JPH08176444A - 高分子光学材料及びこれを用いた光導波路 - Google Patents

高分子光学材料及びこれを用いた光導波路

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JPH08176444A
JPH08176444A JP7085979A JP8597995A JPH08176444A JP H08176444 A JPH08176444 A JP H08176444A JP 7085979 A JP7085979 A JP 7085979A JP 8597995 A JP8597995 A JP 8597995A JP H08176444 A JPH08176444 A JP H08176444A
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Michiyuki Amano
道之 天野
Mitsuo Usui
光男 碓氷
Toshio Watanabe
俊夫 渡辺
Shungo Sugawara
駿吾 菅原
Shoichi Hayashida
尚一 林田
Saburo Imamura
三郎 今村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐溶剤性に優れ、インターミキシング発生を
回避できる、可視から近赤外域にわたり低損失でありし
かも耐熱性に優れたポリシロキサン系光学材料、及びこ
れを用いた光導波路を提供する。 【構成】 OH基を有する特定構造のポリシロキサン又
は含ケイ素化合物と、ポリイソシアネート、シラン化合
物、Ti、Al若しくはZrのアルコキシド若しくはキ
レート化合物の少なくとも1種との混合物である高分子
光学材料。又は上記ポリシロキサンのうちの特殊な基を
もつもの、その混合物あるいは架橋体からなる高分子光
学材料。これら材料を硬化した材料を、コア又はクラッ
ドとして用いる高分子光導波路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学材料及びそれを用
いた光導波路に関するものであり、一般光学や微少光学
分野で、また、光通信や光情報処理の分野で用いられる
種々の光学部品、光集積回路又は光配線板等に利用でき
る。
【0002】
【従来の技術】高分子材料は、スピンコート法、ディッ
プ法、熱硬化法、光硬化法等様々な方法を用いてバルク
形成やフィルム形成を容易に行うことができる。これら
成形体は、一般に柔軟で強じんである上に、ホトリソグ
ラフィ、エッチング、スタンパー又は光造形等による微
細加工が可能である。また、その光学特性、熱特性、力
学特性等の物理特性は高分子材料の化学構造調整によ
り、かなりの範囲で制御することができるようになって
いる。このため、光導波路材料として利用する場合に
は、石英ガラス等の無機ガラス材料や無機結晶材料を用
いる場合に比べ、光導波路形成が低温下で行える(半導
体デバイスとの一体形成に有利)と共に柔軟で強じんな
光導波路が得られることが期待される。従来、高分子材
料を光通信及び光情報処理分野における光学材料として
用いる場合、その耐熱性及び通信に用いられる波長帯
(可視から近赤外域)における光透過性に問題があった
が、最近、これを大幅に改善した材料が発明、報告され
るに至っている〔特開平3−43423号公報、エレク
トロニクス レターズ(Electronics Letters)、第30
巻、第12号、第958〜959頁(1994)〕。当
該材料はポリオルガノシルセスキオキサンを基本とする
耐熱性ポリシロキサンにおいて、その一部又は全部の水
素をハロゲンや重水素に置換したものである。ここで
は、C−H結合の振動に由来する可視から近赤外域波長
での光吸収が大幅に取り除かれており、極めて高い耐熱
性と光透過性が実現されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記発明に
かかる耐熱性ポリシロキサン材料においては耐溶剤性が
比較的低いという欠点を有していた。このため、成形さ
れた光部品等の耐環境的信頼性が不十分な面があった。
また、以下の述べるような加工上の問題点も存在してい
た。つまり、当材料をスピンコート法やディップ法を用
いてコア/クラッド構造からなる光導波路に加工する場
合、溶液から何層かの膜を形成する必要があるが、高分
子層間のインターミキシングが問題となっていた。ここ
で、インターミキシングとは、高分子層上へ別の高分子
層を塗布する際に下層の表面が上層形成用の塗布液に溶
解され界面が不均一になることをいう。例えば下部クラ
ッド層上にコア層を塗布する場合、コア層の塗布溶液に
より下部クラッド層が溶解し、明りょうなコア/クラッ
ド構造界面が得られなくなる現象がこれに当る。この場
合、導波路形状が設計寸法よりも小さくなったり、精密
に制御が必要なコア/クラッド構造間の屈折率差(通常
は、導波すべき光のモードに合せて決定されるが、一般
的に数%以内である)に変化が生じ、光導波路としての
所望の機能の発現が困難となってしまう。このようなイ
ンターミキシングを回避するためには溶媒に対して不溶
でかつ波長の数分の1以下の厚さの層を形成する等の対
策が必要となるが、実際には作製工程がかなり複雑にな
るという欠点があった。本発明の目的は、耐溶剤性に優
れ、上記インターミキシング発生を回避できる、可視か
ら近赤外域にわたり低損失でありしかも耐熱性に優れた
シロキサン系光学材料、及びそれを用いた光導波路を提
供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明の第1の発明は高分子光学材料に関する発明であっ
て、下記一般式(化1)で表される繰り返し単位からな
るポリシロキサンと、ポリイソシアネート、シラン化合
物、チタンアルコキシド、チタンキレート化合物、アル
ミニウムアルコキシド、アルミニウムキレート化合物、
ジルコニウムアルコキシド、ジルコニウムキレート化合
物のうちの少なくとも一つとを含む混合物であることを
特徴とする。
【0005】
【化1】
【0006】〔式中、R1 、R2 は同一又は異なり、C
b 2b+1(Yは水素、重水素若しくはハロゲン、bは正
の整数を表す)で表されるアルキル基、重水素化アルキ
ル基又はハロゲン化アルキル基、あるいはC6 5 (Y
は水素、重水素若しくはハロゲンを表す)で表されるフ
ェニル基、重水素化フェニル基又はハロゲン化フェニル
基を表す〕 本発明の第2の発明は、他の高分子光学材料に関する発
明であって、下記一般式(化2)で表される基群のう
ち、ユニットA、ユニットB及びユニットCの基群より
選択した少なくとも1つのユニットを含み、かつ、分子
末端がユニットD及び/又はユニットEである含ケイ素
化合物と、ポリイソシアネート、シラン化合物、チタン
アルコキシド、チタンキレート化合物、アルミニウムア
ルコキシド、アルミニウムキレート化合物、ジルコニウ
ムアルコキシド、ジルコニウムキレート化合物のうちの
少なくとも一つとを含む混合物であることを特徴とす
る。
【0007】
【化2】
【0008】〔式中、R3 〜R11は同一又は異なり、C
b 2b+1(Yは水素、重水素若しくはハロゲン、bは正
の整数を表す)で表されるアルキル基、重水素化アルキ
ル基又はハロゲン化アルキル基、あるいはC6 5 (Y
は水素、重水素若しくはハロゲンを表す)で表されるフ
ェニル基、重水素化フェニル基又はハロゲン化フェニル
基を表す〕 また、本発明の第3の発明は、他の高分子光学材料に関
する発明であって、下記一般式(化3)で表される繰り
返し単位からなるポリシロキサンであることを特徴とす
る。
【0009】
【化3】
【0010】〔式中、R12、R13は同一又は異なり、C
b 2b+1(Yは水素、重水素若しくはハロゲン、bは正
の整数を表す)で表されるアルキル基、重水素化アルキ
ル基又はハロゲン化アルキル基、Cm 2m-1(Yは水
素、重水素若しくはハロゲン、mは2以上の整数を表
す)で表されるアルケニル基、重水素化アルケニル基又
はハロゲン化アルケニル基、あるいはC6 5 (Yは水
素、重水素若しくはハロゲンを表す)で表されるフェニ
ル基、重水素化フェニル基又はハロゲン化フェニル基を
表す。但し、R12及びR13の少なくとも一方は上記式C
b 2b+1又は式Cm 2m-1で表される基である〕 また、本発明の第4の発明は、他の高分子光学材料に関
する発明であって、上記第3の発明の高分子光学材料
に、有機過酸化物が添加されていることを特徴とする。
また、本発明の第5の発明は、他の高分子光学材料に関
する発明であって、前記第3又は第4の発明の高分子光
学材料において、そこに含まれる式Cb 2b+1又は式C
m 2m-1で表されるいずれかの基が架橋してなることを
特徴とする。そして、本発明の第6の発明は、高分子光
導波路に関する発明であって、前記した第1〜第5のい
ずれかの発明の高分子光学材料を硬化させることにより
得られる高分子光学材料をコア又はクラッドとして用い
ることを特徴とする。
【0011】以下、本発明の内容を更に詳細に説明す
る。本発明の第1の発明における光学材料を構成する混
合物は、これ以外の成分として、溶媒や触媒等を含有す
ることができる。また、一般式(化1)における重合度
