で
あって、実質的に導波体の特性を規定する。
よび費用を要する。そのうえ、導波体をガラス基板の上
に形成することは、極めて困難であり、特に機械的応
力、たとえば歪みを生じる。基板／導波体層／周囲媒
体、特に基板／導波体層の相互作用が、ここでは重要で
あって、実質的に導波体の特性を規定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、 ａ）構造が実質的に簡単であって、安価に製造すること
ができ、場合によっては、 ｂ）境界において変形することができ、および／または ｃ）機械的応力を受けにくく、および／または ｄ）多様な導波体の層および材料を可撓性の基板に設け
ることができる導波体を提案することである。
ができ、場合によっては、 ｂ）境界において変形することができ、および／または ｃ）機械的応力を受けにくく、および／または ｄ）多様な導波体の層および材料を可撓性の基板に設け
ることができる導波体を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これは、最初に述べたよ
うに、請求項１の特徴部分に従って導波体を形成するこ
とによって、すなわち少なくとも導波体層に向いた基板
が、有機材料からなり、基板と導波体層との間に少なく
とも１つの中間層を有し、この中間層が、少なくとも１
つの所定の伝搬モードにおいて、かつ少なくとも１つの
所定の波長において、基板／層の界面によって作用され
る光波の伝搬の減衰を減少させるようにすることによっ
て達成される。
うに、請求項１の特徴部分に従って導波体を形成するこ
とによって、すなわち少なくとも導波体層に向いた基板
が、有機材料からなり、基板と導波体層との間に少なく
とも１つの中間層を有し、この中間層が、少なくとも１
つの所定の伝搬モードにおいて、かつ少なくとも１つの
所定の波長において、基板／層の界面によって作用され
る光波の伝搬の減衰を減少させるようにすることによっ
て達成される。
【０００９】本発明においては、導波体の導波性層と支
持基板との間に中間層を設けて、これを導波性層の特性
と基板の特性とを切り離すために使用する。また、本発
明では、有機材料、特にポリマーからなる基板を、選択
して上に設けられる導波体層のための支持基板として使
用し、かつ基板と導波体層との間に少なくとも１つの中
間層を設ける。
持基板との間に中間層を設けて、これを導波性層の特性
と基板の特性とを切り離すために使用する。また、本発
明では、有機材料、特にポリマーからなる基板を、選択
して上に設けられる導波体層のための支持基板として使
用し、かつ基板と導波体層との間に少なくとも１つの中
間層を設ける。
【００１０】特に、ポリマー、たとえば現在優れたポリ
マーとして、ポリカーボネートを導波体基板とし、導波
体、特にその全体を、型打ち、深絞り成形、射出成形な
どによって構成した後に、特に導波性材料を堆積（積
層）することが極めて安価であろう。このとき、有機材
料、特にポリマーからなる基板の上に導波性材料を堆積
することは、決して通常の方法ではない。
マーとして、ポリカーボネートを導波体基板とし、導波
体、特にその全体を、型打ち、深絞り成形、射出成形な
どによって構成した後に、特に導波性材料を堆積（積
層）することが極めて安価であろう。このとき、有機材
料、特にポリマーからなる基板の上に導波性材料を堆積
することは、決して通常の方法ではない。
【００１１】特に留意すべきことは、こうして形成され
た導波体、すなわち基板上に直接設けられた導波体層
は、所定のモードおよび所定の波長において、限定され
た距離にわたって、強さの減少として規定される損失
が、基板の材料に無機材料、たとえばガラスを使用した
場合よりも、実質的に大きく、少なくとも１０倍であ
る。
た導波体、すなわち基板上に直接設けられた導波体層
は、所定のモードおよび所定の波長において、限定され
た距離にわたって、強さの減少として規定される損失
が、基板の材料に無機材料、たとえばガラスを使用した
場合よりも、実質的に大きく、少なくとも１０倍であ
る。
【００１２】ここで提起した問題は、我々の知見によれ
ば、実質的に新しい領域である。実際に、文献たとえば
"Design of integrated optical couplers and interfe
rometers suitable for low-cost mass production",
R.E.Kunz およびJ.S.Gu；ECIO'93-Konferenz in Neucha
telを参照すれば、統合した光学機器は、構造用の合成
材料から安価に製造することができるとするが、この記
載は、その要求があることを単に述べているに過ぎな
い。
ば、実質的に新しい領域である。実際に、文献たとえば
"Design of integrated optical couplers and interfe
rometers suitable for low-cost mass production",
R.E.Kunz およびJ.S.Gu；ECIO'93-Konferenz in Neucha
telを参照すれば、統合した光学機器は、構造用の合成
材料から安価に製造することができるとするが、この記
載は、その要求があることを単に述べているに過ぎな
い。
【００１３】しかし自明のように、一方において、有機
材料、特にポリマーのためのすべての成形方法、他方に
おいて、堆積あるいは成長方法たとえばＣＶＤ，ＰＥＣ
ＶＤ，蒸着、スパッタリング、イオンめっきなどは、技
術の水準に属する。この場合、合成材料の部材、たとえ
