JPS60208708A - Waveguide lens - Google Patents

Waveguide lens

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JPS60208708A
JPS60208708A JP6485884A JP6485884A JPS60208708A JP S60208708 A JPS60208708 A JP S60208708A JP 6485884 A JP6485884 A JP 6485884A JP 6485884 A JP6485884 A JP 6485884A JP S60208708 A JPS60208708 A JP S60208708A
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JP
Japan
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film
substrate
waveguide
cumulative
lens
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JP6485884A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Nishimura
征生 西村
Mamoru Miyawaki
守 宮脇
Takashi Nakagiri
孝志 中桐
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29325Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide of the slab or planar or plate like form, i.e. confinement in a single transverse dimension only
    • GPHYSICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/138Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using polymerisation

Abstract

PURPOSE:To improve lens performance and to reduce manufacuring cost by constituting a waveguide lens of a polymerized accumulated monomolecular film so that sharp-edged microshapes are easily obtd. CONSTITUTION:The accumulated monomolecular film 10 (hereunder abbreviated as LB film) is formed on a substrate 2 by Langmuir-Projet method (hereunder abbreviated as LB method) using a photopolymerizable compd. having a hydrophobic part (e.g.; long chain alkyl group) and hydrophilic part (e.g., carboxyl group) within the same chemical strucrure. The LB film 10 is then patterned and exposed and thereafter the unexposed part is dissolved away by developing the film to build a lower part 11 of a waveguide consisting of the polymerized LB film. The polyermizable LB film 12 is formed by the LB method on the part 11 and the film 12 is exposed to a grating pattern. The unexposed part is dissolved away by developing the film and the intended waveguide lens is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレンズ、更に詳しくは光導波路を利用した導波
路レンズに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a lens, and more particularly to a waveguide lens using an optical waveguide.

近年光累積回路の発達に伴って、高精度でかつ効率のよ
い導波路レンズの開発が望まれている。
In recent years, with the development of optical cumulative circuits, there has been a demand for the development of highly accurate and efficient waveguide lenses.

まづ導波路レンズについて図面を参照して説明する。第
1図ないし第3図は導波路レンズの概略図である。ここ
で第1回(a)、(b)は内部収光型グレーティングレ
ンズを示し、(a、)はフルネル型、(b)はブラック
回折型の斜視図である。第2図(a)、(b)は外部収
光型グレーティングレンズを示し、(a)は概略平面図
、(b)はその断面図である。
First, the waveguide lens will be explained with reference to the drawings. 1 to 3 are schematic diagrams of waveguide lenses. Here, the first part (a) and (b) show an internal condensing grating lens, in which (a,) is a perspective view of a Fournel type grating lens, and (b) is a perspective view of a black diffraction type. FIGS. 2(a) and 2(b) show an external condensing grating lens, where (a) is a schematic plan view and (b) is a sectional view thereof.

また第3図(a)、(b)、(c)、<%へはモードイ
ンデックスレンズを示す。
In addition, FIGS. 3(a), (b), (c) and <% show mode index lenses.

これらの図において、2は基板であって例えば、ガラス
、プラスチック又はニオブ酸リチウム(LiNbO,)
等の透明基板又はシリコン、セラミックス等の不透明基
板が用いられる。基板2の表面に先導波路lが配設され
る。光導波路lは基板2よりも屈折率が高いもの°が用
いられる。例えば、ニオブ酸リチウムを基板として用い
る場合には、その表面にチタン(Ti)を熱拡散するこ
とによって0.5〜5給程度の膜厚の光導波路lが得ら
れる。
In these figures, 2 is a substrate, for example glass, plastic or lithium niobate (LiNbO).
Transparent substrates such as, or opaque substrates such as silicon or ceramics are used. A guiding wavepath l is provided on the surface of the substrate 2. The optical waveguide l has a higher refractive index than the substrate 2. For example, when lithium niobate is used as a substrate, an optical waveguide l having a film thickness of about 0.5 to 5% can be obtained by thermally diffusing titanium (Ti) onto its surface.

或いは、屈折率が1.5のガラスを基板として用いる場
合には、その表面に屈折率が1.55 (波長8328
A)のガラス(例えば、コーニング社商品名C−705
9)をスパッタリングにより膜厚0.5〜・5Ij。
Alternatively, if glass with a refractive index of 1.5 is used as a substrate, the surface of the glass with a refractive index of 1.55 (wavelength 8328
A) glass (for example, Corning Co., Ltd. product name C-705)
9) to a film thickness of 0.5 to 5 Ij by sputtering.

程度に成膜し光導波路lを得る。3はグレーティング(
第1.2図)であって、通常ピッチ0.3〜lIL、深
さ0.1〜0.2ルである。このように構成された導波
路レンズの光導波路l力を導波光4が全反射により伝播
し、グレーティング3によって回折され射出光5が収束
ないし発散する。
The optical waveguide 1 is obtained by forming a film to a certain extent. 3 is the grating (
(Fig. 1.2), and usually has a pitch of 0.3 to 1L and a depth of 0.1 to 0.2L. The guided light 4 propagates through the optical waveguide force of the waveguide lens configured in this manner by total reflection, is diffracted by the grating 3, and the emitted light 5 is converged or diverged.

第3図において、6は凸状または凹状の光導波路l内設
けられたモード、インデックスレンズで、この場合もモ
ード、インデックスレンズ6により導波光4は収束ない
し発散する射出光5が得られる。
In FIG. 3, reference numeral 6 denotes a mode index lens provided in a convex or concave optical waveguide l. In this case as well, the mode index lens 6 allows the guided light 4 to converge or diverge into emitted light 5.