nの数値は特に限定されるものではない。しかしなが
ら、n=1から10程度までのオリゴマーについては、
混合する化合物の種類にもよるが、両混合物は常温で液
状である場合が多い。このため溶媒を一切含まなくて
も、又はわずかに含むのみで使用可能である。この際の
溶媒は高分子量ポリシロキサンを溶解しない有機溶媒を
用いることができる。一方、nが10前後を過ぎると、
混合物が固体となることが多く、溶媒に溶かした状態で
使用することが望ましい。この際使用される溶媒は、ト
ルエン、キシレン、エタノール、n−及びi−プロピル
アルコール、ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、セ
ロソルブ類、セロソルブアセテート類、アセトン、メチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエ
ーテル、テトラヒドロフラン、クロロベンゼン等の有機
溶媒である。
【0012】前記ポリシロキサン成分とポリイソシアネ
ートの混合比は特に限定されるものではないが、全イソ
シアネート当量が全水酸基当量を上回らないことが望ま
しい。前記ポリシロキサン成分とシラン化合物、アルコ
キシドやキレート化合物の混合比は特に限定されるもの
ではないが、これらの化合物中の全M−O−若しくは全
Si−N−当量(MはSi、Al、Ti、Zrのいずれ
か)がシロキサン中の全水酸基当量を上回らないことが
望ましい。更に、これらシラン化合物、アルコキシドや
キレート化合物においては、シロキサン中のSiOH基
と反応する部位を、それぞれの分子内に2個以上有する
ことが望ましい。シロキサン中のSiOHは、シラン化
合物、Al、Ti若しくはZrのアルコキシドやキレー
ト化合物と反応し、それぞれ−O−Si−O−、−O−
Ti−O−、−O−Al−O−、−O−Zr−O−を介
して架橋する。
【0013】本発明において、ポリイソシアネートと
は、分子中にイソシアネート基が2個以上含まれる化合
物をいう。イソシアネート基を2個含むジイソシアネー
トの例としては以下のような式(化4)で表される化合
物を挙げることができる。
【0014】
【化4】
【0015】また、イソシアネート基を3個含むトリイ
ソシアネートの例としては以下のような式(化5)で表
される化合物を挙げることができる。
【0016】
【化5】
【0017】ここで、R′、R′′及びR′′′はアル
キレン基若しくはフェニレン基を表す。また、イソシア
ネート基を4個含むテトライソシアネートの例としては
以下の式(化6)で表される化合物を挙げることができ
る。
【0018】
【化6】 Si(NCO)4
【0019】また、更に多くのイソシアネート基を含む
ポリイソシアネートの例としては以下の式(化7)で表
される化合物を挙げることができる。
【0020】
【化7】
【0021】また、本発明におけるポリイソシアネート
には、以上述べたようなイソシアネートのほかにそのア
ルキル基、アルキレン基、フェニル基、フェニレン基の
水素の一部又はすべてがハロゲン又は重水素に置換した
ものを含む。この場合、C−H結合の振動に由来する可
視から近赤外域波長での光吸収が大幅に取り除かれてお
り、当波長領域におけるより良好な光透過性が実現でき
る。なお、以上の各例において、ケイ素を含有するポリ
イソシアネートは、本発明において、−Si−N=C=
Oで表される官能基を分子内に少なくとも2個以上有す
る化合物の代表例である。
【0022】本発明におけるシラン化合物、アルコキシ
ドやキレート化合物とは、具体的に以下のような化合物
である。まず、シラン化合物とは、メチルトリアセトキ
シシラン等のアセトキシシラン類、メチルトリメトキシ
シラン、フェニルトリメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン、メチルトリエトキシシラン等のアルコキシシラ
ン類、CH3 Si(−ON=CX2 3 (X=CH3
2 5 等)のケトキシムシラン類、CH3 Si(−N
HC4 9 3 等のアミノシラン類、CH3 Si〔−O
N(C2 5 23 等のアミノキシシラン類、CH3
Si(NR2 3 等のシラザン類、CH3Si〔N(C
3 )COCH3 3 等のアミドシラン類等である。次
に、アルコキシドとは一般式Ti(OZ)4 、Zr(O
Z)4 、Al(OZ)3 で表される化合物であり、Zは
アルキル基、シクロアルキル基等があるがメチル、エチ
ル、プロピル等の脂肪族アルキル基が最も一般的であ
る。また、キレート化合物とはTi、Zr、Alの錯化
合物のうち、ドナーの配位により錯化合物が環状構造を
生ずる場合をいい、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチ
ルアセトン)チタネート、ジ−n−ブトキシ・ビス(ト
リエタノールアミン)チタネート、Zrテトラアセチル
アセトナート、エチルアセトアセテートアルミニウムジ
イソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセト
アセテート)等がこれに当る。
【0023】本発明の第2の発明における高分子光学材
料を構成する混合物は、前記以外の成分として、溶媒や
触媒等を含有することができる。また、一般式(化2)
は一般式(化1)の場合に比べ水酸基の含有率が高く、
従って、両者が同じ重合度の場合にはより多くの化合物
を混合させることができる。当該一般式(化2)で表さ
れる含ケイ素化合物の成分とポリイソシアネートとの混
合比は特に限定されるものではないが、全イソシアネー
ト当量が全水酸基当量を上回らないことが望ましい。当
該含ケイ素化合物の成分と、シラン化合物、アルコキシ
ドやキレート化合物との混合比は特に限定されるもので
はないが、全M−O−若しくは全Si−N−当量(Mは
Si、Al、Ti、Ziのいずれか)が全水酸基当量を
上回らないことが望ましい。更に、これらシラン化合
物、アルコキシドやキレート化合物においては、シロキ
サン中のOH基と反応する部位を、それぞれの分子内に
2個以上有することが望ましい。ここで、シラン化合
物、アルコキシドやキレート化合物とは本発明の第1の
発明の説明で具体的に述べたようなものを用いることが
できる。
【0024】また、当該含ケイ素化合物の重合度は特に
限定されるものではない。しかしながら、10量体程度
までのオリゴマーについては、混合する化合物の種類に
もよるが、両混合物は常温で液状である場合が多い。こ
のため溶媒を一切含まなくても又はわずかに含むのみで
使用可能である。この際の溶媒は高分子量ポリシロキサ
ンを溶解しない有機溶媒を用いることができる。一方、
10量体前後を過ぎると、混合物が固体となることが多
く、溶媒に溶かした状態で使用することが望ましい。こ
の際使用される溶媒も第1の発明の説明で述べたような
溶媒を用いることができる。
【0025】以上説明した本発明の第1及び第2の発明
である光学材料は、通常、フィルムやバルクに加工され
て使用される。したがって、該混合物は、加工工程に対
応した適当な粘性を有する流動体とすることが最も望ま
しい。このための粘度調整は、上記説明したような有機
溶媒により行うことができる。
【0026】該混合物の硬化は、ポリイソシアネートの
種類や硬化時間に依存するが、最も一般的には、50℃
から200℃程度の温度で1時間から数時間程度加熱し
て行う。また、常温下で10時間以上放置することによ
り硬化させることもできるが、溶媒や未反応のイソシア
ネート基を完全に除去するためには加熱乾燥することが
望ましい。また、加熱しながら減圧乾燥することもでき
る。更に、該混合物は架橋反応を促進するための触媒を
含むことができる。例えば、ラウリン酸ブチルスズ等の
触媒を添加することにより硬化時間を短縮することが可
能である。該混合物の硬化は、一般式(化1)又は(化
2)で表される化合物中のOH基とイソシアネート基が
反応して3次元的なウレタン結合が形成されることによ
り起こる。その結果、液状の該混合物はまずゲル化し、
その後硬化する。このように硬化した混合物は耐溶剤性
が高く、一般にいかなる溶媒に対しても不溶となる。
【0027】前記例示したように、本発明におけるポリ
イソシアネートの特殊な例には、−Si−N=C=Oで
表される官能基を分子中に2個以上有する化合物があ
る。前記した−Si−N=C=Oで表される官能基を分
子中に2個以上有する化合物を含む混合物の硬化は、−
Si−N=C=Oで表される官能基を分子中に2個以上
有する化合物の種類や硬化時間に依存するが、最も一般
的には、50℃から200℃程度の温度で1時間から数
時間程度加熱して行う。また、常温下で10時間以上放
置することにより硬化させることもできるが、溶媒や未
反応の−SiNCO基を完全に除去するためには加熱乾
燥することが望ましい。また、加熱しながら減圧乾燥す
ることもできる。更に、該混合物は架橋反応を促進する
ための触媒を含むことができる。例えば、オクチルリン
酸チタンアミン付加物等の触媒を添加することにより硬
化時間を短縮することが可能である。該混合物の硬化
は、一般式(化1)又は(化2)で表される化合物中の
OH基と複数の−Si−NCO基が反応して3次元的な
結合が形成されることにより起こる。この場合、ポリイ
ソシアネートの場合と異なりウレタン結合は生成せず、
