JPH09274117A - デンドリマ光導波路 - Google Patents

デンドリマ光導波路

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JPH09274117A
JPH09274117A JP11058896A JP11058896A JPH09274117A JP H09274117 A JPH09274117 A JP H09274117A JP 11058896 A JP11058896 A JP 11058896A JP 11058896 A JP11058896 A JP 11058896A JP H09274117 A JPH09274117 A JP H09274117A
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栗原  隆
Akira Tomaru
暁 都丸
Naoki Oba
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工性・光学特性を低下せさることなく耐熱
性をも保証した新しい高分子光導波路を提供する。 【解決手段】 3,5−ビス(p−フルオロベンゾイ
ル)フェノールのメチルエーテルをビルディングブロッ
クとする、樹枝模様状の末端がフェニルエーテル化した
3、7、又は15量体形のエーテルケトン系デンドリマ
よりなる光導波路。前記ビルディングブロックのワンポ
ット縮重合体である、樹枝模様状の末端がフッ素である
13量体形のエーテルケトン系超分岐ポリマーよりなる
光導波路。前記デンドリマ又は超分岐ポリマーを、コア
又はクラッドにした光導波路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ・交
換機の光インタコネクション用、あるいは光LAN配線
用、あるいは光加入者設備用の光学部品として使用する
光導波路に関する。
【0002】
【従来の技術】高分子を基材とする光学部品、特に高分
子光導波路としては、PMMA(ポリメタクリル酸メチ
ル)光導波路、シリコーン光導波路、ポリイミド光導波
路、ポリカーボネート光導波路、光硬化性樹脂光導波
路、熱硬化性樹脂光導波路などが開発されている。これ
ら高分子光導波路の一部は、既に、ファイバ部品に対し
ては圧倒的にコンパクトな、また、ガラス系光導波路部
品に対してはより低価格な代替部品として実用化され始
めている。更に、高分子光導波路は、高分子特有の低温
加工性や機械的柔軟性を活かし、光接続のキーデバイス
として新領域を拓きつつある。高分子光導波路の開発動
向については、「高分子」、1994年4月号、第27
1頁などに詳しい。前述のように、光ファイバ部品やガ
ラス光導波路部品の小型・廉価な代替部品として、ま
た、高分子の特徴を生かした新しい光部品として注目さ
れる高分子光導波路ではあるが、実用化のために克服す
べき課題がいくつか残されている。その中で最も本質的
な課題は、加工性・光学特性を低下させることなく耐熱
性を満足することである。表1は、光学特性・加工性・
耐熱性について、従来の高分子光導波路の性能を定性的
に比較したものである。
【0003】
【表1】 表 1 ─────────────────────────────────── 光透過性 屈折率等方性 加工性・柔軟性 耐熱性 ─────────────────────────────────── PMMA光導波路 ◎ ◎ ◎ △ ポリイミド光導波路 〇 △ △ ◎ 架橋性樹脂光導波路 △ 〇 〇 〇 ───────────────────────────────────
【0004】高分子量リニアポリマーからなる光導波路
についていえば、耐熱性が屈折率等方性・加工性と相反
する傾向にあることが如実に示されている。一般的にい
えば、耐熱性の確保に必須なポリマー鎖の剛直構造は、
複屈折率を増大させ分子鎖の柔軟性を低下させる。この
傾向はポリイミド光導波路において顕著である。逆に、
透明性・屈折率等方性・加工性に優れるPMMA光導波