しかしながら、従来、所望の精度を有する導波路レンズ
を得るためには、高度な微細加工技術を必要とするため
、歩留りの低下等コスト高を招くという欠陥があった。
However, in the past, in order to obtain a waveguide lens with desired precision, advanced microfabrication technology was required, which resulted in a drawback of lower yield and higher costs.

すなわち、一般に上記グレーティング3またはモード、
インデックス6の製作は困難であった。グレーティング
3またはモード、インデックスレンズ6の性能を向上さ
せるにはエッヂ部分が完全矩形であること、すなわち鋭
いこれのエッチが形成されることが望ましいが、そのよ
うな完全矩形を得ることが従来の技術においては極めて
困難であった。
That is, generally the above grating 3 or mode,
Manufacturing index 6 was difficult. In order to improve the performance of the grating 3 or the mode index lens 6, it is desirable that the edge portion be a perfect rectangle, that is, a sharp etch is formed, but it is difficult to obtain such a perfect rectangle using conventional technology. It was extremely difficult.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、製作が容易で
、かつ安価な導波路レンズを提供することを目的とする
。さらに本発明は高精度で、かつ効率のよい導波路レン
ズを提供することを目的と・する。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a waveguide lens that is easy to manufacture and inexpensive. A further object of the present invention is to provide a highly accurate and efficient waveguide lens.

その目的は単分子膜、1i(LB法)を用いることによ
り克服される。
That objective is overcome by using a monolayer, 1i (LB method).

つぎに単分子累積法(LB法)について説明する。単分
子累積法とは水面上に形成した単分子膜を基板表面に移
し取り、1枚ずつ重ねて超薄膜を作る方法であり、発明
者にちなんでラングミュア・ブロジェット法(LB法)
とも呼ばれる。ここで単分子膜とは一分子の厚さの均一
な膜をいい、これを累積した膜を累積膜という。この単
分子累積法(LB法)により製作された単分子膜および
累積膜のことをLB膜という。
Next, the single molecule accumulation method (LB method) will be explained. The monomolecular accumulation method is a method in which a monomolecular film formed on the water surface is transferred to the substrate surface and layered one by one to form an ultra-thin film.It is called the Langmuir-Blodgett method (LB method) named after the inventor.
Also called. Here, a monomolecular film refers to a uniform film with a thickness of one molecule, and a film obtained by accumulating this film is called a cumulative film. A monomolecular film and a cumulative film produced by this monomolecular accumulation method (LB method) are referred to as LB films.

斯かる単分子膜及び累積膜を構成する分子は必ず同一化
学構造内に少なくとも疎水性部分と親木性部分とを併有
していることが必要である。疎水性部分として最も代表
的なものは長鎖アルキル基であって、一般に炭素数が5
〜30位のものが用いられるが、好ましくは、炭素数1
0〜25位である。又アルキル鎖の長さが適当であれば
、直鎖状アルキル基、及び枝わかれ状アルキル基、共に
有用である。その他の疎水性部分を構成する基としては
、例エバ、ビニレン、ビニリデン、アセチレン等のオレ
フィン系炭化水素基、フェニル、ナフチル、アントラニ
ルの如き縮合多速フェニル基、ビフェニル、ターフェニ
ル、等の鎖状多環フェニル基、等があり、これらは各々
単独又は複数の組合せによる場合や上述のアルキル基の
末端や中間に位置している場合もある。親水性部分とし
て最も代表的なものは、例えば、カルボキシル基及びそ
の金属塩並びにアミン塩、スルホン酸基及びその金属塩
並びにアミン塩、スルホンアミド基、アミド基、アミノ
基、イミノ基、ヒドロキシル基、4級アミノ基、オキシ
イミノ基、オキシイミノ基、ジアゾニウム基、グアニジ
ン基、ヒドラジン基、リン酸基、ケイ酸基、アルミン酸
基等がある。しかしながら疎水性部分と親水性部分との
任意の組合せで、常に単分子膜及び累積膜が形成される
とは限らない、単分子累積法によって単分子膜及び累積
膜を得るためには、後述のように、作製工程上、まず、
水面上に単分子膜を形成させなけらばならないが、もし
、疎水性よりも親水性の方が強ければ分子は水に溶解し
て水溶液となり、逆に疎水性の方が勝てば2相に分離す
る。水面上で単分子膜ができるのは疎水性と親木性が適
度に釣合うときである。そのとき分子は全体として浮き
も沈みもせず、親水性部分を水相に向けて気水界面に吸
着されて単分子膜を形成する。したがって、単分子膜及
び累積膜を構成する分子は疎水性部分と親水性部分が適
度にバランスしていることが要求される。
The molecules constituting such a monomolecular film and a cumulative film must necessarily have at least a hydrophobic part and a woody part in the same chemical structure. The most typical hydrophobic moiety is a long-chain alkyl group, which generally has 5 carbon atoms.
A carbon number of 1 to 30 is used, but preferably a carbon number of 1
Ranked 0-25. Furthermore, both straight-chain alkyl groups and branched alkyl groups are useful, provided the length of the alkyl chain is appropriate. Examples of groups constituting other hydrophobic moieties include olefinic hydrocarbon groups such as eva, vinylene, vinylidene, and acetylene; condensed rapid phenyl groups such as phenyl, naphthyl, and anthranyl; There are polycyclic phenyl groups, etc., and these may be used alone or in combination, or may be located at the end or in the middle of the above-mentioned alkyl group. The most typical hydrophilic moieties include, for example, carboxyl groups and their metal salts and amine salts, sulfonic acid groups and their metal salts and amine salts, sulfonamide groups, amide groups, amino groups, imino groups, hydroxyl groups, Examples include a quaternary amino group, an oximino group, an oximino group, a diazonium group, a guanidine group, a hydrazine group, a phosphoric acid group, a silicate group, and an aluminate group. However, monomolecular films and cumulative films cannot always be formed with arbitrary combinations of hydrophobic parts and hydrophilic parts. As such, in the manufacturing process, first,
A monomolecular film must be formed on the water surface, but if the molecules are more hydrophilic than hydrophobic, they will dissolve in the water and become an aqueous solution, and conversely, if the hydrophobicity is superior, the molecules will form two phases. To separate. A monomolecular film is formed on the water surface when hydrophobicity and phyllophilicity are appropriately balanced. At this time, the molecules as a whole do not float or sink, but instead direct their hydrophilic parts toward the water phase and are adsorbed at the air-water interface, forming a monomolecular film. Therefore, the molecules constituting the monomolecular film and the cumulative film are required to have an appropriate balance of hydrophobic and hydrophilic parts.