ば眼鏡のガラス、反射体などを多様な材料でたとえばプ
ラズマ重合によって堆積あるいは成長させることも、技
術の水準に属する。
材料、特にポリマーのためのすべての成形方法、他方に
おいて、堆積あるいは成長方法たとえばＣＶＤ，ＰＥＣ
ＶＤ，蒸着、スパッタリング、イオンめっきなどは、技
術の水準に属する。この場合、合成材料の部材、たとえ
ば眼鏡のガラス、反射体などを多様な材料でたとえばプ
ラズマ重合によって堆積あるいは成長させることも、技
術の水準に属する。
【００１４】さらに"Integrated Optics：Theory and T
echnology", R.G.Hunsperger, Springer Series in Opt
ical Sciences, Springer-Verlag 1984 に記載する平面
状導波体の理論を参照しておく。
echnology", R.G.Hunsperger, Springer Series in Opt
ical Sciences, Springer-Verlag 1984 に記載する平面
状導波体の理論を参照しておく。
【００１５】
【実施例および作用効果】本発明は、より広い請求の範
囲の対象および優れた実施態様を有し、以下の実施例お
よび図面によって、その多様な面を説明する。
囲の対象および優れた実施態様を有し、以下の実施例お
よび図面によって、その多様な面を説明する。
【００１６】図１４に、本発明の基礎とする知見を説明
するために、導波体層１、基板２および被覆層３からな
る非対称的導波体についてモードの分布を示した。これ
によって、２つのモードの場の分布を知ることができ
る。場または光のエネルギーが、導波性層のみならず、
隣接する媒体、すなわち被覆層および基板にも広がって
いることが認められる。
するために、導波体層１、基板２および被覆層３からな
る非対称的導波体についてモードの分布を示した。これ
によって、２つのモードの場の分布を知ることができ
る。場または光のエネルギーが、導波性層のみならず、
隣接する媒体、すなわち被覆層および基板にも広がって
いることが認められる。
【００１７】導波体層１の外にもれるエネルギー部分の
百分率は、なかでも導波体層１の厚さに依存し、さらに
屈折率ｎC ，ｎF ，ｎS ，モードの種類（ＴＥ，ＴＭ）
およびモード数に依存する。薄い導波体層では、基板に
もれるエネルギー部分の百分率はより厚い層の場合より
大きい。しかし薄い層は、特にセンサー技術に特定して
使用するのに極めて有利である。
百分率は、なかでも導波体層１の厚さに依存し、さらに
屈折率ｎC ，ｎF ，ｎS ，モードの種類（ＴＥ，ＴＭ）
およびモード数に依存する。薄い導波体層では、基板に
もれるエネルギー部分の百分率はより厚い層の場合より
大きい。しかし薄い層は、特にセンサー技術に特定して
使用するのに極めて有利である。
【００１８】図２に、たとえば相互に重なり合った層あ
るいは相Ａ〜Ｄを示す。図２において輪切り片として示
された空間要素ｄＶにおける損失Ａ（ｄＶ）は、局部的
な光の強さＩ（ｒ）、および一般的な損失係数α（ｒ）
の空間積分として規定され、これは、なかでも局部的な
吸収および分散を考慮する。従って、損失に対しては次
式が与えられる。
るいは相Ａ〜Ｄを示す。図２において輪切り片として示
された空間要素ｄＶにおける損失Ａ（ｄＶ）は、局部的
な光の強さＩ（ｒ）、および一般的な損失係数α（ｒ）
の空間積分として規定され、これは、なかでも局部的な
吸収および分散を考慮する。従って、損失に対しては次
式が与えられる。
【００１９】
【数１】
【００２０】（式中、ｒは場所のベクトルを表す。）
【００２１】これより明かなように、図１４を参照すれ
ば、特に、基板、特に基板／導波体の界面における損失
αが多い程、さらに基板／導波体の界面におけるエネル
ギー部分の百分率が大きい程、導波体の全損失が多くな
る。
ば、特に、基板、特に基板／導波体の界面における損失
αが多い程、さらに基板／導波体の界面におけるエネル
ギー部分の百分率が大きい程、導波体の全損失が多くな
る。
【００２２】ガラスたとえばＣｏｒｎｉｎｇ ７０５９
ガラスの上の導波体層は、全体として極めて少ない損
失、または少ない吸収を示すが、基板材料として有機材
料、特にポリマー、たとえばポリカーボネートの基板の
上の導波体層の損失は、少なくとも１０倍と大きく、こ
の損失は、導波体層１の厚さ、およびさらに基板材料、
特に基板／導波体の界面におけるエネルギー部分の百分
率によって推移する。
ガラスの上の導波体層は、全体として極めて少ない損
失、または少ない吸収を示すが、基板材料として有機材
料、特にポリマー、たとえばポリカーボネートの基板の
上の導波体層の損失は、少なくとも１０倍と大きく、こ
の損失は、導波体層１の厚さ、およびさらに基板材料、
特に基板／導波体の界面におけるエネルギー部分の百分
率によって推移する。
【００２３】このとき、前述の損失の増加は、その都度
特定して使用する堆積方法の結果によるのみならず、ま
た図８によって説明した基板材料と導波体層との相互作
用の結果にもよる。
特定して使用する堆積方法の結果によるのみならず、ま
た図８によって説明した基板材料と導波体層との相互作
用の結果にもよる。
【００２４】図１は、本発明の導波体の構造を示す。こ
の導波体は、有機材料、特にポリマー、たとえばポリカ
ーボネートからなる基板２を含む。導波体層１は、少な
くとも１つの中間層８によって基板２から分離されてい
る。
の導波体は、有機材料、特にポリマー、たとえばポリカ
