JPH10197734A - 柔軟性を有する三次元光導波路 - Google Patents

柔軟性を有する三次元光導波路

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JPH10197734A
JPH10197734A JP183797A JP183797A JPH10197734A JP H10197734 A JPH10197734 A JP H10197734A JP 183797 A JP183797 A JP 183797A JP 183797 A JP183797 A JP 183797A JP H10197734 A JPH10197734 A JP H10197734A
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JP
Japan
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optical waveguide
substrate
refractive index
optical
metal alkoxide
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JP183797A
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Noriko Yamada
紀子 山田
Shingo Katayama
真吾 片山
Ikuko Yoshinaga
郁子 吉永
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光学部品間にスペースの余裕がな
いため光ファイバーでの光接続が困難なところで、光接
続を容易にするための柔軟な光導波路を提供するもので
ある。 【解決手段】 金属アルコキシドと末端シラノールポリ
ジメチルシロキサンとから合成される柔軟な無機・有機
ハイブリッドから成る基板上に、金属アルコキシドと末
端シラノールポリジメチルシロキサンから合成される基
板より高い屈折率を有するリッジ型に加工された無機・
有機ハイブリッドを有することを特徴とする三次元光導
波路は、基板と光導波路がともにシロキサン結合を有す
る柔軟な材料でできているため自由に曲げられる。ま
た、有機成分の他に無機成分も入っているため耐熱性に
優れ、無機成分の種類と量を変えることにより屈折率の
制御も行いやすい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信・情報処理な
どの分野で応用される三次元光導波路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光デバイス間の光伝送には、光ファイバ
ーと三次元光導波路が用いられる。三次元光導波路と
は、光導波路用基板上または基板内に作製した光の伝搬
する経路のことで、IC基板における電気配線と同じ働
きをする。光導波路の大きさは、幅数ミクロンから数十
ミクロン、厚さは数ミクロン程度である。三次元導波路
は、基板上に光導波路が載ったリッジ型、基板内に光導
波路が埋め込まれた埋め込み型、基板上に平面状の導波
層を作製しその一部に誘電体を載せて光導波路とする装
荷型に大別される。
【0003】従来、光回路を含むボード間、ボード内、
チップ間の光伝送には、光ファイバーが用いられてい
た。しかし、極端な短距離間接続になると、ファイバー
の許容曲げ半径との兼ね合いで、ファイバーを引き回す
ことになり、ファイバーの占める面積、体積が大きな問
題になっている。
【0004】このため、短距離間接続を容易にするもの
として、有機ポリマー導波路が提案されている。有機ポ
リマーでは、例えば紫外線による選択的光重合を行わ
せ、光重合の有無によって屈折率に差ができることを利
用して、三次元光導波路を作製することができる。柔軟
性のある有機ポリマー基板上に光回路を作製した光導波
路では、接続する光学部品間のスペースに応じて基板を
曲げることができるので、特に10cm以内の短距離光伝
送を容易にする可能性があるといわれている(疋田、今
村、OPTRONICS,No.7,p144,(1996))。
【0005】しかし、有機ポリマー導波路は、耐熱性が
低く100℃以下でしか利用できないため、レーザーダ
イオードやフォトダイオードの実装に通常用いられてい
る300℃近い温度でのハンダ工程との整合がとれな
い。また、ポリマー導波路の屈折率は、例えばポリウレ
タン系では1.555、ポリカーボネート系では1.5
9、エポキシ系では1.581であり、ポリマーの系が
決まればほとんど一義的に決まってしまい、それぞれの
系の中での屈折率の制御範囲は狭い。このため、接続す
る部品との屈折率の整合をとるのが難しかった。
【0006】ポリマー導波路以外の三次元光導波路とし
ては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの無
機光学結晶、ガラス、無機・有機ハイブリッドを利用し
て作製したものがある。ガラスおよび無機光学結晶中に
イオン交換法などで作製した埋め込み型の光導波路は、