つぎに、第4図(A)、CB)を参照してLB膜膜製製
装置よび製作方法について説明する。
Next, the LB film manufacturing apparatus and manufacturing method will be described with reference to FIGS. 4(A) and 4(CB).

第4図(A)、CB)に例示したLB膜膜製製装置、前
述のラングミュア、プロジェット法(LB法)の原理に
基づき、Kuhnの研究グループが考案したものである
。浅くて広い角型水41114の内側にポリプロピレン
製の枠15が水平に吊ってあり、水面23を仕切ってい
る。枠15は後述のように2次元シリンダーとして機能
する。
The LB film manufacturing apparatus illustrated in FIGS. 4(A) and CB) was devised by Kuhn's research group based on the principles of the Langmuir-Prodgett method (LB method) described above. A frame 15 made of polypropylene is suspended horizontally inside a shallow and wide rectangular water 41114 to partition the water surface 23. The frame 15 functions as a two-dimensional cylinder as described below.

枠15の内側にはポリプロピレン製の浮子16が浮かべ
られている。
A polypropylene float 16 is floated inside the frame 15.

浮子16の幅は枠15の内側より僅かに狭く作ってあり
、2次元ピストンとして左右に滑らかに動けるようにな
っている。浮子16を右方に引張るためにおもり17が
結びつけられている。浮子1Bを停めたり左方に押し戻
すのは一般に磁石の反発力が利用される。
The width of the float 16 is made slightly narrower than the inside of the frame 15, so that it can move smoothly from side to side as a two-dimensional piston. A weight 17 is tied to the float 16 to pull it to the right. Generally, the repulsive force of a magnet is used to stop the float 1B or push it back to the left.

そのために浮子16上に固定した磁石19と左右に動か
せる対磁石20が設けられている。即ち、押し戻すとき
は、対磁石20を磁石19に近づければ、付方が働らき
浮子16は押し戻される。
For this purpose, a magnet 19 fixed on the float 16 and a pair of magnets 20 that can be moved left and right are provided. That is, when pushing back, if the counter magnet 20 is brought close to the magnet 19, the attachment will work and the float 16 will be pushed back.

このようなおもり17や磁石111.20の代りに回転
モータやプーリーを用いて直接浮子16を左右に動かす
ことも可能である。左右の吸引ノズル22は、それぞれ
吸引パイプ21を介して不図示の吸引ポンプに接続され
る。単分子累積法に於いては単分子膜、累積膜の内部に
不純物の混入を防止するために、清浄な純水が使用され
るが水面23の清掃や不要になった単分子膜の迅速除去
に不図示吸引ポンプ及び吸引ノズル22が活用される。
It is also possible to directly move the float 16 from side to side using a rotary motor or pulley instead of such a weight 17 or magnet 111.20. The left and right suction nozzles 22 are connected to a suction pump (not shown) via suction pipes 21, respectively. In the monomolecular accumulation method, clean pure water is used to prevent impurities from entering the monomolecular film and the cumulative film, but it is also necessary to clean the water surface 23 and quickly remove unnecessary monomolecular films. A suction pump and suction nozzle 22 (not shown) are utilized.

その場合、浮子16で不要になった単分子層等を掃き寄
せながら、吸引ノズル12で迅速にすすり出すことによ
って水面23を沙化する。
In that case, the water surface 23 is turned into sand by quickly sucking it out with the suction nozzle 12 while sweeping away the unnecessary monomolecular layer etc. with the float 16.

こうして、清浄になった水面23の左端に浮子16を寄
せて〜5 X 1O−3vaOe / tの濃度で、ベ
ンゼン、クロロホルム等の揮発性溶媒に溶かした薄い膜
構成物質の溶液を数滴水面にたらすと、溶媒が揮発した
あとに単分子膜が水面23上に残される。この単分子膜
は水面23上で2次元系の挙動を示す。
In this way, the float 16 was brought to the left end of the purified water surface 23, and several drops of a thin solution of the membrane constituent material dissolved in a volatile solvent such as benzene or chloroform were poured onto the water surface at a concentration of ~5 x 1O-3vaOe/t. After the solvent evaporates, a monomolecular film is left on the water surface 23. This monomolecular film exhibits two-dimensional behavior on the water surface 23.