ーボネートからなる基板２を含む。導波体層１は、少な
くとも１つの中間層８によって基板２から分離されてい
る。
【００２５】本発明によれば、中間層８、場合によって
は中間層系８があるので、一般的な損失係数αが大きい
ところで、導波体の内の光の強さＩが小さいことを達成
する。これによって、損失を最小にすることができる。
これは導波体の表面に垂直な導波体の屈折率のプロファ
イルの対応する拡がりによって達成される。
は中間層系８があるので、一般的な損失係数αが大きい
ところで、導波体の内の光の強さＩが小さいことを達成
する。これによって、損失を最小にすることができる。
これは導波体の表面に垂直な導波体の屈折率のプロファ
イルの対応する拡がりによって達成される。
【００２６】材料 １．導波性層１の材料 特に波長範囲４００〜１０００nmに対して優れた材料と
して、ＴｉＯ2 ，Ｔａ 2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＳｉＯ2 −ＴｉＯ2 ，ＨｆＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｎｂ
2 Ｏ5 ，窒化けい素，酸窒化物（ＳｉＯx Ｎy ，ＨｆＯ
X Ｎy ，ＡｌＯX Ｎy，ＴｉＯX Ｎy ，ＴａＯ
X Ｎy ），およびＭｇＦ2 ，ＣａＦ2 。波長＞１０００
nmに対して優れた材料として、けい素、ＳｉＯX ，Ｇ
ｅ，ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ。
して、ＴｉＯ2 ，Ｔａ 2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＳｉＯ2 −ＴｉＯ2 ，ＨｆＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｎｂ
2 Ｏ5 ，窒化けい素，酸窒化物（ＳｉＯx Ｎy ，ＨｆＯ
X Ｎy ，ＡｌＯX Ｎy，ＴｉＯX Ｎy ，ＴａＯ
X Ｎy ），およびＭｇＦ2 ，ＣａＦ2 。波長＞１０００
nmに対して優れた材料として、けい素、ＳｉＯX ，Ｇ
ｅ，ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ。
【００２７】２．基板２の材料 有機材料、特にポリマー、たとえばポリカーボネート、
ＰＶＣ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＰＥ
Ｔ。
ＰＶＣ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＰＥ
Ｔ。
【００２８】３．少なくとも１つの中間層、好ましくは
１つの中間層８の材料 誘電性の無機材料、特に酸化物、窒化物、炭化物および
これらの混合形であり、特にＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，一
般的なＳｉＯx Ｎy ，および混合材料、特にＳｉＯ2 部
分、Ｓｉ3 Ｎ4 部分、または一般にＳｉＯX Ｎy 部分を
有する混合材料。
１つの中間層８の材料 誘電性の無機材料、特に酸化物、窒化物、炭化物および
これらの混合形であり、特にＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，一
般的なＳｉＯx Ｎy ，および混合材料、特にＳｉＯ2 部
分、Ｓｉ3 Ｎ4 部分、または一般にＳｉＯX Ｎy 部分を
有する混合材料。
【００２９】４．被覆 露出している導波体層または被覆層を積層した導波体層
についてのすべての公知の技術。
についてのすべての公知の技術。
【００３０】加工技術 １．導波体層の適用 これには、真空堆積（成長）技術が好ましく、特にプラ
ズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）、ＣＶＤ法、反応性ＰＶＤ
法、特に反応性蒸着法、スパッタリング、イオンめっき
が有利に使用される。プラズマは直流（ＤＣ）または交
流（ＡＣ）で励起し、これには低周波、高周波およびマ
イクロ波のプラズマおよびＤＣ＋ＡＣ混合型がある。ま
た非真空堆積（成長）法、たとえば浸漬引き出し、スピ
ンコーティングを使用することもできる。
ズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）、ＣＶＤ法、反応性ＰＶＤ
法、特に反応性蒸着法、スパッタリング、イオンめっき
が有利に使用される。プラズマは直流（ＤＣ）または交
流（ＡＣ）で励起し、これには低周波、高周波およびマ
イクロ波のプラズマおよびＤＣ＋ＡＣ混合型がある。ま
た非真空堆積（成長）法、たとえば浸漬引き出し、スピ
ンコーティングを使用することもできる。
【００３１】少なくとも１つの導波性層１を、本発明の
基板材料の上に設けることを考慮して、基板の温度を、
基板材料の軟化点より低く、特に＜１００℃、好ましく
は＜６０℃とする堆積方法を用いることが好ましい。
基板材料の上に設けることを考慮して、基板の温度を、
基板材料の軟化点より低く、特に＜１００℃、好ましく
は＜６０℃とする堆積方法を用いることが好ましい。
【００３２】２．少なくとも１つの中間層の適用 基板の温度経過と同一の制限の下で、導波体層の適用と
同一の方法を使用する。さらに、たとえばけい素を含む
モノマーを層の成長に使用する場合は、プラズマ重合を
利用することができる。
同一の方法を使用する。さらに、たとえばけい素を含む
モノマーを層の成長に使用する場合は、プラズマ重合を
利用することができる。