主に−Si−O−結合が生成すると考えられる。その結
果、液状の該混合物はゲル化した後に硬化する。このよ
うに硬化した混合物は耐溶剤性が高く、一般にいかなる
溶媒に対しても不溶となる。更に、この場合、ウレタン
結合に存在するN−H結合が存在しないため、耐熱性や
近赤外域での光透過性が一層優れることが期待される。
【0028】本発明における前記したポリイソシアネー
ト以外の化合物を含有する混合物光学材料の硬化は、使
用するシラン化合物、アルコキシドやキレート化合物の
種類にも依存するが、最も一般的には、50℃から20
0℃程度の温度で1時間から数時間程度加熱して行う。
また、常温下で数日間以上放置して硬化させることもで
きるが、溶媒や未反応成分を完全に除去するためには更
に加熱乾燥することが望ましい。更に、該光学材料は架
橋反応を促進するための触媒を含むことができる。例え
ば、水、ジブチルスズジラウレート等の触媒を添加する
ことにより硬化時間を短縮することが可能である。この
ように硬化した混合物は耐溶媒性が高く、一般にいかな
る溶媒に対しても不溶となる。
【0029】以下、本発明の第3〜第5発明について具
体的に説明する。一般式(化3)で表される化合物中の
基R12及びR13のうち、Cb 2b+1又はCm 2m-1で表
される基の代表的なものとしてメチル基、重水素化メチ
ル基、クロロメチル基、ビニル基、アリル基等がある。
これら官能基は加熱若しくは光照射又はラジカル発生剤
を添加した上での加熱、又はラジカル発生剤を添加した
上での光照射等により架橋反応をさせることができる。
ただし、効率的に架橋反応を行うにはラジカル発生剤の
添加が望ましい。また、本発明の第3の発明における光
学材料は、一般式(化3)で表される化合物とラジカル
発生剤以外の成分として、溶媒を含有することができ
る。
【0030】更に、一般式(化3)における重合度nの
数値は特に限定されるものではない。しかしながら、n
=1から10程度までのオリゴマーについては常温で液
状である場合が多い。このため溶媒を一切含まなくて
も、又はわずかに含むのみで使用可能である。この際の
溶媒は高分子量ポリシロキサンを溶解しない有機溶媒を
用いることができる。一方、nが10前後を過ぎると、
混合物が固体となることが多く、溶媒に溶かした状態で
使用することが望ましい。この際使用される溶媒は、ト
ルエン、キシレン、エタノール、n−及びi−プロピル
アルコール、ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、セ
ロソルブ類、セロソルブアセテート類、アセトン、メチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエ
ーテル、テトラヒドロフラン、クロロベンゼン等の有機
溶媒である。以上説明した本発明の第3の発明である光
学材料は、通常、フィルムやバルクに加工されて使用さ
れる。したがって、該混合物は、加工工程に対応した適
当な粘性を有する流動体とすることが最も望ましい。こ
のための粘度調整は、上記説明したような有機溶媒によ
り行うことができる。
【0031】本発明における第4の発明は、上記第3の
発明の高分子光学材料に、有機過酸化物が添加されてい
ることを特徴とする高分子光学材料に関する。第3の発
明の説明においても述べたように、効率的に架橋反応を
起こさせるには、ラジカル発生剤を添加した上での加
熱、又はラジカル発生剤を添加した上での光照射が必要
である。ここでラジカル発生剤とは、熱又は光エネルギ
ーで分解して反応性の高いフリーラジカルを発生する化
合物のことである。具体的には、過酸化水素等の無機過
酸化物、及び有機過酸化物がある。通常は、取扱い上安
全性の高い、常温で比較的安定な有機過酸化物を用いる
ことが最も望ましい。ここで、有機過酸化物とは、ケト
ンペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ヒドロペルオ
キシド、ジアルキルペルオキシド、ペルオキシケター
ル、アルキルペルエステル、ペルカーボネート等が挙げ
られる。有機過酸化物の混合比は特に限定されるもので
はないが、通常、10重量%以下であることが望まし
い。
【0032】本発明における第5の発明は、前記した第
3又は第4の発明の高分子光学材料において、そこに含
まれるアルキル基、重水素化アルキル基、ハロゲン化ア
ルキル基、アルケニル基、重水素化アルケニル基、又は
ハロゲン化アルケニル基のいずれかの官能基が架橋して
なることを特徴とする高分子光学材料に関する。架橋反
応は、加熱若しくは光照射、又はラジカル発生剤を添加
した上での加熱、又はラジカル発生剤を添加した上での
光照射等により行うことができる。また、高エネルギー
放射線の照射により反応させることも可能である。高エ
ネルギー放射線とは、アルファ線、ベータ線、ガンマ
線、X線、シンクロトロン放射光等である。
【0033】該架橋反応のメカニズムは以下のように考
えることができる。まず、熱若しくは光照射により、ラ
ジカル発生剤若しくはシロキサンの分子内にフリーラジ
カルが発生する。このラジカルは反応性が高く、R12
しくはR13中に存在する飽和結合中の炭素に結合してい
る水素を引き抜いてシロキサン分子内にラジカルを生成
する。このラジカルが互いに結合してシロキサン分子間
の橋かけすなわち架橋を形成する。架橋硬化は、ラジカ
ル発生剤の有無やその種類にも依存するが、最も一般的
には、50℃から200℃程度の温度で1時間から数時
間程度加熱して行う。また、常温下で紫外線照射等の光
照射、又は高エネルギー放射線照射により硬化させるこ
ともできるが、溶媒や未反応成分を完全に除去するため
には、更に加熱乾燥することが望ましい。このように硬
化した混合物は耐溶剤性が高く、一般にいかなる溶媒に
対しても不溶となる。以上、本発明の第3〜第5発明に
ついて具体的に説明した。
【0034】本発明の第6の発明に従って、前記した第
1〜第5発明の高分子光学材料をクラッドに使用する場
合、光導波路の構成工程は以下のように行うことができ
る。まず、使用するコア材料の屈折率と導波路に要求さ
れる伝搬モード条件に応じた屈折率調整を行う。屈折率
調整は以下のように行う。第1及び第2の発明のうち、
ポリイソシアネートを使用する場合には、ポリイソシア
ネートの種類と混合比により行うことができる。一般に
は、芳香環を多く含むポリイソシアネートを用いること
により、芳香環を含まないものに比べて屈折率を高く調
整することができる。また、第1及び第2の発明のう
ち、上記以外の場合には、シラン化合物、アルコキシド
やキレート化合物の種類と混合比により行うことができ
る。また、シロキサンの化学組成を調整することにより
行うことができる。一般には、シロキサン中の芳香環の
組成を高めることにより屈折率を高く調整することがで
きる。また、第3〜第5の発明の場合には、シロキサン
中の有機官能基の選択により行うことができる。一般に
は、芳香環を多く含むシロキサンを用いることにより、
芳香環を含まないものに比べて屈折率を高く調整するこ
とができる。
【0035】次に、屈折率調整をした光導波路材料を何
らかの基板上に下部クラッドとして本発明にかかる材料
をスピンコート法などにより塗布しこれを上記方法によ
り硬化する。次いで、この上にコア層をスピンコート法
等により塗布する。コア層の種類は特に限定されるもの
ではないが、本発明にかかる材料と密着性に優れた材料
であることが望ましい。ここで、下部クラッド層は架橋
反応が行われているためにコア層を塗布してもインター
ミキシングは発生しない。更に、コア層を所望の形態に
エッチング加工し、最後に上部クラッド層を塗布する。
上部クラッド層に用いる材料としては本発明にかかる材
料のうち溶媒を含まないタイプの材料若しくはコア層を
溶解しない溶媒を含む材料であることが望ましい。例え
ば、コア層が高分子量ポリシルセスキオキサンである場
合にはアルコール系やケトン系溶媒等を用いることがで
きる。本発明にかかる第1〜第5の発明に由来する光学
材料をコアに使用する場合も光導波路の構成工程は上記
の場合と同様に行うことができる。この際、クラッドと
して用いる材料は、本発明にかかる材料のような耐溶剤
性を有する材料であることが望ましい。
【0036】一方、本発明にかかる第1〜第5の発明に
由来する光学材料を光導波路に使用する場合、スタンパ
ーを用いた工程を適用することもできる。例えば、以下
のように行うことができる。まず、導波路に要求される
伝搬モード条件に応じた屈折率を有するコア材料及びク
ラッド材料を調整する。まず、何らかの基板上に下部ク
ラッド材料をスピンコート法などにより塗布する。ここ
に、コア形成に応じた型を有するスタンパーを押当てこ
の状態で硬化させる。硬化後スタンパーをはずし、この
上にコア層をスピンコート法等により塗布硬化させると
リッジ型コアが形成される。この際下部クラッド層は架
橋反応が行われているためにコア層を塗布してもインタ
ーミキシングは発生しない。最後に上部クラッド層を塗
布硬化する。ここで用いる材料は本発明にかかる材料の
うち溶媒を含まないタイプの材料が最も望ましい。
【0037】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【0038】実施例1 下記の一般式(化8)に示すポリシロキサン材料、式