分子の面密度が低いときは2次元気体の気体膜と呼ばれ
、−分子あたりの占有面積と表面圧との間に2次元理想
気体の状態方程式が成立する。占有面積と表面圧は不図
示の測定器によって自動的かつ持続的に計測される。占
有面積及びその変化量は浮子1Bの左右の動きからめら
れる。表面圧の測定器としては純水及び単分子膜でおお
われた水面の表面張力の差から間接的にめる方法を応用
したもの、純水表面と単分子膜面を区切るように浮かべ
た浮子16にかかる2次元的圧力を直接測定するもの等
があり、それぞれ特色がある。気体膜の状態から、徐々
に浮子16を右方に動かし、単分子膜が展開する水面の
広がりを次第に縮めて面密度を増してゆくと、分子間相
互作用が強まり、2次元液体の液体膜をへて2次元固体
の固体膜へと変わる。該固体膜になると、分子の配列配
向はきれいにそろい、光学材料に要求される高度の秩序
性及び均一な超薄膜性をもつにいたる。而して、該固体
膜の状態を維持したまま、該単分子膜を清浄な基板24
(例えば、ガラス、セラミック、プラスチック又は金属
等の基板が用いられる)の表面に移すことが可能となる
。基板24に付着した単分子膜の上にさらに何層にでも
単分子膜を累積することもできる。一般に累積操作に好
適な単分子膜の表面圧は15〜30dyne/cmであ
る。その範囲外では分子の配列配向秩序が乱れたり、膜
の剥がれが生じたりするので、不適当である。
When the areal density of molecules is low, it is called a gas film of a two-dimensional gas, and a two-dimensional ideal gas equation of state is established between the occupied area per molecule and the surface pressure. The occupied area and surface pressure are automatically and continuously measured by a measuring device (not shown). The occupied area and the amount of change thereof can be determined from the left and right movement of the float 1B. The surface pressure measuring device uses a method to measure the surface pressure indirectly from the difference in surface tension between pure water and the water surface covered with a monomolecular film, and a float 16 floating to separate the pure water surface and the monomolecular film surface. There are methods that directly measure the two-dimensional pressure applied to the surface, and each has its own characteristics. From the gas film state, the float 16 is gradually moved to the right to gradually reduce the extent of the water surface on which the monomolecular film develops and increase the surface density, which strengthens the intermolecular interactions and forms a two-dimensional liquid film. After that, it changes into a two-dimensional solid film. When the solid film is formed, the molecules are arranged and oriented neatly, resulting in the high degree of order and uniform ultra-thin film properties required for optical materials. Then, the monomolecular film is transferred to a clean substrate 24 while maintaining the state of the solid film.
(for example, substrates such as glass, ceramic, plastic or metal are used). Any number of additional layers of monolayers may be accumulated on top of the monolayer deposited on substrate 24. Generally, the surface pressure of a monolayer suitable for accumulation operation is 15 to 30 dyne/cm. Outside this range, the arrangement and orientation of molecules may be disturbed and the film may peel off, which is inappropriate.

もっとも、特別の場合、例えば、膜構造物質の化学構造
、及び温度条件等によっては、好適な表面圧の値が上述
の範囲からはみでる場合もあるので、上述の範囲は一応
の目安である。
However, in special cases, for example, depending on the chemical structure of the film-structuring material, temperature conditions, etc., a suitable surface pressure value may fall outside the above range, so the above range is only a rough guide.

単分子膜が累積操作に好適な条件の範囲内で選ばれた一
定の表面圧を常に維持できるように、対磁石20を左右
に駆動させる不図示の駆動装置が不図示の表面圧制御装
置によって制御される。
A driving device (not shown) that drives the counter magnet 20 from side to side is controlled by a surface pressure control device (not shown) so that the monomolecular film can always maintain a constant surface pressure selected within the range of conditions suitable for cumulative operation. controlled.

例えば、累積操作過程に於いて、単分子膜が基板24に
移し取られると、当然表面圧は低下するから対磁石20
を動かして、従って浮子16を動かして、展開膜面積を
圧縮し、表面圧低下分を補正して一定表面圧を維持する
操作が自動的になされる。
For example, in the cumulative operation process, when a monomolecular film is transferred to the substrate 24, the surface pressure naturally decreases, so the magnet 20
, and therefore the float 16 to compress the area of the developed membrane and correct the decrease in surface pressure to maintain a constant surface pressure.

単分子膜2B(第5図参照)を水面23上から基板24
表面に移し取る方法は大別して2種類ある。−は垂直浸
漬法で他は水平付着法である。垂直浸漬法とは水平面2
3上の単分子膜26に累積操作に好適な一定の表面圧を
かけなからす膜を横切る方向、即ち、垂直方向に基板2
4を上下させることにより単分子膜26を移し取る方法
である。水平付着法とは基板を水平に保ちながら上から
水面にできるだけ近づけ、わずかに傾けて一端から単分
子膜に触れて付着する方法である。それぞれ向き不向き
がある。垂直浸漬法の場合は膜を構成する分子や膜作製
条性によって第3図(A)、(B)、(C)に示すよう
に3種類の膜構造ができる。第3図(A)のように浸漬
時だけ膜が付着するX型、第3図(B)のように浸漬時
にも引き上げ時にも付着するY型、第3図(C)のよう
に引き上げ時のみ膜が付着するZ型、等がある。
The monomolecular film 2B (see FIG. 5) is applied to the substrate 24 from above the water surface 23.
There are roughly two types of methods for transferring to the surface. - is the vertical immersion method, and the others are the horizontal attachment method. What is the vertical immersion method?Horizontal surface 2
A constant surface pressure suitable for the cumulative operation is applied to the monomolecular film 26 on the substrate 2 in a direction transverse to the film, that is, in a vertical direction.
In this method, the monomolecular film 26 is transferred by moving the monomolecular film 26 up and down. The horizontal deposition method is a method in which the substrate is held horizontally, placed as close to the water surface as possible from above, tilted slightly, and attached by touching the monomolecular film from one end. Each has its pros and cons. In the case of the vertical immersion method, three types of film structures can be formed as shown in FIGS. 3(A), (B), and (C) depending on the molecules constituting the film and the film fabrication conditions. Figure 3 (A) shows an X type in which the film adheres only during immersion; Figure 3 (B) shows a Y type in which the film adheres both during immersion and lifting; Figure 3 (C) shows a Y type in which the film adheres during pulling up. There is a Z-type, which only has a film attached to it.