【００３３】３．基板 有機材料、極めて好ましくは、ポリマーからなる基板
を、合成材料の加工に公知の方法の１つによって成形す
る。これには、特に、型打ち（鋳造）、深絞り成形、射
出成形、膨張延伸（ＰＥＴ合成材料用）が挙げられる。
を、合成材料の加工に公知の方法の１つによって成形す
る。これには、特に、型打ち（鋳造）、深絞り成形、射
出成形、膨張延伸（ＰＥＴ合成材料用）が挙げられる。
【００３４】本発明によって挿入した中間層または中間
層系の１つの層は、光学的作用、すなわち基板材料また
は基板／層の界面において、吸収が大きくて光の強さを
最適に小さくする作用とともに、他方において基板と、
その上の層との間の接着層として作用する。これによっ
て、導波体層に、特に目的とする光学的分離作用を実現
する第１の中間層を設け、かつ他の中間層によって基板
に接する接着問題を解決することができる。
層系の１つの層は、光学的作用、すなわち基板材料また
は基板／層の界面において、吸収が大きくて光の強さを
最適に小さくする作用とともに、他方において基板と、
その上の層との間の接着層として作用する。これによっ
て、導波体層に、特に目的とする光学的分離作用を実現
する第１の中間層を設け、かつ他の中間層によって基板
に接する接着問題を解決することができる。
【００３５】本発明の導波体における損失は、従来のガ
ラス基板における損失と同一の程度であり、特に１００
dB／cmより小さく、好ましくは５０dB／cmより小さく、
さらに特に１０dB／cmより小さい。
ラス基板における損失と同一の程度であり、特に１００
dB／cmより小さく、好ましくは５０dB／cmより小さく、
さらに特に１０dB／cmより小さい。
【００３６】さらに、本発明によれば、図１の中間層８
を設けることによって、導波体層１の特性を基板２の特
性から切り離すことにより特異な重要性が示される。こ
れによれば、導波体層材料と基板材料との間で対応して
変化する相互作用を、実質的に考慮することなしに、与
えられた基板材料について、使用目的（波長、モード）
に応じて多様な導波体層材料を使用することが可能にな
り、本発明によって使用することができる。
を設けることによって、導波体層１の特性を基板２の特
性から切り離すことにより特異な重要性が示される。こ
れによれば、導波体層材料と基板材料との間で対応して
変化する相互作用を、実質的に考慮することなしに、与
えられた基板材料について、使用目的（波長、モード）
に応じて多様な導波体層材料を使用することが可能にな
り、本発明によって使用することができる。
【００３７】これは、基板材料として、特にポリマー材
料を選択し、光学的基準とは別に満足させることもでき
る。明らかなように、特に図８，９，１０〜１３に示す
構造は、本発明によって設けた基板材料が、本発明によ
って設けた中間層によって、従来のガラス基板を使用し
て得られた良好な光学的特性を簡単に確保することがで
きるようにする。
料を選択し、光学的基準とは別に満足させることもでき
る。明らかなように、特に図８，９，１０〜１３に示す
構造は、本発明によって設けた基板材料が、本発明によ
って設けた中間層によって、従来のガラス基板を使用し
て得られた良好な光学的特性を簡単に確保することがで
きるようにする。
【００３８】図３（ａ），３（ｂ），図４（ａ），４
（ｂ）および図５（ａ），５（ｂ）において、本発明に
よる導波体の厚さの範囲ｚにわたる優れた屈折率のプロ
ファイルを示す。ここにおいて記号“ＺＳ”は中間層、
記号“Ｓ”は基板、記号“Ｆ”は導波体層を表す。
（ｂ）および図５（ａ），５（ｂ）において、本発明に
よる導波体の厚さの範囲ｚにわたる優れた屈折率のプロ
ファイルを示す。ここにおいて記号“ＺＳ”は中間層、
記号“Ｓ”は基板、記号“Ｆ”は導波体層を表す。
【００３９】屈折率、または本発明によって設けた中間
層の厚さの範囲ｄZSに対応する屈折率の推移を定めるに
当って、図に示すように、多様な変形が可能である。多
くの場合、中間層の屈折率は、導波体層の屈折率ｎF に
より、大きく選ぶ。
層の厚さの範囲ｄZSに対応する屈折率の推移を定めるに
当って、図に示すように、多様な変形が可能である。多
くの場合、中間層の屈折率は、導波体層の屈折率ｎF に
より、大きく選ぶ。
【００４０】図３（ｂ），４（ｂ），５（ａ）および５
（ｂ）に示すように、特に中間層または中間層系におけ
る屈折率の推移は、傾斜して現れることができ、この変
形は、中間層をプラズマ重合によって形成するときに、
特に選ばれる。
（ｂ）に示すように、特に中間層または中間層系におけ
る屈折率の推移は、傾斜して現れることができ、この変
形は、中間層をプラズマ重合によって形成するときに、
特に選ばれる。
【００４１】ここで、図５（ｂ）は２つの可能性を示
し、中間層の屈折率は基板材料の屈折率ｎS から出発し
て、上昇または下降する。さらに、中間層と導波体層と
の界面領域、たとえば拡散領域においても、屈折率の傾
斜が現れることができる。中間層の厚さは、光エネルギ
ーＩの無視できる部分のみが、基板／導波体の界面層の
損失の大きい領域に到達するように寸法を定めることが
有利である。
し、中間層の屈折率は基板材料の屈折率ｎS から出発し
て、上昇または下降する。さらに、中間層と導波体層と
の界面領域、たとえば拡散領域においても、屈折率の傾
斜が現れることができる。中間層の厚さは、光エネルギ
ーＩの無視できる部分のみが、基板／導波体の界面層の
損失の大きい領域に到達するように寸法を定めることが
有利である。
【００４２】無機材料からなる層、すなわち導波体層材