路は耐熱性の面で大きな改善がない限り、用途が著しく
限定される。一方、アクリル系・エポキシ系の架橋性オ
リゴマーを主成分とする樹脂からなる光導波路の場合
は、特性面での極端なトレードオフはみられないが、脂
肪族鎖の分率が不可避的に多いことや添加剤を必要とす
ることなどから光透過性を極限的に高めることは難し
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来に
おいては、要求される各種特性のすべてについて同時に
高いレベルで満足する高分子光導波路は得られていな
い。本発明は、このような現状にかんがみてなされたも
のであり、その目的は、加工性・光学特性を低下させる
ことなく耐熱性をも保証した新しい高分子光導波路を提
供することにある。
【0006】
【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の発明は光導波路に関する発明であって、下
記式(化1):
【0007】
【化1】
【0008】(式中Meはメチル基を意味する)で表さ
れる化合物をビルディングブロックとする、下記式(化
2)、式(化3)、又は式(化4)(各式中のMeは、
いずれもメチル基を意味する):
【0009】
【化2】
【0010】
【化3】
【0011】
【化4】
【0012】で表されるでエーテルケトン系デンドリマ
よりなることを特徴とする。また、本発明の第2の発明
は、他の光導波路に関する発明であって、式(化1)で
表されるビルディングブロックのワンポット縮重合体で
ある、下記式(化5):
【0013】
【化5】
【0014】で表されるでエーテルケトン系超分岐ポリ
マーよりなることを特徴とする。本発明において、コア
−クラッド型光導波路の場合には、該コア又はクラッド
は、前記式(化2)、式(化3)、式(化4)、又は式
(化5)のいずれかよりなるものでよい。
【0015】本発明は、加工性・光学特性を低下させる
ことなく熱的安定性をも満足した新しい高分子光導波路
を提供するために、高分子光導波路を構成する基材とし
て、デンドリマを用いることを特徴とする。
【0016】デンドリマは、1つの核分子を中心とし
て、Y字型構造を持つモノマーが同心円状の層を作りな
がら、樹枝模様状(デンドリック)に、何世代にも渡っ
て積み重なった、高度に分岐し分子量のそろった球状巨
大分子の総称である。中心から外に向かって核を成長さ
せていく方法をディバージェント グロウス(Divergen
t Growth) といい、反対に、外から中心に向かってデン
ドリマを作っていく方法をコンバージェント グロウス
(Convergent Growth)という。いずれの方法によって合
成されたものであっても、分子鎖が空隙なく埋められ、
通常の高分子で一般に起こるような分子鎖の折れ曲がり
や分子鎖同士の絡み合いがあらかじめ規制される。その
結果耐熱性は保たれたまま、同等な分子量のリニアポリ
マーに比し溶融粘度が低くなる。以上の特徴の工業的意
味は、不溶不融のポリマーが射出成形可能となる点にあ
り、既に射出成形可能な耐熱性デンドリマのエンプラ市
場への参入が模索されているほどである。一方、ファイ
ンケミカルの分野では、デンドリマは高次構造が一義的
に定まった人造マトリクスとして注目されている。特に
デンドリマを蛋白質アナログとしてドラッグデリバリー
システムに適用しようという動きが活発である。以上、
デンドリマの最近の動向については、「日経サイエン
ス」、1995年7月号、第38頁、「新素材」、19
94年8月号、第75頁、ケミカル・エンジニアリング
・ニュース(Chem.Eng.News)、1993年11月号、第
51頁などに詳しい。本発明者らは、以上のような特長
を有するデンドリマが、耐熱ポリマー並みの熱的安定性
を保持しつつ加工性に優れた高分子光導波路素材として
極めて適していることを見出し、本発明を完成するに至
った。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。まず、本発明のデンドリマ光導波路に関し詳細