従って、X型は疎水性部分Pを基板24表面に向は親水
性部分Qを外側に向けて付着する。Z型は親水性部分Q
を基板24表面に向は疎水性部分Pを外に向けて付着す
る。
Therefore, in the X type, the hydrophobic portion P is attached to the surface of the substrate 24, and the hydrophilic portion Q is attached to the outside. Z type is hydrophilic part Q
is attached to the surface of the substrate 24 with the hydrophobic portion P facing outward.

これに対して水平付着法の場合にはX型の累積膜しかで
きないが、垂直浸漬法よりも後述する累積比のすぐれた
X型の累積膜を比較的簡単に作りやすい。又、蛋白単分
子膜の作製にはこの水平付着法が適している。
On the other hand, in the case of the horizontal deposition method, only an X-shaped cumulative film can be produced, but it is relatively easier to produce an X-shaped cumulative film with a superior cumulative ratio, which will be described later, than in the vertical dipping method. Furthermore, this horizontal deposition method is suitable for producing protein monolayers.

しかしながら、いずれの方法による場合でも、基板24
表面は界面化学的に充分清浄でなければならない。基板
24表面の洗浄が不充分であれば幕の剥がれが生じ、累
積膜を作製することが困難となる。
However, in either method, the substrate 24
The surface must be sufficiently clean interfacially. If the surface of the substrate 24 is insufficiently cleaned, the curtain will peel off, making it difficult to produce a cumulative film.

例えば、ガラス基板はクロム酸混液中に浸し、蒸留水で
洗った後に、清浄な気流中で乾燥すると、その表面は完
全に親水性になる。
For example, if a glass substrate is immersed in a chromic acid mixture, washed with distilled water, and then dried in a clean air stream, its surface becomes completely hydrophilic.

例えば、清浄にした固体表面に融解したステアリン酸鉄
(m)をよく塗り付けて、ガーゼのような清浄な布で強
く十分にこすりとると、その後には親木基を固体面に向
けたステアリン酸鉄(m)の単分子膜が形成され、表面
は完全に疎水性になる。
For example, if you thoroughly apply molten iron stearate (m) to a cleaned solid surface and rub it thoroughly with a clean cloth such as gauze, then apply stearate with the mother wood group facing the solid surface. A monolayer of iron(m) acid is formed and the surface becomes completely hydrophobic.

累積操作をさらに具体的に明らかにするため、第6図(
A)、(B)、(C)に従って、垂直浸漬法によりY型
累積膜を作製する操作について説明する。図示例(第6
図)は親水性基板24を用いた場合である。
In order to clarify the cumulative operation more specifically, Figure 6 (
In accordance with A), (B), and (C), the operation of producing a Y-shaped cumulative film by the vertical dipping method will be described. Illustrated example (6th
Figure) shows the case where a hydrophilic substrate 24 is used.

親水性基板24に付着する単分子膜26の第1層目は第
6図(A)に示すように引き上げ工程時に付くから、実
際の操作としては、まず基板24を深く水中に漬け、そ
れから膜構成物質の薄い溶液を滴下する順序になる。そ
れから表面圧を上げて行き、累積膜作製に好適な表面圧
に達した後、基板24を仰、き上げる。累積膜作製に好
適な引き上げ(引き下げ)速度は0.1〜10cm/w
inである。ただし膜構成物質や膜作製条件によっては
この範囲外に好適条件が存在する場合もある。
The first layer of the monomolecular film 26 that adheres to the hydrophilic substrate 24 is formed during the pulling process as shown in FIG. The order is to drop a dilute solution of the constituents. Then, the surface pressure is increased, and after reaching a surface pressure suitable for producing a cumulative film, the substrate 24 is lifted up. The pulling (lowering) speed suitable for cumulative film production is 0.1 to 10 cm/w.
It is in. However, suitable conditions may exist outside this range depending on the membrane constituent materials and membrane manufacturing conditions.

最初の引き上げ行程で、第1層重分子膜が親水性部分Q
を基板24の表面に向け、疎水性部分Pを外側に向けて
付着する。
In the first lifting process, the first layer of heavy molecular membrane
is attached to the surface of the substrate 24, with the hydrophobic portion P facing outward.

次の浸漬(引き下げ)行程(第4図(B))で、第2層
重分子膜が疎水性部分Pを基板24表面に向け、親水性
部分Qを外側に向けて付着する。
In the next dipping (lowering) step (FIG. 4(B)), the second layer heavy molecular film is attached with the hydrophobic portion P facing the surface of the substrate 24 and the hydrophilic portion Q facing outward.