料を、直接、有機材料、特にポリマー材料の上に被覆す
ると、高い確率でポリマー成分とその上の導波体層成分
とが反応する。この反応によって、高い確率で、高い吸
収の過渡層が生成する。これは導波体層を直接ポリマー
基板の上に設けたときにおきるであろう。
料を、直接、有機材料、特にポリマー材料の上に被覆す
ると、高い確率でポリマー成分とその上の導波体層成分
とが反応する。この反応によって、高い確率で、高い吸
収の過渡層が生成する。これは導波体層を直接ポリマー
基板の上に設けたときにおきるであろう。
【００４３】しかし、本発明によれば、ともに無機質で
ある中間層材料と導波体層との間に類似性があるので、
このような界面反応は極めて僅かである。また、中間層
材料と基板材料との間のすべての界面反応は、僅かな損
失をもたらすに過ぎず、これは、中間層によって、僅か
な光エネルギーがこの界面において損失するに過ぎない
ことによる。
ある中間層材料と導波体層との間に類似性があるので、
このような界面反応は極めて僅かである。また、中間層
材料と基板材料との間のすべての界面反応は、僅かな損
失をもたらすに過ぎず、これは、中間層によって、僅か
な光エネルギーがこの界面において損失するに過ぎない
ことによる。
【００４４】本発明によって設けた中間層は、基板表面
における前述の界面反応を抑制しないが、基板と導波体
層との間で、実際にガラス中間基板のように作用する。
本発明によって定められた基板の望ましくない表面の粗
さは、本発明によって中間層を設けたことによってある
程度平滑化され、これは屈折率パラメータに寄与する。
における前述の界面反応を抑制しないが、基板と導波体
層との間で、実際にガラス中間基板のように作用する。
本発明によって定められた基板の望ましくない表面の粗
さは、本発明によって中間層を設けたことによってある
程度平滑化され、これは屈折率パラメータに寄与する。
【００４５】次の条件下での導波体の屈折率プロファイ
ルを、基本的に図４（ａ）によって示す。基板材料とし
て屈折率ｎS ＝１．５３８のポリカーボネートを使用
し、中間層材料としてＳｉＯ2 、導波体層材料としてＴ
ｉＯ2 を使用した。導波体は被覆せずに、空気を被覆媒
体として作用させた。
ルを、基本的に図４（ａ）によって示す。基板材料とし
て屈折率ｎS ＝１．５３８のポリカーボネートを使用
し、中間層材料としてＳｉＯ2 、導波体層材料としてＴ
ｉＯ2 を使用した。導波体は被覆せずに、空気を被覆媒
体として作用させた。
【００４６】ＰＣ７基板の上にＳｉＯ2 中間層を設けた
ＴｉＯ2 導波体のプロセスパラメーター： 中間層の積層方法：ＤＣ電源からのプラズマ発生による
スパッタリング成長であり、最初はプラズマ放電期間か
ら短時間の分離を反復し、最後に短時間短絡した。
ＴｉＯ2 導波体のプロセスパラメーター： 中間層の積層方法：ＤＣ電源からのプラズマ発生による
スパッタリング成長であり、最初はプラズマ放電期間か
ら短時間の分離を反復し、最後に短時間短絡した。
【００４７】 ターゲット ターゲット Ａｋ ５２５；ＳｉＳ２３３７９ マグネトロン ＭＣ−５２５ ターゲットと基板との距離 ７０mm ＤＣ電源 １０kW 真空室 ＢＡＫ−７６０Ｓ アルゴン圧力 ｐＡｒ＝４×１０-3mbar 調整された放電出力 Ｐ＝６kW 金属モードのＤＣ電圧 Ｕsb＝−６９５Ｖ 過渡モードのＤＣ電圧 Ｕsb＝−５９５Ｖ アルゴン流量 ｑＡｒ＝５８．８sccm 酸素流量 ｑＯ2 ＝４７sccm ＳｉＯ2 層の厚さ 図６のように変化 スパッタリング速度 Ｒ＝０．２８nm／ｓ
【００４８】導波体層の形成：中間層の堆積のようにス
パッタリングした。 ターゲット Ａｋ５２５；ＴＩ９２−４２１／１ マグネトロン ＭＣ−５２５ ターゲットと中間層を 堆積した基板との距離 ７０mm ＤＣ電源 １０kW 真空室 ＢＡＫ−７６０Ｓ アルゴン圧力 ｐＡｒ＝４×１０-3mbar プラズマ放電出力 Ｐ＝６kW 金属モードのＤＣ電圧 Ｕsb＝−５３１Ｖ 過渡モードのＤＣ電圧 Ｕsb＝−５３４Ｖ アルゴン流量 ｑＡｒ＝５７．４sccm 酸素流量 ｑＯ2 ＝１７sccm ＴｉＯ2 導波体層の厚さ ９５nm スパッタリング速度 Ｒ＝０．０６９nm／ｓ
パッタリングした。 ターゲット Ａｋ５２５；ＴＩ９２−４２１／１ マグネトロン ＭＣ−５２５ ターゲットと中間層を 堆積した基板との距離 ７０mm ＤＣ電源 １０kW 真空室 ＢＡＫ−７６０Ｓ アルゴン圧力 ｐＡｒ＝４×１０-3mbar プラズマ放電出力 Ｐ＝６kW 金属モードのＤＣ電圧 Ｕsb＝−５３１Ｖ 過渡モードのＤＣ電圧 Ｕsb＝−５３４Ｖ アルゴン流量 ｑＡｒ＝５７．４sccm 酸素流量 ｑＯ2 ＝１７sccm ＴｉＯ2 導波体層の厚さ ９５nm スパッタリング速度 Ｒ＝０．０６９nm／ｓ
【００４９】得られた導波体は、ＳｉＯ2 層の厚さｄが
２０nmのとき、ＴＭモードで波長６３３nmにおいて、損
失が約８dB／cmであることを確めた。
２０nmのとき、ＴＭモードで波長６３３nmにおいて、損
失が約８dB／cmであることを確めた。
【００５０】図６において、ＳｉＯ2 中間層の厚さｄに
ついて相対的損失をdBで示す。中間層の厚さが５nmで、
すでに約２倍の改良を達成する。図より明かなように、
中間層がない場合は、１０nmの中間層を設けた場合に比
べて、損失が約４倍に増加する。それゆえ、本発明によ
って中間層の厚さを好ましくは≧１０nmとすることを提
案する。勿論、製造コストを最小にするために、この厚
さをできるだけ薄くする、すなわち約１０nmとすること