に説明する。本発明は、既に、森川らによって合成され
たエーテルケトン系デンドリマ〔(化2)、式(化
3)、又は式(化4)〕からなることを特長とする光導
波路である。合成の詳細は、マクロモレキュルズ(Macr
omolecules) 、第26巻、第6324〜6329頁(1
993)に記載されている。しかしながら、光導波路材
料として使用するに当っては、論文記載通りの合成では
不十分で、合成の各段階でカラムクロマトグラフィなど
高純度精製により着色不純物を除去していかなければな
らない。また、最も着色不純物が生成しやすいエーテル
解裂反応などについては、できるだけ穏やかな反応条件
を選ぶなどの配慮が不可欠である。次に、本発明はま
た、ミラーらによって合成されたデンドリックなエーテ
ルケトン系超分岐ポリマー〔式(化5)〕からなること
を特徴とする光導波路も提供するものである。合成の詳
細は、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサ
イエティ(J.Am.Chem.Soc.) 、第115巻、第356〜
357頁(1993)に記載されている。この系におい
ても、前述のエーテルケトン系デンドリマと同様に高純
度化のための特別な合成操作や精製操作が必要である。
また、分別沈殿などの方法で分子量をそろえることが透
明性に優れる光導波路を構成する上で極めて重要であ
る。
【0018】エーテルケトン系デンドリマ、及びデンド
リックなエーテルケトン系超分岐ポリマーが、(1)光
導波路として成形可能であること、(2)極低損失の光
透過性を有すること、(3)光導波路として重要な屈折
率の等方性が保たれていることは、本発明によって初め
て明らかになった。
【0019】
【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。
【0020】実施例1 エーテルケトン系デンドリマ〔式(化2)で表されるも
の、以下、G2と略記する〕は溶液からのスピンコート
により容易に透明フィルムとなった。このG2フィルム
の波長1.3μmにおける複屈折率をプリズムカップリ
ング法により測定したところ、0.001程度であっ
た。このようにして、複屈折率が小さいことを確認した
上で、G2を酢酸エトキシエチル溶液とし、0.2μm
のフィルターでろ過した後、ガラス基板上にスピンコー
トし、厚さ3.6μmのG2透明膜を得た。このように
して作製したスラブ型光導波路の光導波損失を測定し
た。波長633nmのレーザー光をプリズムカップリン
グにより膜に入射した。光導波の様子を赤外線ビデオカ
メラを用いて観察し、各導波距離での散乱光強度から導
波光強度を推定した。このようにして測定した導波光強
度の導波距離依存性を図1に示す。傾きから損失を求め
た。損失値は、2.1dB/cmであった。次に入射光
波長を1.3μmとして同様の測定を行い、図2の結果
を得た。損失値は、1.2dB/cmであった。すなわ
ち、図1は、波長:1.3μmにおけるG2スラブ型光
導波路の導波光強度の導波距離依存性を示す図である。
また図2は、波長:633nmにおけるG2スラブ型光
導波路の導波光強度の導波距離依存性を示す図である。
なお、図1及び図2において、縦軸は導波光強度(任意
単位)、横軸は光導波距離(cm)を意味する。
【0021】図3はG2スピンコート膜の可視・近赤外
吸収スペクトルを示す図である。すなわち、図3は、塩
化メチレン溶液より作製したG2キャストフィルムの可
視・近赤外吸収スペクトルを示す図である。なお、図3
において縦軸は吸光度(任意単位)、横軸は波長(n
m)を意味する。図3に示すように、可視域から近赤外
域にのびた吸収の大部分は、黄褐色のフェノール構造を
含む不純物に由来する。そこで、合成の各段階でのカラ
ムクロマトグラフィによる精製を十分に行うと共に、フ
ェノール構造を含む不純物の生成が極力抑えられるよう
な合成条件で、再度、G2を合成し、光導波損失値を求
めたところ、波長633nm、1.3μmともに、0.