(化9)で表されるポリイソシアネート、及び溶媒〔メ
チルイソブチルケトン(MIBK)〕からなる組成物を
調製した。各成分の重量比率は、式(化8)のポリシロ
キサン材料:式(化9)のポリイソシアネート:溶媒=
1:0.9:3.8とした。また、式(化8)のポリシ
ロキサンの重量平均分子量(Mw)は2000程度であ
った。本組成物は150℃で1時間加熱処理することに
より硬化しいかなる溶媒に対しても不溶となった。硬化
した組成物の屈折率は1.5319(波長1.3μm)
であった。
【0039】
【化8】
【0040】
【化9】
【0041】本組成物を硬化した材料をクラッドとして
用いる光導波路は以下のようにして形成した。まず、本
組成物のフィルムをスピンコート法によりシリコンウエ
ハー上に形成した。この際、フィルム厚が約15μmと
なるようにスピンコーターの回転数を調整した。形成し
たフィルムは150℃で十分に硬化乾燥し下部クラッド
層とした。次いで、この上にコア層を塗布した。用いた
材料は以下の一般式(化10)で示す基をもつポリシロ
キサン(ユニットA8モル%とユニットB92モル%か
らなる)で屈折率が1.5364(波長1.3μm)の
ものである。
【0042】
【化10】
【0043】スピンコートは10%トルエン溶液から行
い膜厚8μmに調製した。この際、コア層と下部クラッ
ド層間のインターミキシングは全く見られなかった。形
成したコア層は200℃で十分に乾燥した。次に、ホト
リソグラフィにより8μm幅の直線状マスクパターンを
形成した。次いで、反応性イオンエッチングにより、マ
スクパターン以外のコア層をエッチングし、幅8μm、
高さ8μmの矩形のコアを形成した。この上に下部クラ
ッド層と同じ組成物を塗布し、前記の場合と同様にして
硬化乾燥させ、コア/クラッド構造からなる光導波路を
形成した。コア層に用いた材料はMIBKには不溶なた
め、上部クラッド層塗布に際してのインターミキシング
発生は見られなかった。この導波路の伝搬損失を測定し
たところ、波長1.3μmでも1.55μmでも0.3
dB/cm以下であった。また、本導波路は両波長域に
おいてシングルモード導波路として機能することもわか
った。また、この導波路の損失は120℃においても増
加しなかった。
【0044】実施例2 下記の式(化11)で表される構成単位を基本とするポ
リシロキサン材料(ただし、−Si−OH構造を50モ
ル%含有するもの)と、下記の式(化12)に示される
ポリイソシアネート及び溶媒MIBKからなる組成物を
調製した。各成分の重量比率はポリシロキサン材料:式
(化12):溶媒=1:0.25:2.5とした。ま
た、ポリシロキサン材料の重量平均分子量は1000程
度であった。本組成物は150℃で1時間加熱処理する
ことにより硬化しいかなる溶媒に対しても不溶となっ
た。硬化した組成物の屈折率(波長1.3μm)は1.
5407であった。
【0045】
【化11】
【0046】
【化12】 CH3 Si(NCO)3
【0047】本組成物を硬化した材料をクラッドとして
用いる光導波路は以下のようにして形成した。まず、本
組成物のフィルムをスピンコート法によりシリコンウエ
ハー上に形成した。この際、フィルム厚が約15μmと
なるようにスピンコーターの回転数を調整した。形成し
たフィルムは150℃で十分に硬化乾燥し下部クラッド
層とした。次いで、この上にコア層を塗布した。用いた
材料は、上記のポリシロキサン材料:式(化12):M
IBK=1:0.15:2.3(重量比)の組成物であ
り屈折率が1.5453(波長1.3μm)のものであ
る。コア層はスピンコート法を用いて膜厚8μmに調製
した。この際、コア層と下部クラッド層間のインターミ
キシングは全く見られなかった。形成したコア層は20
0℃で十分に乾燥した。次に、ホトリソグラフィにより
8μm幅の直線状マスクパターンを形成した。次いで、
反応性イオンエッチングにより、マスクパターン以外の
コア層をエッチングし、幅8μm、高さ8μmの矩形の
コアを形成した。この上に下部クラッド層と同じ組成物
を塗布し、前記の場合と同様にして硬化乾燥させ、コア
/クラッド構造からなる光導波路を形成した。ここで
も、上部クラッド層塗布に際してのインターミキシング
発生は見られなかった。この導波路の伝搬損失を測定し
たところ、波長1.3μmでも1.55μmでも0.1
dB/cm以下であった。また、本導波路は両波長域に
おいてシングルモード導波路として機能することもわか
った。また、この導波路の損失は180℃においても増
加しなかった。
【0048】実施例3 下記の式(化13)で表される構成単位をもつポリシロ
キサン材料(ただし、−Si−OH構造を50モル%含
有するもの)、下記式(化14)で表されるポリイソシ
アネート、及び溶媒MIBKからなる組成物を調製し
た。各成分の重量比率はポリシロキサン材料:式(化1
4):溶媒=1:0.6:3.0とした。また、ポリシ
ロキサン材料の重量平均分子量は1000程度であった。本
組成物は150℃で1時間加熱処理することにより硬化
しいかなる溶媒に対しても不溶となった。硬化した組成
物の屈折率は1.5319(波長1.3μm)であっ
た。
【0049】
【化13】
【0050】
【化14】
【0051】本組成物を硬化した材料をクラッドとして
用いる光導波路は以下のようにして形成した。まず、本
組成物のフィルムをスピンコート法によりシリコンウエ
ハー上に形成した。この際、フィルム厚が約15μmと
なるようにスピンコーターの回転数を調整した。形成し
たフィルムは150℃で十分に硬化乾燥し下部クラッド
層とした。次いで、この上にコア層を塗布した。用いた
材料は実施例1に記載の一般式(化10)で示す基をも
つポリシロキサン(ユニットA8モル%とユニットB9
2%からなる)で屈折率が1.5364(波長1.3μ
m)のものである。スピンコートは10%トルエン溶液
から行い膜厚8μmに調製した。この際、コア層と下部
クラッド層間のインターミキシングは全く見られなかっ
た。形成したコア層は200℃で十分に乾燥した。次
に、ホトリソグラフィにより8μm幅の直線状マスクパ
ターンを形成した。次いで、反応性イオンエッチングに
より、マスクパターン以外のコア層をエッチングし、幅
8μm、高さ8μmの矩形のコアを形成した。この上に
下部クラッド層と同じ組成物を塗布し、前記の場合と同
様にして硬化乾燥させ、コア/クラッド構造からなる光
導波路を形成した。コア層に用いた材料はMIBKには
不溶なため、上部クラッド層塗布に際してのインターミ
キシング発生は見られなかった。この導波路の伝搬損失
を測定したところ、波長1.3μmでも1.55μmで
も0.3dB/cm以下であった。また、本導波路は両
波長域においてシングルモード導波路として機能するこ
ともわかった。また、この導波路の損失は120℃にお
いても増加しなかった。
【0052】実施例4 重水素化フェニルトリクロロシラン(216.5g)を
脱水処理したテトラヒドロフランに溶解し、ここに3当
量の水(54g)を液温が上昇しないような滴下速度で
滴下した。滴下終了後、反応液をかくはんしながら、こ
こに3当量の炭酸水素ナトリウム(252g)を加え
た。炭酸ガスの発生が終了後、更に約1時間かくはんを
続けた。次いで、反応液をろ過し、ろ液のテトラヒドロ
フランをロータリーエバポレーターで留去したところ、
無色透明な粘ちょうな液体(X)を得た。当材料の分子
量はGPCで測定したところMw=2500、Mn=1
600であった。この材料Xを10g、テトライソシア
ナトシラン2g及び溶媒5g(MIBK)からなる組成
物(XI)を調製した。本組成物は150℃で1時間加
熱処理することにより硬化し、いかなる溶媒に対しても
不溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.5469
(波長1.3μm)であった。更に、この材料10g、
テトライソシアナトシラン3g及び溶媒5g(MIB
K)からなる組成物(XII)を調製した。本組成物は
150℃で1時間加熱処理することにより硬化しいかな
る溶媒に対しても不溶となった。硬化した組成物の屈折
率は1.5423(波長1.3μm)であった。本組成
物を硬化した材料を用いる光導波路は以下のようにして
形成した。まず、組成物(XII)のフィルムをスピン
コート法によりシリコンウエハー上に形成した。この
際、フィルム厚が約15μmとなるようにスピンコータ
ーの回転数を調整した。形成したフィルムは150℃で
十分に硬化乾燥し下部クラッド層とした。次いで、この
上に組成物(XI)をコア層として塗布した。この膜厚
は8μmとした。この際、コア層と下部クラッド層間の
インターミキシングは全く見られなかった。形成したコ
ア層は150℃で十分に硬化乾燥した。次に、ホトリソ
グラフィにより8μm幅の直線状マスクパターンを形成
した。次いで、反応性イオンエッチングにより、マスク
パターン以外のコア層をエッチングし、幅8μm、高さ
8μmの矩形のコアを形成した。この上に下部クラッド
層と同じ組成物を塗布しこの場合と同様にして硬化乾燥
させ、コア/クラッド構造からなる光導波路を形成し
た。この導波路の伝搬損失を測定したところ、波長1.