が明かに好ましいことである。
ついて相対的損失をdBで示す。中間層の厚さが５nmで、
すでに約２倍の改良を達成する。図より明かなように、
中間層がない場合は、１０nmの中間層を設けた場合に比
べて、損失が約４倍に増加する。それゆえ、本発明によ
って中間層の厚さを好ましくは≧１０nmとすることを提
案する。勿論、製造コストを最小にするために、この厚
さをできるだけ薄くする、すなわち約１０nmとすること
が明かに好ましいことである。
【図１】本発明の導波体の断面図である。
【図２】吸収または減衰を定義するため導波体の構造を
模式的に示す図である。
模式的に示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の導波体におい
て厚さに対して可能な屈折率の推移を示しているグラフ
である。
て厚さに対して可能な屈折率の推移を示しているグラフ
である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の導波体におい
て厚さに対して可能な屈折率の推移を示しているグラフ
である。
て厚さに対して可能な屈折率の推移を示しているグラフ
である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の導波体におい
て厚さに対して可能な屈折率の推移を示しているグラフ
である。
て厚さに対して可能な屈折率の推移を示しているグラフ
である。
【図６】本発明によって設けた二酸化けい素中間層の厚
さに対して、本発明の導波体におけるdBで表す相対的な
損失、および本発明による中間層のない中間層の厚さ０
の場合の損失を示す図である。
さに対して、本発明の導波体におけるdBで表す相対的な
損失、および本発明による中間層のない中間層の厚さ０
の場合の損失を示す図である。
【図７】従来技術の構造の導波体の断面図であって、
（ａ）は被覆層のないものを示す図であり、（ｂ）は被
覆層を有するものを示す図である。
（ａ）は被覆層のないものを示す図であり、（ｂ）は被
覆層を有するものを示す図である。
【図８】光を囲い込む導波体層または基板の構造を説明
するための導波体の斜視図である。
するための導波体の斜視図である。
【図９】立体的構造の導波体の斜視図である。
【図１０】別の立体的構造の導波体の斜視図である。
【図１１】図９または図１０において埋設された導波体
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１２】複合構造の導波体を説明する図であって、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図であ
る。
（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図であ
る。
【図１３】別の複合構造の導波体を説明する図であっ
て、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断
面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
て、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断
面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】たとえば、"Integrated Optics：Theory and
Technology", Robert G.Hunsperger, Second Edition,
Springer-Verlog 1984,p.36に記載する、非対称的導波
体に現れるエネルギー分布または振動モードを説明する
図である。
Technology", Robert G.Hunsperger, Second Edition,
Springer-Verlog 1984,p.36に記載する、非対称的導波
体に現れるエネルギー分布または振動モードを説明する
図である。
１…導波性層 ２…基板 ３…周囲媒体 ４…格子構造 ５，６…光線 ７…前側面 ８…中間層
Claims (14)
- 【請求項１】 少なくとも１つの導波体層を基板の上に
有する光学的導波体であって、少なくとも導波体層に向
いた基板が、有機材料からなり、基板と導波体層との間
に少なくとも１つの中間層を有し、この中間層が、少な
くとも１つの所定の伝搬モードにおいて、かつ少なくと
も１つの所定の波長において、基板／層の界面によって
作用される光波の伝搬の減衰を減少させることを特徴と
する導波体。 - 【請求項２】 前記有機材料がポリマー、特にポリカー
ボネートであり、および／または中間層もしくは直接導
波体層に接する中間層の屈折率が、導波体層の屈折率よ
り小さい、請求項１記載の導波体。 - 【請求項３】 少なくとも１つの中間層、または１つの
他の中間層が、基板への固着層として作用する、請求項
１または２記載の導波体。 - 【請求項４】 少なくとも１つの中間層、または導波体
層の基板側に接して付いている１つの他の中間層が、基
板側に付いている他の中間層または基板自身より伝搬の
減衰が実質的に少ない、請求項１から３までのいずれか
１つに記載の導波体。 - 【請求項５】 導波体が立体的構造を有し、好ましく
は、基板が型打ち、深絞り成形、または射出成形によっ
て形成されている、請求項１から４までのいずれか１つ
に記載の導波体。 - 【請求項６】 減衰が、少なくとも１つの中間層を有し
ない導波体に比べて、少なくとも３分の１少ない、請求