なお、第1層目28aを付けた後、充分空中で乾かし水
分その他溶媒を除去してから、2層目26b以上を付け
た方が累積膜に剥がれが生じず、累積操作がうまくいく
ことが判った。3層目28c以上は同様の操作の繰り返
えしにより、任意の層数の累積膜を作製することができ
る。図示例に於けるY型膜の奇数番目の層は常に親木性
部分Qが基板24表面に向き、疎水性部分Pが外側を向
く、このようにして作製された累積膜の厚みは分子の長
さく10〜80A)に累積回数(単分子膜の暦数)を乗
したものに等しいことが多くの実験によって確認されて
いる。膜の付き方に影響を及ぼすその他の因子としては
、(1)膜構成物質の化学構造、(2)水相のpHや含
有塩類の種類・濃度、(3)温度(4)基板の種類等が
ある。例えば、純粋な直鎖脂肪酸よりも脂肪酸塩の方が
安定な累積膜を作りやすく、特にカルシウム、バリウム
、カドミウム等お塩がすぐれる。この場合、水相のpH
によって累積膜の組成や付き方が異なる。即ち、一般に
以下であれば、純粋な脂肪酸膜になり、pH9以上だと
金属塩の膜になり、中間のpHではこれらの混ざった累
積膜が得られる。なお、累積膜の付き方を定量的に表示
するために累積比という指標が用いられる。累積比とは
基板上の所定の面積に対する実際に水面23から移し取
られた膜面積の比をいう。なお、水面から移し取られた
膜面積は浮子16の移動量を計測することによりめられ
る0例えば、累積比0は全く膜が付かなかった場合、累
積比lは理想的に膜が移し取られた場合を示す。一般に
は遊離酸よりも金属塩の方が累積比が大きい。
In addition, after applying the first layer 28a, it is better to dry it thoroughly in the air to remove moisture and other solvents, and then apply the second layer 26b or more, so that the cumulative film does not peel off and the cumulative operation is more successful. understood. For the third layer 28c and above, a cumulative film having an arbitrary number of layers can be produced by repeating the same operation. In the illustrated example, the odd-numbered layer of the Y-type film always has its woody part Q facing the surface of the substrate 24 and its hydrophobic part P facing outward. It has been confirmed through many experiments that it is equal to the product of the cumulative number of times (the number of monomolecular films) multiplied by the length (10 to 80 A). Other factors that affect the way the film adheres include (1) the chemical structure of the film constituents, (2) the pH of the aqueous phase and the type and concentration of salts it contains, (3) temperature, and (4) the type of substrate. There is. For example, it is easier to form a stable cumulative film with fatty acid salts than with pure straight-chain fatty acids, and salts such as calcium, barium, and cadmium are particularly good. In this case, the pH of the aqueous phase
The composition and deposition of the cumulative film differ depending on the type of material. That is, in general, if the pH is below, a pure fatty acid film will be obtained, if the pH is above 9, a metal salt film will be obtained, and if the pH is intermediate, a cumulative film containing these will be obtained. Note that an index called cumulative ratio is used to quantitatively display how the cumulative film is formed. The cumulative ratio refers to the ratio of the film area actually transferred from the water surface 23 to a predetermined area on the substrate. The area of the film transferred from the water surface is determined by measuring the amount of movement of the float 16. For example, a cumulative ratio of 0 indicates that no film has been deposited at all, and a cumulative ratio of 1 indicates that no film has been transferred. This shows the case where Generally, the cumulative ratio of metal salts is higher than that of free acids.

本発明において使用される基板24は任意の適当な基板
でよく基板寸法も特に限定されない0本発明におけるL
B膜の厚みは、上述した累積の繰り返えしにより(Ll
〜5ルの範囲である。
The substrate 24 used in the present invention may be any suitable substrate, and the substrate dimensions are not particularly limited.
The thickness of the B film is determined by repeating the above-mentioned accumulation (Ll
It ranges from ~5 ru.

本発明の導波路型レンズに適した物質は、適切な光学的
特性を有し、また基板2(第1〜3図)よりも屈折率が
高い特性を有し、かつLB膜を形成しうることが要求さ
れる。特に適当なものは、例えば脂肪酸、特に10〜3
0個の炭素原子を含む直鎖脂肪酸(ステアリン酸、アラ
ギジン酸)及びそれらの塩(カドミウム塩)で、後述す
る重合性LB膜である。
A material suitable for the waveguide lens of the present invention has appropriate optical properties, has a higher refractive index than the substrate 2 (FIGS. 1 to 3), and is capable of forming an LB film. This is required. Particularly suitable are, for example, fatty acids, especially 10-3
This is a polymerizable LB film that is made of straight chain fatty acids (stearic acid, aragidic acid) containing 0 carbon atoms and their salts (cadmium salts), which will be described later.

これらの物質の屈折率は、CR2鎖の長さを適宜選択す
ることにより、または金属イオンの付加により容易に制
御される。成−膜されたLBlliは公知の4+ 、、
手段によりバターニン1グされる。または本出願人の他
の特許出願(出願番号未定)に係る新規なパターニング
形成方法によって所望の形状にパターニングされる。
The refractive index of these materials is easily controlled by appropriately selecting the length of the CR2 chain or by adding metal ions. The deposited LBlli is a well-known 4+,...
It is buttered by a means. Alternatively, it can be patterned into a desired shape using a novel patterning method related to another patent application (application number undetermined) by the present applicant.

パターニングされたLB膜は導波路として機能する。The patterned LB film functions as a waveguide.