3μmでも1.55μmでも0.1dB/cm以下であ
った。また、本導波路は両波長域においてシングルモー
ド導波路として機能することもわかった。また、この導
波路の損失は200℃においても1箇月以上増加しなか
った。
【0053】実施例5 材料Xを10g、フェニルトリイソシアナトシラン2g
及びオクチルリン酸チタンアミン付加物0.4gからな
る組成物(XIII)を調製した。本組成物は粘性液体
であり、150℃で1時間加熱処理することにより硬化
し、いかなる溶媒に対しても不溶となった。硬化した組
成物の屈折率は1.5471(波長1.3μm)であっ
た。更に、材料X10g、フェニルトリイソシアナトシ
ラン3g及びオクチルリン酸チタンアミン付加物0.6
gからなる組成物(XIV)を調製した。本組成物は粘
性液体であり、150℃で1時間加熱処理することによ
り硬化しいかなる溶媒に対しても不溶となった。硬化し
た組成物の屈折率は1.5552(波長1.3μm)で
あった。本組成物を硬化した材料を用いる光導波路は実
施例4に準じて形成した。この導波路の伝搬損失を測定
したところ、波長1.3μmでも1.55μmでも0.
1dB/cm以下であった。また、本導波路は両波長域
においてシングルモード導波路として機能することもわ
かった。また、この導波路の損失は150℃においても
1箇月以上増加しなかった。
【0054】実施例6 (重水素化フェニル)トリエトキシシラン(245
g)、(重水素化メチル)トリエトキシシラン(181
g)、3当量の水(108g)及び塩酸(0.1ml)
を還流管を付けたセパラブルフラスコに入れ加熱した。
加熱温度は200℃に設定した。還流が始まって10分
から20分程度で均一な溶液となった。加熱還流は更に
2時間継続した。その後、加熱温度を240℃に設定し
エタノールを留去した。留去量は約4.8当量(74
g)であった。冷却後、フラスコ中の透明粘ちょうな液
体を集めそのまま使用した(XV)。当材料の分子量は
GPCで測定したところMw=1900、Mn=130
0であった。材料XVを10g、(重水素化メチル)ト
リイソシアネートシラン2gからなる組成物(XVI)
を調製した。本組成物は粘ちょうな液体であり、150
℃で1時間加熱処理することにより硬化し、いかなる溶
媒に対しても不溶となった。硬化した組成物の屈折率は
1.4744(波長1.3μm)であった。更に、材料
XVを10g、(重水素化メチル)トリイソシアネート
シラン3gからなる組成物(XVII)を調製した。本
組成物は粘ちょうな液体であり、150℃で1時間加熱
処理することにより硬化しいかなる溶媒に対しても不溶
となった。硬化した組成物の屈折率は1.4700(波
長1.3μm)であった。本組成物を硬化した材料を用
いる光導波路は実施例4に準じて形成した。この導波路
の伝搬損失を測定したところ、波長1.3μmでも1.
55μmでも0.1dB/cm以下であった。また、本
導波路は両波長域においてシングルモード導波路として
機能することもわかった。また、この導波路の損失は1
50℃においても1箇月以上増加しなかった。
【0055】実施例7 メチルトリエトキシシラン(178g)、3当量の水
(54g)及び塩酸(0.1ml)を還流管を付けたセ
パラブルフラスコに入れ加熱した。加熱温度は200℃
に設定した。還流が始まって10分から20分程度で均
一な溶液となった。加熱還流は更に2時間継続した。そ
の後、加熱温度を240℃に設定しエタノールを留去し
た。留去量は約2.4当量(37g)であった。冷却
後、フラスコ中の透明粘ちょうな液体を集めそのまま使
用した(XVIII)。当材料の分子量はGPCで測定
したところMw=1900、Mn=1300であった。
材料XVIIIを10g、メチルトリイソシアネートシ
ラン2gからなる組成物(XIX)を調製した。本組成
物は粘性液体であり、150℃で1時間加熱処理するこ
とにより硬化し、いかなる溶媒に対しても不溶となっ
た。硬化した組成物の屈折率は1.4109(波長1.
3μm)であった。更に、材料XVIIIを10g、メ
チルトリイソシアナトシラン3gからなる組成物(X
X)を調製した。本組成物は粘ちょうな液体であり、1
50℃で1時間加熱処理することにより硬化しいかなる
溶媒に対しても不溶となった。硬化した組成物の屈折率
は1.4067(波長1.3μm)であった。次に、S
i基板上に組成物(XX)をスピンコート法により塗布
した。ここに、コア形状に応じた(深さ8μm、幅8μ
m)凸状の型を有するスタンパーを押当て、この状態で
150℃に加熱して硬化した。硬化後スタンパーをはず
したところ深さ8μm、幅8μmの凹状のくぼみが形成
されていた。これを下部クラッド層とした。この上に組
成物(XIX)をスピンコート法により塗布した。この
際、設定時間と回転数を調整して膜厚を0.5μm以下
にし、更に、下部クラッド層上のくぼみの部分に組成物
(XIX)を充てんすることができた。これを更に15
0℃で加熱硬化しリッジ型コアとした。最後に上部クラ
ッド層を塗布硬化し、コア/クラッド構造からなる光導
波路を形成した。この導波路の伝搬損失を測定したとこ
ろ、波長1.3μmでも1.55μmでも0.3dB/
cm以下であった。また、本導波路は両波長域において
シングルモード導波路として機能することもわかった。
また、この導波路の損失は200℃においても1箇月以
上増加しなかった。
【0056】実施例8 (重水素化メチル)トリエトキシシラン(181g)、
3当量の水(54g)及び塩酸(0.1ml)を還流管
を付けたセパラブルフラスコに入れ加熱した。加熱温度
は200℃に設定した。還流が始まって10分から20
分程度で均一な溶液となった。加熱還流は更に2時間継
続した。その後、加熱温度を240℃に設定しエタノー
ルを留去した。留去量は約2.4当量(37g)であっ
た。冷却後、フラスコ中の透明粘ちょうな液体を集めそ
のまま使用した(XXI)。当材料の分子量はGPCで
測定したところMw=1900、Mn=1300であっ
た。材料XXIを10g、(重水素化)メチルトリイソ
シアナトシラン2gからなる組成物(XXII)を調製
した。本組成物は粘ちょうな液体であり、150℃で1
時間加熱処理することにより硬化し、いかなる溶媒に対
しても不溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.4
109(波長1.3μm)であった。更に、材料XXI
を10g、(重水素化メチル)トリイソシアナトシラン
3gからなる組成物(XXIII)を調製した。本組成
物は粘ちょうな液体であり、150℃で1時間加熱処理
することにより硬化しいかなる溶媒に対しても不溶とな
った。硬化した組成物の屈折率は1.4067(波長
1.3μm)であった。コア/クラッド構造からなる光
導波路を実施例7の場合に準じて形成した。この導波路
の伝搬損失を測定したところ、波長1.3μmで0.1
dB/cm以下であった。また、本導波路は両波長域に
おいてシングルモード導波路として機能することもわか
った。また、この導波路の損失は200℃においても1
箇月以上増加しなかった。
【0057】実施例9 重水素化フェニルトリクロロシラン(216.5g)を
脱水処理したテトラヒドロフランに溶解し、ここに3当
量の水(54g)を液温が上昇しないような滴下速度で
滴下した。滴下終了後、反応液をかくはんしながら、こ
こに3当量の炭酸水素ナトリウム(252g)を加え
た。炭酸ガスの発生が終了後、更に約1時間かくはんを
続けた。次いで、反応液をろ過し、ろ液のテトラヒドロ
フランをロータリーエバポレーターで留去したところ、
無色透明な粘ちょうな液体(1)を得た。当材料の分子
量はGPCで測定したところMw=2500、Mn=1
600であった。この材料(1)を10g、テトラエト
キシシラン2g、ジブチルスズジラウレート10mg及
び溶媒5g(MIBK)からなる組成物(2)を調製し
た。本組成物は、150℃で1時間加熱処理することに
より硬化し、いかなる溶媒に対しても不溶となった。硬
化した組成物の屈折率は1.5407(波長1.3μ
m)であった。更に、この材料10g、テトラエトキシ
シラン3g、ジブチルスズジラウレート10mg及び溶
媒5g(MIBK)からなる組成物(3)を調製した。
本組成物は、150℃で1時間加熱処理することにより
硬化し、いかなる溶媒に対しても不溶となった。硬化し