項１から５までのいずれか１つに記載の導波体。 - 【請求項７】 導波体層の材料が、特に波長４００〜１
０００nmに対して、次の材料、すなわち、ＴｉＯ2 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2−Ｔｉ
Ｏ2 ，ＨｆＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，窒化けい素，
酸窒化物（ＳｉＯ x Ｎy ，ＨｆＯX Ｎy ，ＡｌＯ
X Ｎy ，ＴｉＯX Ｎy ，ＴａＯX Ｎy ）およびＭｇ
Ｆ2 ，ＣａＦ2 のうちの少なくとも１つを含み、かつ好
ましくは、波長＞１０００nmに対して、次の材料、すな
わち、けい素、ＳｉＯX ，Ｇｅ，ＧａＡｓおよびＧａＡ
ｌＡｓのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から６
までのいずれか１つに記載の導波体。 - 【請求項８】 減衰が、ガラス基板上の同様な導波体層
材料の導波体における減衰と同程度であり、好ましくは
１００dB／cmより少なく、さらに好ましくは５０dB／cm
より少なく、もっとも好ましくは１０dB／cmより少な
い、請求項１から７までのいずれか１つに記載の導波
体。 - 【請求項９】 少なくとも１つの中間層が、無機材料か
らなり、好ましくは、酸化けい素を有する材料、たとえ
ばＳｉＯ2 もしくはＳｉＯ2 −ＴｉＯ2 混合物、または
Ｓｉ3 Ｎ4 を有する材料、たとえばＳｉ3 Ｎ4 、もしく
はＳｉ3 Ｎ4との混合物からなり、厚さが少なくとも５n
m、好ましくは少なくとも１０nmである、請求項１から
８までのいずれか１つに記載の導波体。 - 【請求項１０】 下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含む、光
学的導波体の製造方法。 （ａ）有機材料から基板を形成する工程 （ｂ）少なくとも１つの中間層を、真空堆積法（Vakuum
beshichtungsverfahren)によって基板の上に形成する工
程 （ｃ）導波性層を中間層の上に形成する工程 - 【請求項１１】 基板の形成は、ポリマー、好ましくは
ポリカーボネートを、型押し、深絞り成形、または射出
成形することを含み、および／またはすでに基板上に設
けた少なくとも１つの中間層、もしくは１つの他の中間
層を基板への固着層とする、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 中間層を、ＰＥＣＶＤ法、反応性ＰＶ
Ｄ法、またはプラズマ重合によって形成し、このとき少
なくとも１つの中間層を、無機材料、好ましくはＳｉＯ
2 および／またはＳｉ3 Ｎ4 から堆積させる、請求項１
０または１１記載の方法。 - 【請求項１３】 導波体層を、反応性ＰＶＤ法、特にイ
オンめっき法によって形成する、請求項１０から１２ま
でのいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項１４】 中間層の形成および導波体層の形成
は、基板の温度を１００℃以下、好ましくは６０℃以下
として行う、請求項１０から１３までのいずれか１つに
記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH02255/93-5 | 1993-07-26 | ||
| CH02255/93A CH688165A5 (de) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleiters und darnach hergestellter optischer Wellenleiter |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003362461A Division JP2004038215A (ja) | 1993-07-26 | 2003-10-22 | 光学的導波体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07140339A true JPH07140339A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=4229502
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6174454A Pending JPH07140339A (ja) | 1993-07-26 | 1994-07-26 | 光学的導波体およびその製造方法 |
| JP2003362461A Pending JP2004038215A (ja) | 1993-07-26 | 2003-10-22 | 光学的導波体の製造方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003362461A Pending JP2004038215A (ja) | 1993-07-26 | 2003-10-22 | 光学的導波体の製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (2) | JPH07140339A (ja) |
| CH (1) | CH688165A5 (ja) |
| DE (1) | DE4425798A1 (ja) |
| FR (1) | FR2708352B1 (ja) |