次にLB膜表面の所望の箇所に微細な溝を掘ることによ
ってグレーティング3又はモード、インデックスレンズ
6が得られる。グレーティング又はモード、インデック
スレンズの形成方法としてはレーザ、ビーム又は電子ビ
ーム照射によって熱的に離酸させる方法又は機械的な方
法がある。
Next, a grating 3 or a mode or index lens 6 is obtained by digging fine grooves at desired locations on the surface of the LB film. Methods for forming gratings, modes, and index lenses include thermal deoxidation using laser, beam, or electron beam irradiation, and mechanical methods.

第7図(A)、(B)、(C)に本発明に係る導波路レ
ンズの製作例を示す。
FIGS. 7(A), (B), and (C) show examples of manufacturing a waveguide lens according to the present invention.

基板2上重合性LH膜1aを膜厚が0.5〜5鉢になる
ように前述した方法により成膜する。つぎに第7図(A
)のハツチング部分のLBl19を露光7のガンマ線、
電子線あるいは紫外線を照射して重合する。非露光部分
8の寸法は長さ1iILs以上で特に限定されない0幅
は50A −10,0OOAの範囲である。
The polymerizable LH film 1a is formed on the substrate 2 by the method described above so as to have a film thickness of 0.5 to 5 cm. Next, Figure 7 (A
), the hatched part of LBl19 is exposed to gamma rays at exposure 7,
Polymerizes by irradiating with electron beams or ultraviolet rays. The non-exposed portion 8 has a length of 1iILs or more, and a zero width which is not particularly limited and is in the range of 50A-10.0OOA.

第7図CB)に露光部(8)と非露光部モノマーLB膜
8,8°の断面形状を示す、露光後、ベンゼン、クロロ
ホルム又はアルコール等につけると。
FIG. 7 CB) shows the cross-sectional shape of the exposed part (8) and the unexposed part of the monomer LB film at 8.8 degrees. After exposure, it is dipped in benzene, chloroform, alcohol, etc.

上記エネルギ線により重合したLB膜9は剥離せずに基
板にとどまるが、非露光部分8.8′の七ツマーLB膜
は溶解除去される。ところが、微小構部に相当する非露
光部8は極めて狭いので溶剤の浸透が広い領域の非露光
部分、例えば8°に対する浸透よりも遅く又モノマの溶
出速度に於いても同様のことが成り立つ、即ち非露光部
分のうち微小領域(例えば8)と広大領域(例えば8°
)とで溶媒の浸蝕と溶質の溶出に速度差があるため、第
4図(C)が形成される。
The LB film 9 polymerized by the energy beam does not peel off and remains on the substrate, but the seven-layer LB film in the non-exposed portions 8 and 8' is dissolved and removed. However, since the non-exposed area 8 corresponding to the microstructure is extremely narrow, the penetration of the solvent is slower than the penetration into the wider non-exposed area, for example 8 degrees, and the same holds true for the elution rate of the monomer. In other words, a small area (for example 8 degrees) and a large area (for example 8 degrees) of the non-exposed part
), there is a speed difference between the erosion of the solvent and the elution of the solute, resulting in the formation of Figure 4(C).

LBlliは単分子膜の累積によって構築されているの
で、このような溶出が行われる場合にも一層ごとに溶出
されるのがその特長である。更に、LB膜は高度の分子
配向性をも有するので、微細な構部の低面も、極めて平
坦かつ、鋭いエッヂのものが得られる。
Since LBlli is constructed by the accumulation of monolayers, its feature is that even when such elution is performed, it is eluted layer by layer. Furthermore, since the LB film also has a high degree of molecular orientation, the bottom surface of the fine structure can be extremely flat and have sharp edges.

つぎに本発明の他の製作例を第8図(A)、CB)。Next, another manufacturing example of the present invention is shown in FIGS. 8(A) and CB).

(C)、(D)、(E)、(F)を参照して説明する。This will be explained with reference to (C), (D), (E), and (F).

各図において、 1、重合性LBli 10を基板2の表面にLB法によ
り付着形成せしめる°(第8図(A) ) 。
In each figure, 1. Polymerizable LBli 10 is deposited on the surface of the substrate 2 by the LB method (FIG. 8(A)).

2、光等のエネルギー線7により重合性LBIIIOを
、(ターニング露光する(第8図(B) ) 。
2. Polymerizable LBIIIO is exposed (turning) to energy rays 7 such as light (FIG. 8(B)).

3、次いで、現像(アルコール、クロロホルム又はベン
ゼン等に漬ける)し、未露光部を溶解除去する0重合し
たLBlillは現像液に対して不溶である。かくして
重合LBlillからなる導波下部はが構築される(第
8図(C) ) 。
3. Next, it is developed (immersed in alcohol, chloroform, benzene, etc.) and the unexposed areas are dissolved and removed. 0 Polymerized LBrill is insoluble in the developer. In this way, a waveguide lower part made of polymerized LBrill is constructed (FIG. 8(C)).

4、導波路下部11の上に重合性LBli12をLB法
により付着形成せしめる(第8図(D) ) 。
4. A polymerizable LBli 12 is deposited on the lower part 11 of the waveguide by the LB method (FIG. 8(D)).

5、次いで光等のエネルギ線7により重合性LB膜12
をグレーティングパターン露光する(第8図(E) )
 。
5. Next, the polymerizable LB film 12 is formed by an energy beam 7 such as light.
is exposed as a grating pattern (Figure 8 (E)).
.

8、現像により未露光部を溶解除去する(第8図(F)
 ) 、かくして、グレーティング型光結合器が得られ
る。
8. Dissolve and remove the unexposed area by developing (Figure 8 (F)
), thus a grating type optical coupler is obtained.