た組成物の屈折率は1.5361(波長1.3μm)で
あった。本組成物を硬化した材料を用いる光導波路は以
下のようにして形成した。まず、組成物(3)のフィル
ムをスピンコート法によりシリコンウエハー上に形成し
た。この際、フィルム厚が約15μmとなるようにスピ
ンコーターの回転数を調整した。形成したフィルムは1
50℃で十分に硬化乾燥し下部クラッド層とした。次い
で、この上に組成物(2)をコア層として塗布した。こ
の膜厚は8μmとした。この際、コア層と下部クラッド
層間のインターミキシングは全く見られなかった。形成
したコア層は150℃で十分に硬化乾燥した。次に、ホ
トリソグラフィとイオンミリングにより8μm幅の直線
状マスクパターンを形成した。次いで、反応性イオンエ
ッチングにより、マスクパターン以外のコア層をエッチ
ングし、幅8μm、高さ8μmの矩形のコアを形成し
た。この上に下部クラッド層と同じ組成物を塗布しこの
場合と同様にして硬化乾燥させ、コア/クラッド構造か
らなる光導波路を形成した。この導波路の伝搬損失を測
定したところ、波長1.3μmでも1.55μmでも
0.3dB/cm以下であった。また、本導波路は両波
長域においてシングルモード導波路として機能すること
もわかった。また、この導波路の損失は150℃におい
ても1箇月以上増加しなかった。
【0058】実施例10 材料(1)を10gとアルミニウムsec−ブチレート
2gからなる組成物(4)をドライボックス中で調製し
た。本組成物は粘性液体であり、150℃で1時間加熱
処理することにより硬化し、いかなる溶媒に対しても不
溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.5456
(波長1.3μm)であった。更に、材料(1)10g
とアルミニウムsec−ブチレート3gからなる組成物
(5)を調製した。本組成物は粘性液体であり、150
℃で1時間加熱処理することにより硬化しいかなる溶媒
に対しても不溶となった。硬化した組成物の屈折率は
1.5502(波長1.3μm)であった。次に、Si
基板上に組成物(4)をスピンコート法により塗布し
た。ここに、コア形状に応じた(深さ8μm、幅8μ
m)凸状の型を有するスタンパーを押当て、この状態で
150℃に加熱して硬化した。硬化後スタンパーをはず
したところ深さ8μm、幅8μmの凹状のくぼみが形成
されていた。これを下部クラッド層とした。この上に組
成物(5)をスピンコート法により塗布した。この際、
スピンコートに要する時間と回転数を調整して膜厚を
0.5μm以下にし、更に、下部クラッド層上のくぼみ
の部分に組成物(5)を充てんすることができた。これ
を更に150℃で加熱硬化しリッジ型コアとした。最後
に上部クラッド層を塗布硬化し、コア/クラッド構造か
らなる光導波路を形成した。この導波路の伝搬損失を測
定したところ、波長1.3μmでも1.55μmでも
0.3dB/cm以下であった。また、本導波路は両波
長域においてシングルモード導波路として機能すること
もわかった。また、この導波路の損失は150℃におい
ても1箇月以上増加しなかった。
【0059】実施例11 (重水素化フェニル)トリエトキシシラン(245
g)、3当量の水(54g)及び塩酸(0.1ml)を
還流管を付けたセパラブルフラスコに入れ加熱した。加
熱温度は200℃に設定した。還流が始まって10分か
ら20分程度で均一な溶液となった。加熱還流は更に2
時間継続した。その後、加熱温度を240℃に設定しエ
タノールを留去した。留去量は約2.4当量(37g)
であった。冷却後、フラスコ中の透明粘ちょうな液体を
集めそのまま使用した(6)。当材料の分子量はGPC
で測定したところMw=1900、Mn=1300であ
った。材料(6)を10g、ジ−i−プロポキシ・ビス
(アセチルアセトン)チタネート2gからなる組成物
(7)を調製した。本組成物は粘性液体であり、150
℃で1時間加熱処理することにより硬化し、いかなる溶
媒に対しても不溶となった。硬化した組成物の屈折率は
1.5450(波長1.3μm)であった。更に、材料
(6)を10g、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチル
アセトン)チタネート3gからなる組成物(8)を調製
した。本組成物は粘性液体であり、150℃で1時間加
熱処理することにより硬化しいかなる溶媒に対しても不
溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.5496
(波長1.3μm)であった。本組成物(7)をクラッ
ドに(8)をコアに用いる光導波路は実施例1に準じて
形成した。この導波路の伝搬損失を測定したところ、波
長1.3μmでも1.55μmでも0.3dB/cm以
下であった。また、本導波路は両波長域においてシング
ルモード導波路として機能することもわかった。また、
この導波路の損失は150℃においても1箇月以上増加
しなかった。
【0060】実施例12 重水素化フェニルトリクロロシラン(216.5g)と
メチルトリクロロシラン(15g)を脱水処理したテト
ラヒドロフランに溶解し、ここに3当量の水(59.4
g)を液温が上昇しないような滴下速度で滴下した。滴
下終了後、反応液をかくはんしながら、ここに3当量の
炭酸水素ナトリウム(278g)を加えた。炭酸ガスの
発生が終了後、更に約1時間かくはんを続けた。次い
で、反応液をろ過し、ろ液のテトラヒドロフランをロー
タリーエバポレーターで留去したところ、無色透明な粘
ちょうな液体(9)を得た。本材料の分子量はGPCで
測定したところMw=2500、Mn=1600であっ
た。材料(9)を10g、テトラエトキシジルコニウム
2g及び溶媒2g(MIBK)からなる組成物(10)
を調製した。本組成物は150℃で1時間加熱処理する
ことにより硬化し、いかなる溶媒に対しても不溶となっ
た。硬化した組成物の屈折率は1.5318(波長1.
3μm)であった。本組成物を硬化した材料をクラッド
として用いる光導波路は以下のようにして形成した。ま
ず、本組成物のフィルムをスピンコート法によりシリコ
ンウエハー上に形成した。この際、フィルム厚が約15
μmとなるようにスピンコーターの回転数を調整した。
形成したフィルムは150℃で十分に硬化乾燥し下部ク
ラッド層とした。次いで、この上にコア層を塗布した。
用いた材料は、実施例1の式(化10)で示されるポリ
シロキサン(ユニットA8モル%とユニットB92モル
%からなる)で屈折率が1.5364(波長1.3μ
m)のものである。スピンコートは10%アニソール溶
液から行い膜厚8μmに調整した。この際、コア層と下
部クラッド層間のインターミキシングは全く見られなか
った。形成したコア層は200℃で十分に乾燥した。次
に、ホトリソグラフィとイオンミリングにより8μm幅
の直線状の金属性マスクパターンを形成した。次いで、
反応性イオンエッチングにより、マスクパターン以外の
コア層をエッチングし、幅8μm、高さ8μmの矩形の
コアを形成した。この上に下部クラッド層と同じ組成物
(10)を塗布しこの場合と同様にして硬化乾燥させ、
コア/クラッド構造からなる光導波路を形成した。コア
層に用いた材料はMIBKには不溶なため、上部クラッ
ド層塗布に際してのインターミキシング発生は見られな
かった。この導波路の伝搬損失を測定したところ、波長
1.3μmでも1.55μmでも0.3dB/cm以下
であった。また、本導波路は両波長域においてシングル
モード導波路として機能することもわかった。また、こ
の導波路の損失は150℃においても増加しなかった。
【0061】実施例13 重水素化フェニルトリクロロシラン(216.5g)と
メチルトリクロロシラン(149.5g)を脱水処理し
たテトラヒドロフランに溶解し、ここに3当量の水(1
08g)を液温が上昇しないような滴下速度で滴下し
た。滴下終了後、反応液をかくはんしながら、ここに3
当量の炭酸水素ナトリウム(504g)を加えた。炭酸
ガスの発生が終了後、更に約1時間かくはんを続けた。
次いで、反応液をろ過し、ろ液のテトラヒドロフランを
ロータリーエバポレーターで留去したところ、無色透明
な粘ちょうな液体(11)を得た。本材料の分子量はG
PCで測定したところMw=2500、Mn=1600
であった。更に、重水素化フェニルトリクロロシラン
(216.5g)とメチルトリクロロシラン(209.