剛直なガラスや結晶中に光導波路を作製しているため接
続する光部品の位置に応じて曲げることができない。
【0007】一方、ガラス状の無機ネットワークに分子
レベルで有機成分を取り込んだ無機・有機ハイブリッド
では、可撓性に優れたハイブリッドや透明なハイブリッ
ドが作られつつある。本発明者等は、このような無機・
有機ハイブリッド材料を用いて三次元光導波路が作製で
きることを見出し、特願平7−175882号および特
願平8−68111号を提案した。しかし、これらの光
導波路は、ガラス基板上に成膜し紫外線によって三次元
化するものであり、光導波路自体には柔軟性があるもの
の基板が剛直であるため、平面基板では接続できないよ
うな空間的配置になっている部品間の光接続には利用す
ることができなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、通信
・情報処理などの分野で利用可能な、光学部品間の光接
続を容易にするための柔軟な三次元光導波路を提供する
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明の下
記の構成、即ち、(1)金属アルコキシドと末端シラノ
ールポリジメチルシロキサンとから合成される柔軟な無
機・有機ハイブリッドから成る基板上に、金属アルコキ
シドと末端シラノールポリジメチルシロキサンから合成
される基板より高い屈折率を有するリッジ型に加工され
た無機・有機ハイブリッドからなる光導波路を有するこ
とを特徴とする三次元光導波路、(2)前記基板を構成
する無機・有機ハイブリッドの末端シラノールポリジメ
チルシロキサンに対する金属アルコキシドのモル比が
1.0以上10.0以下であることを特徴とする、
(1)記載の三次元光導波路、により達成される。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、柔軟性、耐熱性、およ
び屈折率の制御性に優れた三次元光導波路を提供するも
のである。金属アルコキシドと末端シラノールポリジメ
チルシロキサンから合成されるハイブリッドは、主骨格
がフレキシブルなシロキサン結合で形成されるため、優
れた柔軟性を示すことを見出した(特願平8−2534
73号)。金属アルコキシドの割合が増えるにつれて、
柔軟性は低下するが、有機成分としてのメチル基は常に
含まれているため、全く柔軟性がなくなることはない。
【0011】ポリジメチルシロキサンの主骨格はシリコ
ンと酸素で形成されているため、ポリマー導波路を形成
する有機系高分子に比べて、元来、耐熱性に優れてい
る。このポリジメチルシロキサンが、金属アルコキシド
に由来する無機成分で架橋されることにより、さらに、
その耐熱性が向上する。このハイブリッドに含まれる有
機成分はメチル基のみで、メチル基の分解は400℃以
上であるので、300℃程度のハンダ工程には十分耐え
られる。
【0012】また、金属アルコキシドと末端シラノール
ポリジメチルシロキサンから合成されるハイブリッドの
主成分は、Si,O,C,Hであり、可視〜赤外光の領
域で吸収を持つ結合を含まないので、広い波長範囲で光
の透過性が高い。
【0013】本発明のハイブリッドは、金属アルコキシ
ドの量と金属の種類によって、屈折率を1.3から2.
2までの広い範囲で自由に制御することができる。金属
アルコキシドの量が増えるほど、屈折率増加量は増大す
る。原子番号の高い元素ほど電子分極が高くなるため、
少量の添加で高い屈折率増加量を得ることができる。こ
のため、高い柔軟性と高い屈折率が必要な場合は、たと
えばTaのような重元素を含む金属アルコキシドを少量
使うことが望ましい。逆に、比較的硬めで低い屈折率の
材料が必要なときは、Alのような軽元素を含むアルコ
キシドを多めに使うことが望ましい。また、複数の金属
を導入するよう、複数の金属アルコキシドを用いてもよ
い。
【0014】光導波路を形成する部分は、基板より屈折
率が高いことが必要なので、基板と光導波路で同一の金
属アルコキシドを用いる場合は、光導波路を形成する無
機・有機ハイブリッドの方の金属アルコキシドの割合を
高くする。異種の金属アルコキシドを用いる場合は、光
導波路部分の屈折率が高くなるよう種類と量を調整する
ことが必要である。
【0015】金属アルコキシドと末端シラノールポリジ
メチルシロキサンのモル比によってその柔軟性および屈
折率を制御することができる。末端シラノールポリジメ
チルシロキサンに対する金属アルコキシドのモル比が5
以下の少ない領域では特に柔軟性に富んだ基板が得られ
る。末端シラノールポリジメチルシロキサンに対する金
属アルコキシドのモル比が5より高い領域では比較的硬
い基板が得られる。末端シラノールポリジメチルシロキ
サンに対する金属アルコキシドのモル比が1.0以上1
0.0以下であるとき、特に、柔軟性と基板としての安
定性に優れた特性を示す。
【0016】本発明で使用するアルコキシドは特に限定
しないが、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキ
シド、ブトキシドなどが挙げられる。また、アルコキシ