| GB (1) | GB2280755B (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN1295530C (zh) * | 2000-01-27 | 2007-01-17 | 尤纳克西斯巴尔策斯公司 | 光栅结构、用于产生此光栅结构的方法、瞬逝场传感器板和微滴定度板 |
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| RU2007134366A (ru) * | 2005-02-15 | 2009-03-27 | Эр Пи Оу ПТИ ЛИМИТЕД (AU) | Фотолитографическое формирование микрорельефа в полимерных материалах |
| US7218802B1 (en) | 2005-11-30 | 2007-05-15 | Corning Incorporated | Low drift planar waveguide grating sensor and method for manufacturing same |
| US8000532B2 (en) * | 2007-02-28 | 2011-08-16 | Medtronic, Inc. | Digital pen to capture data in ambulatory monitored patients |
| EP2110694B1 (en) | 2008-04-18 | 2013-08-14 | Sony DADC Austria AG | Method for manufacturing an optical waveguide, optical waveguide, and sensor arrangement |
| DE102008046579A1 (de) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung einer optischen Wellenleiterschicht |
| US20100095707A1 (en) * | 2008-10-21 | 2010-04-22 | Qualcomm Mems Technologies,Inc. | Fabricating optical waveguides |
| KR101562313B1 (ko) * | 2009-08-17 | 2015-10-22 | 삼성디스플레이 주식회사 | 광학필름, 이의 제조 방법, 및 이를 갖는 표시장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1282941A (en) * | 1969-12-02 | 1972-07-26 | Plessey Co Ltd | Improvements in and relating to optical arrangements |
| US4749245A (en) * | 1985-03-11 | 1988-06-07 | Kuraray Co., Ltd. | Thin film waveguide device and manufacturing method for making same |
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| FR2625333B1 (fr) * | 1987-12-24 | 1993-09-10 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication de microguides de lumiere a faibles pertes de propagation optique par depot de multicouches |
| JPH01257805A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-13 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 高分子光導波路装置 |
| DE4228853C2 (de) * | 1991-09-18 | 1993-10-21 | Schott Glaswerke | Optischer Wellenleiter mit einem planaren oder nur geringfügig gewölbten Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung eines solchen |
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-
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-
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-
2003
- 2003-06-10 US US10/457,852 patent/US6804445B2/en not_active Expired - Fee Related
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2004
- 2004-09-07 US US10/935,449 patent/US7016588B2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040528 |