3g)を脱水処理したテトラヒドロフランに溶解し、こ
こに3当量の水(129.6g)を液温が上昇しないよ
うな滴下速度で滴下した。滴下終了後、反応液をかくは
んしながら、ここに3当量の炭酸水素ナトリウム(60
5g)を加えた。炭酸ガスの発生が終了後、更に約1時
間かくはんを続けた。次いで、反応液をろ過し、ろ液の
テトラヒドロフランをロータリーエバポレーターで留去
したところ、無色透明な粘ちょうな液体(12)を得
た。本材料の分子量はGPCで測定したところMw=2
600、Mn=1800であった。材料(11)を10
g、t−ブチル過酸化アセテート0.2g及び溶媒2g
(MIBK)からなる組成物(13)を調製した。本組
成物は150℃で1時間加熱処理することにより硬化
し、いかなる溶媒に対しても不溶となった。硬化した組
成物の屈折率は1.4708(波長1.3μm)であっ
た。更に、材料(12)10g、t−ブチル過酸化アセ
テート0.2g及び溶媒2g(MIBK)からなる組成
物(14)を調製した。本組成物は150℃で1時間加
熱処理することにより硬化しいかなる溶媒に対しても不
溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.4664
(波長1.3μm)であった。本組成物を硬化した材料
を用いる光導波路は以下のようにして形成した。まず、
組成物(14)のフィルムをスピンコート法によりシリ
コンウエハー上に形成した。この際、フィルム厚が約1
5μmとなるようにスピンコーターの回転数を調整し
た。形成したフィルムは150℃で十分に硬化乾燥し下
部クラッド層とした。次いで、この上に組成物(13)
をコア層を塗布した。この膜厚は8μmとした。この
際、コア層と下部クラッド層間のインターミキシングは
全く見られなかった。形成したコア層は150℃で十分
に硬化乾燥した。次に、ホトリソグラフィとイオンミリ
ングにより8μm幅の直線状の金属マスクパターンを形
成した。次いで、反応性イオンエッチングにより、マス
クパターン以外のコア層をエッチングし、幅8μm、高
さ8μmの矩形のコアを形成した。この上に下部クラッ
ド層と同じ組成物を塗布し、同様に硬化乾燥させ、コア
/クラッド構造からなる光導波路を形成した。この導波
路の伝搬損失を測定したところ、波長1.3μmでも
1.55μmでも0.3dB/cm以下であった。ま
た、本導波路は両波長域においてシングルモード導波路
として機能することもわかった。また、この導波路は損
失は150℃においても1箇月以上増加しなかった。
【0062】実施例14 重水素化フェニルトリクロロシラン(216.5g)と
メチルトリクロロシラン(15g)を脱水処理したテト
ラヒドロフランに溶解し、ここに3当量の水(59.4
g)を液温が上昇しないような滴下速度で滴下した。滴
下終了後、反応液をかくはんしながら、ここに3当量の
炭酸水素ナトリウム(278g)を加えた。炭酸ガスの
発生が終了後、更に約1時間かくはんを続けた。次い
で、反応液をろ過し、ろ液のテトラヒドロフランをロー
タリーエバポレーターで留去したところ、無色透明な粘
ちょうな液体(15)を得た。本材料の分子量はGPC
で測定したところMw=2500、Mn=1600であ
った。材料(15)を10g、t−ブチル過酸化アセテ
ート0.2g及び溶媒2g(MIBK)からなる組成物
(16)を調製した。本組成物は150℃で1時間加熱
処理することにより硬化し、いかなる溶媒に対しても不
溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.5318
(波長1.3μm)であった。本組成物を硬化した材料
をクラッドとして用いる光導波路は以下のようにして形
成した。まず、本組成物のフィルムをスピンコート法に
よりシリコンウエハー上に形成した。この際、フィルム
厚が約15μmとなるようにスピンコーターの回転数を
調整した。形成したフィルムは150℃で十分に硬化乾
燥し下部クラッド層とした。次いで、この上にコア層を
塗布した。用いた材料は、実施例1の式(化10)で示
されるポリシロキサン(ユニットA8モル%とユニット
B92モル%からなる)で屈折率が1.5364(波長
1.3μm)のものである。スピンコートは10%アニ
ソール溶液から行い膜厚8μmに調整した。この際、コ
ア層と下部クラッド層間のインターミキシングは全く見
られなかった。形成したコア層は200℃で十分に乾燥
した。次に、ホトリソグラフィとイオンミリングにより
8μm幅の直線状の金属性マスクパターンを形成した。
次いで、反応性イオンエッチングにより、マスクパター
ン以外のコア層をエッチングし、幅8μm、高さ8μm
の矩形のコアを形成した。この上に下部クラッド層と同
じ組成物(16)を塗布しこの場合と同様にして硬化乾
燥させ、コア/クラッド構造からなる光導波路を形成し
た。コア層に用いた材料はMIBKには不溶なため、上
部クラッド層塗布に際してのインターミキシング発生は
見られなかった。この導波路の伝搬損失を測定したとこ
ろ、波長1.3μmでも1.55μmでも0.3dB/
cm以下であった。また、本導波路は両波長域において
シングルモード導波路として機能することもわかった。
また、この導波路の損失は150℃においても増加しな
かった。
【0063】実施例15 (重水素化メチル)トリエトキシシラン(181g)、
(重水素化フェニル)トリエトキシシラン(245
g)、3当量の水(108g)及び塩酸(0.1ml)
を還流管を付けたセパラブルフラスコに入れ加熱した。
加熱温度は200℃に設定した。還流が始まって10分
から20分程度で均一な溶液となった。加熱還流は更に
2時間継続した。その後、加熱温度を240℃に設定し
エタノールを留去した。留去量は約2.4当量(221
g)であった。冷却後、フラスコ中の透明粘ちょうな液
体を集めそのまま使用した(17)。本材料の分子量は
GPCで測定したところMw=1900、Mn=130
0であった。材料(17)を10g、t−ブチル過酸化
アセテート0.2gからなる組成物(18)を調製し
た。本組成物は粘性液体であり、150℃で1時間加熱
処理することにより硬化し、いかなる溶媒に対しても不
溶となった。硬化した組成物の屈折率は1.4708
(波長1.3μm)であった。また、(重水素化フェニ
ル)トリエトキシシラン(245g)、(重水素化メチ
ル)トリエトキシシラン(253.4g)、3当量の水
(129.6g)及び塩酸(0.1ml)を還流管を付
けたセパラブルフラスコに入れ加熱した。加熱温度は2
00℃に設定した。還流が始まって10分から20分程
度で均一な溶液となった。加熱還流は更に2時間継続し
た。その後、加熱温度を240℃に設定しエタノールを
留去した。留去量は約2.4当量(265g)であっ
た。冷却後、フラスコ中の透明粘ちょうな液体を集めそ
のまま使用した(19)。当材料の分子量はGPCで測
定したところMw=1900、Mn=1300であっ
た。更に、材料(19)を10g、t−ブチル過酸化ア
セテート0.2gからなる組成物(20)を調製した。
本組成物は粘性液体であり、150℃で1時間加熱処理
することにより硬化しいかなる溶媒に対しても不溶とな
った。硬化した組成物の屈折率は1.4664(波長
1.3μm)であった。次に、Si基板上に組成物(2
0)をスピンコート法により塗布した。ここに、コア形
状に応じた(深さ8μm、幅8μm)凸状の型を有する
スタンパーを押当て、この状態で150℃に加熱して硬
化した。硬化後スタンパーをはずしたところ深さ8μ
m、幅8μmの凹状のくぼみが形成されていた。これを
下部クラッド層とした。この上に組成物(18)をスピ
ンコート法により塗布した。この際、スピンコートに要
する時間と回転数を調整して膜厚を0.5μm以下に
し、更に、下部クラッド層上のくぼみの部分に組成物
(18)を充てんすることができた。これを更に150
℃で加熱硬化しリッジ型コアとした。最後に上部クラッ
ド層を塗布硬化し、コア/クラッド構造からなる光導波
路を形成した。この導波路の伝搬損失を測定したとこ
ろ、波長1.3μmでも1.55μmでも0.3dB/
cm以下であった。また、本導波路は両波長域において
シングルモード導波路として機能することもわかった。
また、この導波路の損失は200℃においても1箇月以
上増加しなかった。
【0064】実施例16 重水素化フェニルトリクロロシラン(216.5g)と
ビニルトリクロロシラン(161.5g)を脱水処理し
たテトラヒドロフランに溶解し、ここに3当量の水(1
08g)を液温が上昇しないような滴下速度で滴下し
た。滴下終了後、反応液をかくはんしながら、ここに3
当量の炭酸水素ナトリウム(504g)を加えた。炭酸
ガスの発生が終了後、更に約1時間かくはんを続けた。
次いで、反応液をろ過し、ろ液のテトラヒドロフランを
ロータリーエバポレーターで留去したところ、無色透明
な粘ちょうな液体(21)を得た。本材料の分子量はG
PCで測定したところMw=2500、Mn=1600
であった。更に、重水素化フェニルトリクロロシラン
(216.5g)とビニルトリクロロシラン(226
g)を脱水処理したテトラヒドロフランに溶解し、ここ
に3当量の水(130g)を液温が上昇しないような滴
下速度で滴下した。滴下終了後、反応液をかくはんしな
がら、ここに3当量の炭酸水素ナトリウム(605g)
を加えた。炭酸ガスの発生が終了後、更に約1時間かく
はんを続けた。次いで、反応液をろ過し、ろ液のテトラ
ヒドロフランをロータリーエバポレーターで留去したと
ころ、無色透明な粘ちょうな液体(22)を得た。本材
料の分子量はGPCで測定したところMw=2600、
Mn=1800であった。材料(21)を10g、t−
ブチル過酸化アセテート0.2g及び溶媒2g(MIB
K)からなる組成物(23)を調製した。本組成物は1
50℃で1時間加熱処理することにより硬化し、いかな
る溶媒に対しても不溶となった。硬化した組成物の屈折
率は1.4687(波長1.3μm)であった。更に、
材料(22)10g、t−ブチル過酸化アセテート0.