基の一部をβ−ジケトン、β−ケトエステル、アルカノ
ールアミン、アルキルアルカノールアミン、有機酸等で
置換したアルコキシド誘導体も使用できる。末端シラノ
ールポリジメチルシロキサンは、分子量が400〜45
00であることが望ましい。
【0017】三次元光導波路および基板は、次のように
して作製することができる。基板を形成するための鋳型
に、金属アルコキシドと末端シラノールポリジメチルシ
ロキサンを加水分解して調整したゾルを流し込んで、熱
処理することにより平面基板が得られる。この基板上
に、金属アルコキシドと末端シラノールポリジメチルシ
ロキサンを加水分解して得られた、基板より高屈折率の
ハイブリッドが得られるゾルを成膜し、リッジ型に加工
して三次元光導波路を作製する。リッジ型に加工するの
は、柔軟性を有する無機・有機ハイブリッド材料では、
光導波路の三次元化の手法として、リッジ型のみが実現
可能なものであるからである。
【0018】リッジ型の加工には、たとえばドライエッ
チングを利用する。まず、成膜した高屈折率の光導波路
用無機・有機ハイブリッド薄膜の上にレジストのパター
ニングを行う。このレジストをマスクとして、CF4
スにより無機・有機ハイブリッドのエッチングを行う。
次に、O2 プラズマを用いてレジストを除去することに
より、三次元光導波路を作製することができる。
【0019】
【実施例】本発明の無機・有機ハイブリッドから成る光
導波路および光導波路用基板を以下の実施例によって具
体的に説明する。
【0020】(実施例1)エタノール、末端シラノール
ポリジメチルシロキサン(分子量3000)、Ti(O
2 5 4 、酢酸を攪拌した溶液中に、水を加えて加
水分解し、ゾルを作製する。末端シラノールポリジメチ
ルシロキサン、Ti(OC2 5 4 、酢酸、水のモル
比は、1:1:2:2とする。このゾルを5cm角のアル
ミ製容器に流し込み、70℃で72時間、150℃で7
2時間熱処理する。このようにして、無機・有機ハイブ
リッド基板が得られる。光導波路部分のハイブリッドを
作製するために、末端シラノールポリジメチルシロキサ
ン(分子量3000)、Ta(OC2 5 5 、酢酸、
水のモル比を0.25:1:2:2として、ゾルを調整
し、基板上にスピンコータにより塗布する。成膜後、1
50℃で24時間熱処理する。次に、レジストを塗布
し、幅20.0μmの導波路パターン部分だけレジスト
を残すようにパターニングする。パターニングされたレ
ジストをマスクとして、CF4 ガスでエッチングを行う
と、幅20μmのリッジ部を残して、他の部分の高屈折
率層を除去することができる。その後、O2 プラズマで
レジストを除去すると、無機・有機ハイブリッドから成
る三次元光導波路と基板が得られる。
【0021】基板のハイブリッドの屈折率は波長589
nmの光に対して、1.44、光導波路を形成する部分の
ハイブリッドの屈折率は1.46であった。この光導波
路および基板は、波長633nmのレーザ光に対して、良
好な伝搬特性を示した。曲率半径2cmで曲げても導波路
に亀裂などの損傷が入らなかった。耐熱性を調べるため
に、300℃のオーブン中で一時間熱処理し、再度伝搬
特性を調べたが、熱処理前と変化がなかった。
【0022】(比較例1)エタノール、Ti(OC2
5 4 、酢酸を攪拌した溶液中に、水を加えて加水分解
し、ゾルを作製する。Ti(OC2 5 4 、酢酸、水
のモル比は、1:2:2とする。このゾルをアルミシャ
ーレに流し込み、70℃で72時間、150℃で72時
間熱処理したところ、柔軟性を付与する末端シラノール
ポリジメチルシロキサンを含まないために、基板にクラ
ックが発生した。このため、この基板上に三次元光導波
路を作製することができなかった。
【0023】
【発明の効果】本発明の光導波路および基板は、300
℃程度の耐熱性と柔軟性に優れた、光導波路および基板
である。本発明の柔軟性を有する光導波路および基板
は、空間的障害物のために平面基板での接続が不可能
で、かつ、光ファイバーで接続することが困難な、短距
離間の光接続を容易にする。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属アルコキシドと末端シラノールポリ
    ジメチルシロキサンとから合成される柔軟な無機・有機
    ハイブリッドから成る基板上に、金属アルコキシドと末
    端シラノールポリジメチルシロキサンから合成される基
    板より高い屈折率を有するリッジ型に加工された無機・
    有機ハイブリッドからなる光導波路を有することを特徴
    とする三次元光導波路。
  2. 【請求項2】 前記基板を構成する無機・有機ハイブリ
    ッドの末端シラノールポリジメチルシロキサンに対する
    金属アルコキシドのモル比が1.0以上10.0以下で
    あることを特徴とする請求項1記載の三次元光導波路。
JP183797A 1997-01-09 1997-01-09 柔軟性を有する三次元光導波路 Pending JPH10197734A (ja)

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