5dB/cm以下になった。
【0022】実施例2及び3 実施例1に準じて不純物フリーに合成したエーテルケト
ン系デンドリマ〔式(化3)で表されるもの〕(G
3)、及び同デンドリマ〔式(化4)で表されるもの〕
(G4)について、スラブ型光導波路を作製し、G2と
同等の低複屈折率、低損失導波を確認した。更に、これ
らについては、下部クラッド厚:20μm、コア径:8
μm×8μm、上部クラッド厚:15μmのチャネル型
光導波路を、ホトリソグラフィとドライエッチングを使
って作製した。クラッド材としては、コア材であるデン
ドリマに対する比屈折率差が0.3%になるように調製
された紫外線硬化樹脂を使用した。これらチャネル型光
導波路の光導波損失値を求めたところ、両者共、波長
1.3μmのシングルモード条件で0.5dB/cm以
下であった。特に世代の最も進んだG4チャネル型光導
波路の損失は120℃においても増加しなかった。
【0023】実施例4 ビルディングブロック〔式(化1)で表されるもの〕か
ら、ワンポット縮重合により合成したデンドリックな超
分岐ポリマー〔式(化5)で表されるもの〕は、分別沈
殿により精製、低分散化した。クロロベンゼン溶液から
スピンコート膜を作製し複屈折率を測定した。実施例1
〜3における正規のコンバージェント法によって合成さ
れたエーテルケトン系デンドリマと比べると複屈折率は
わずかに大きい値であった。この超分岐ポリマーをコア
とするチャネル型光導波路を、実施例2、3に準じて作
製した。波長1.3μmで、損失0.5dB/cm程度
のシングルモード導波が可能であった。損失は120℃
においても増加しなかった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるデン
ドリマ光導波路(超分岐ポリマーを含む総称)は、光導
波路への主要な要求条件である光学特性・加工性・耐熱
性のすべてについて同時に高いレベルで満足するもので
あって、従来の高分子光導波路では適用が躊躇されてい
た方向性結合器や光インタコネクト用光導波路として、
幅広く利用できる。より一般的に言えば、本発明のデン
ドリマ光導波路は、コンピュータ・交換機の光インタコ
ネクション用あるいは光LAN配線用あるいは光加入者
設備用の低コストかつ高性能な光学部品として広範にし
かも安定して使用し得る。すなわち、本デンドリマ光導
波路をキーデバイスとして、光インタコネクション・光
LAN・光加入者の各システムが構成できるという利点
がある。また、デンドリマは対称性の良い構造と高度に
分岐し密につまった球状構造のため、デンドリマ分子の
中心と最外縁の間やデンドリマ分子間の距離が正確に規
定されるので、分子内の特定位置に例えば光アンプ機能
物質・EL物質・光電荷分離物質などを保持することが
できれば、篭に規則正しく隔離された分子の光物理的・
光化学的挙動を利用した新しいタイプの光導波路型光機
能デバイスとして、本デンドリマ光導波路を発展させて
いくことも可能である。したがって、本発明は、光通
信、光情報処理、光学等の分野に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】波長:1.3μmにおけるG2スラブ型光導波
路の導波光強度の導波距離依存性を示す図である。
【図2】波長:633nmにおけるG2スラブ型光導波
路の導波光強度の導波距離依存性を示す図である。
【図3】塩化メチレン溶液より作製したG2キャストフ
ィルムの可視・近赤外吸収スペクトルを示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(化1): 【化1】 (式中Meはメチル基を意味する)で表される化合物を
    ビルディングブロックとする、下記式(化2)、式(化
    3)、又は式(化4)(各式中のMeは、いずれもメチ
    ル基を意味する)で表されるエーテルケトン系デンドリ
    マよりなることを特徴とする光導波路。 【化2】 【化3】 【化4】
  2. 【請求項2】 少なくともコア及び該コアを囲み該コア
    より屈折率の低いクラッドが基板上に設けられ、前記コ
    ア又はクラッドが式(化1)で表される化合物をビルデ
    ィングブロックとする、式(化2)、式(化3)、又は
    式(化4)で表されるでエーテルケトン系デンドリマよ
    りなることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
  3. 【請求項3】式(化1)で表されるビルディングブロッ
    クのワンポット縮重合体である、下記式(化5): 【化5】 で表されるでエーテルケトン系超分岐ポリマーよりなる
    ことを特徴とする光導波路。
  4. 【請求項4】 少なくともコア及び該コアを囲み該コア
    より屈折率の低いクラッドが基板上に設けられ、前記コ
    ア又はクラッドが式(化1)で表されるビルディングブ
    ロックのワンポット縮重合体である、式(化5)で表さ
    れるでエーテルケトン系超分岐ポリマーよりなることを
    特徴とする請求項3に記載の光導波路。
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