2g及び溶媒2g(MIBK)からなる組成物(24)
を調製した。本組成物は150℃で1時間加熱処理する
ことにより硬化しいかなる溶媒に対しても不溶となっ
た。硬化した組成物の屈折率は1.4643(波長1.
3μm)であった。本組成物を硬化した材料を用いる光
導波路は以下のようにして形成した。まず、組成物(2
4)のフィルムをスピンコート法によりシリコンウエハ
ー上に形成した。この際、フィルム厚が約15μmとな
るようにスピンコーターの回転数を調整した。形成した
フィルムは150℃で十分に硬化乾燥し下部クラッド層
とした。次いで、この上に組成物(23)をコア層とし
て塗布した。この膜厚は8μmとした。この際、コア層
と下部クラッド層間のインターミキシングは全く見られ
なかった。形成したコア層は150℃で十分に硬化乾燥
した。次に、ホトリソグラフィとイオンミリングにより
8μm幅の直線状の金属マスクパターンを形成した。次
いで、反応性イオンエッチングにより、マスクパターン
以外のコア層をエッチングし、幅8μm、高さ8μmの
矩形のコアを形成した。この上に下部クラッド層と同じ
組成物を塗布し、同様に硬化乾燥させ、コア/クラッド
構造からなる光導波路を形成した。この導波路の伝搬損
失を測定したところ、波長1.3μmでも1.55μm
でも0.3dB/cm以下であった。また、本導波路は
両波長域においてシングルモード導波路として機能する
こともわかった。また、この導波路の損失は150℃に
おいても1箇月以上増加しなかった。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光学
材料を用いることにより、溶剤に不溶な性質を有し、耐
熱性が高く、かつ、伝搬損失の低いポリシロキサンが実
現できる。このため、種々の光部品を作製する際のイン
ターミキシングの解消が可能となり、容易に光部品を作
製することができる。また、本発明にかかる光学材料を
用いた光部品は耐熱性が高くまた伝搬損失が低く、特
に、光導波路型部品への適用が有利である。したがっ
て、本発明は、光学、光通信、光情報処理等の分野に適
用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 駿吾 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 林田 尚一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 今村 三郎 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(化1)で表される繰り返し
    単位からなるポリシロキサンと、ポリイソシアネート、
    シラン化合物、チタンアルコキシド、チタンキレート化
    合物、アルミニウムアルコキシド、アルミニウムキレー
    ト化合物、ジルコニウムアルコキシド、ジルコニウムキ
    レート化合物のうちの少なくとも一つとを含む混合物で
    あることを特徴とする高分子光学材料。 【化1】 〔式中、R1 、R2 は同一又は異なり、Cb 2b+1(Y
    は水素、重水素若しくはハロゲン、bは正の整数を表
    す)で表されるアルキル基、重水素化アルキル基又はハ
    ロゲン化アルキル基、あるいはC6 5 (Yは水素、重
    水素若しくはハロゲンを表す)で表されるフェニル基、
    重水素化フェニル基又はハロゲン化フェニル基を表す〕
  2. 【請求項2】 下記一般式(化2)で表される基群のう
    ち、ユニットA、ユニットB及びユニットCの基群より
    選択した少なくとも1つのユニットを含み、かつ、分子
    末端がユニットD及び/又はユニットEである含ケイ素
    化合物と、ポリイソシアネート、シラン化合物、チタン
    アルコキシド、チタンキレート化合物、アルミニウムア
    ルコキシド、アルミニウムキレート化合物、ジルコニウ
    ムアルコキシド、ジルコニウムキレート化合物のうちの
    少なくとも一つとを含む混合物であることを特徴とする
    高分子光学材料。 【化2】 〔式中、R3 〜R11は同一又は異なり、Cb 2b+1(Y
    は水素、重水素若しくはハロゲン、bは正の整数を表
    す)で表されるアルキル基、重水素化アルキル基又はハ
    ロゲン化アルキル基、あるいはC6 5 (Yは水素、重
    水素若しくはハロゲンを表す)で表されるフェニル基、
    重水素化フェニル基又はハロゲン化フェニル基を表す〕
  3. 【請求項3】 下記一般式(化3)で表される繰り返し
    単位からなるポリシロキサンであることを特徴とする高
    分子光学材料。 【化3】 〔式中、R12、R13は同一又は異なり、Cb 2b+1(Y
    は水素、重水素若しくはハロゲン、bは正の整数を表
    す)で表されるアルキル基、重水素化アルキル基又はハ
    ロゲン化アルキル基、Cm 2m-1(Yは水素、重水素若
    しくはハロゲン、mは2以上の整数を表す)で表される
    アルケニル基、重水素化アルケニル基又はハロゲン化ア
    ルケニル基、あるいはC6 5 (Yは水素、重水素若し
    くはハロゲンを表す)で表されるフェニル基、重水素化
    フェニル基又はハロゲン化フェニル基を表す。但し、R
    12及びR13の少なくとも一方は上記式Cb 2b+1又は式
    m 2m-1で表される基である〕
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の高分子光学材料に、有
    機過酸化物が添加されていることを特徴とする高分子光
    学材料。
  5. 【請求項5】 請求項3又は4に記載の高分子光学材料
    において、そこに含まれる式Cb 2b+1又は式Cm
    2m-1で表されるいずれかの基が架橋してなることを特徴
    とする高分子光学材料。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の高分子
    光学材料を硬化させることにより得られる高分子光学材
    料をコア又はクラッドとして用いることを特徴とする高
    分子光導波路。
  7. 【請求項7】 一般式(化1)で表される繰り返し単位
    からなるポリシロキサンと、−Si−N=C=Oで表さ
    れる官能基を分子内に少なくとも2個以上有する化合物
    とを含む混合物であることを特徴とする高分子光学材
    料。
  8. 【請求項8】 一般式(化2)で表される基群のうち、
    ユニットA、ユニットB及びユニットCの基群より選択
    した少なくとも1つのユニットを含み、かつ、分子末端
    がユニットD及び/又はユニットEである含ケイ素化合
    物と、−Si−N=C=Oで表される官能基を分子内に
    少なくとも2個以上有する化合物とを含む混合物である
    ことを特徴とする高分子光学材料。
  9. 【請求項9】 一般式(化1)で表される繰り返し単位
    からなるポリシロキサンと、−Si−N=C=Oで表さ
    れる官能基を分子内に少なくとも2個以上有する化合物
    とを含む混合物を硬化させることにより得られる高分子
    光学材料をコア又はクラッドとして用いることを特徴と
    する高分子光導波路。
  10. 【請求項10】 一般式(化2)で表される基群のう
    ち、ユニットA、ユニットB及びユニットCの基群より
    選択した少なくとも1つのユニットを含み、かつ、分子
    末端がユニットD及び/又はユニットEである含ケイ素
    化合物と、−Si−N=C=Oで表される官能基を分子
    内に少なくとも2個以上有する化合物とを含む混合物を
    硬化させることにより得られる高分子光学材料をコア又
    はクラッドとして用いることを特徴とする高分子光導波
    路。
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