本発明の実施例を以下に示す。Examples of the present invention are shown below.

〈実施例〉 ・基板ガラス、グレーティング、ピッチ200Aグレー
ティング深さ0.1鉢、l#L厘四凰M月 ・オレフィン系化合物(光重合性) ・ステアリン酸ビニルにγ線をあてて重合・未露光部〜
アルコールに溶ける ・W−トリコセン酸は電子線(10〜100KeV)を
あてると重合 ・電子ビーム露光装置(日本電子JEBX−28)・未
露光部〜エタノール ・ジアセチレン誘導体は紫外線で重合 ・未露光部−クロロホルム、ベンゼン。
<Example> ・Substrate glass, grating, pitch 200A grating depth 0.1 pot, 1#L 厘四凰M ・Olefin compound (photopolymerizable) ・Polymerization/non-polymerization by exposing vinyl stearate to γ rays Exposure section~
Soluble in alcohol - W-tricosenic acid polymerizes when exposed to electron beam (10 to 100 KeV) - Electron beam exposure device (JEOL JEBX-28) - Unexposed area - ethanol - Diacetylene derivative polymerizes with ultraviolet rays - Unexposed area -Chloroform, benzene.

アルコールに溶ける 本発明の特有の効果は下記の通りである。dissolves in alcohol The unique effects of the present invention are as follows.

1、上述したLB膜の特質により、鋭いエッヂの微小形
状を容易に形成できるので、レンズ性能の良い導波路レ
ンズを得ることができる。
1. Due to the above-mentioned characteristics of the LB film, a microshape with sharp edges can be easily formed, so a waveguide lens with good lens performance can be obtained.

2、製作が容易であるため、製作コストが安価である。2. Since it is easy to manufacture, the manufacturing cost is low.

3、製作過程上、高温処理を要しないため耐熱性のない
組”材を用いることができる。
3. Since high temperature treatment is not required during the manufacturing process, non-heat resistant matte materials can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)、、(b) 、第2図(a)、(b) 、
第3図(a)。 (b) 、 (c>は導波路レンズ概略図、第4図(A
)、(B)。 はLB膜製装置の斜視図および断面図、第5図(A)。 (B) 、 (C)はLB膜の3種類の構成を説明する
図、第6図(A)、(B)、(C)はLB膜の形成を説
明する図、第7図、(A) 、 (B) 、 (C)は
本発明の詳細な説明断面図、第8図(A)、(B)、(
G)、CD)、(E)、(F)は発明の他の製作例の説
明断面図である。 1 ・・・・・・ 光導波路 2・・・・・・ 基板3
 ・・・・・・ グレーティング 4・・・・・・ 導
波光5 ・・・・・・ 射出光 6 ・・・・・・ モードΦインデックスレンズ7 ・
・・・・・ 露光 8.8°・・・・・・ 非露光部(モノマLB膜)8 
・・・・・・ LB膜(重合)10・・・・・・ 重合
性LB膜11 ・・・・・・ 導波路下部 12・・・
・・・ 重合性LB膜・ (a) (b) 笛1図 (C,) 第 411(a) 第 411(t)) (A) 一一一一一一一一 (C) 9JA5 図 16図 (A) 第7図 貨 (C) (F) 28図 手 続 補 正 書(方式) 昭和58年 7月 4日 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許願 第84858号
2、発明の名称 導波路レンズ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (100)キャノン株式会社 4、代 理 人 住所 東京都港区赤坂1丁目9番20号5、補正命令の
日付 発送日:昭和59年6月26日 第7図(B)を別紙のとおり補正する。 (B) 第7図
Figure 1 (a), (b), Figure 2 (a), (b),
Figure 3(a). (b), (c> is a schematic diagram of the waveguide lens, Fig. 4 (A
), (B). FIG. 5(A) is a perspective view and a sectional view of the LB film manufacturing apparatus. (B) and (C) are diagrams explaining the three types of configurations of the LB film, Figures 6 (A), (B), and (C) are diagrams explaining the formation of the LB film, and Figures 7 and (A ), (B), (C) are detailed explanatory sectional views of the present invention, and FIGS. 8(A), (B), (
G), CD), (E), and (F) are explanatory sectional views of other manufacturing examples of the invention. 1... Optical waveguide 2... Substrate 3
...... Grating 4... Guided light 5 ... Outgoing light 6 ...... Mode Φ index lens 7 ・
・・・・・・ Exposure 8.8°・・・・・・ Non-exposed area (monomer LB film) 8
...... LB film (polymerized) 10... Polymerizable LB film 11 ...... Lower part of waveguide 12...
... Polymerizable LB membrane (a) (b) Whistle 1 diagram (C,) 411(a) 411(t)) (A) 11111111 (C) 9JA5 Figure 16 (A) Figure 7 (C) (F) Figure 28 Proceedings Amendment (Method) July 4, 1980 Commissioner of the Patent Office 1. Indication of the case 1988 Patent Application No. 84858 2. Invention Name of waveguide lens 3, Relationship to the person making the correction Patent applicant (100) Canon Co., Ltd. 4, Agent Address: 5-9-20, 1-9, Akasaka, Minato-ku, Tokyo Date of amendment order: Date of dispatch: On June 26, 1980, Figure 7 (B) was amended as shown in the attached sheet. (B) Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 単分子累積膜によって構成されたことを特徴とする導波
路レンズ。
A waveguide lens comprising a monomolecular cumulative film.
JP6485884A 1984-03-31 1984-03-31 Waveguide lens Pending JPS60208708A (en)

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