JPS61204603A - 高分子光導波路及びその製造方法 - Google Patents

高分子光導波路及びその製造方法

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JPS61204603A
JPS61204603A JP4485985A JP4485985A JPS61204603A JP S61204603 A JPS61204603 A JP S61204603A JP 4485985 A JP4485985 A JP 4485985A JP 4485985 A JP4485985 A JP 4485985A JP S61204603 A JPS61204603 A JP S61204603A
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JP
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optical waveguide
substrate
transparent
light
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JP4485985A
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English (en)
Inventor
Kuniyuki Eguchi
州志 江口
Yoshiaki Okabe
義昭 岡部
Seikichi Tanno
丹野 清吉
Noriaki Takeya
竹谷 則明
Hiroshi Terao
寺尾 弘
Hideki Asano
秀樹 浅野
Motoyo Wajima
和嶋 元世
Masahiko Ibamoto
正彦 射場本
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は高分子光導波路に係り、屈折率分布を形成した
透光性樹脂からなる導波路およびその製造方法に関する
〔発明の背景〕
光導波路用材料としては、半導体結晶、#電体結晶、ガ
ラス、高分子材料などがあり、その中で、薄膜および厚
膜の形成が容易なこと、屈折率変化を簡単に得ることが
できることなどの理由から、高分子光導波路が数多く開
発されている。その製法としては、特公昭56−352
2号公報に示されるような低屈折率モノマを含有した高
分子フィルムに紫外線をマスク露光して部分的に重合さ
せ、屈折率変化をおこさせる選択的光重合法や、フォト
レジスト膜を基板に塗布した後、フォトリングラフィ法
により光導波路のパターンを形成する方法が知られてい
る。しかし、これらの方法では、パターン形成のために
照射する光のエネルギー到達距離に限界があることから
、200μm以上の厚膜光導波路を得がたく、また、光
ファイ・く−との接続において損失の少ない円形断面を
得ることはできない。さらに、左右と上下方向において
屈折率差の異なるステップインデックス型の光導波路で
あるために、屈折率分布型の多モード光ファイバーと接
続した場合には、モード変調を来して損失を増す原因と
なる恐れがある。一方、0.5 tam以上の径と円形
断面とを同時に得る念めに、金型成形で光導波路を形成
したのち、低屈折率材料でモールドあるいは被覆する方
法も知られている。
この方法には、表面の平滑性に限界のあることや、成形
時に受ける熱収縮のために、分岐光導波路などでは分岐
角度が変ることなどの問題がある。また、屈折率分布型
の光導波路に関しては、特開昭59−114503号公
報や同59−204803号公報にその製造方法が記さ
れている。前者では、光導波路部を成形したのち、低屈
折率の七ツマ−を含浸させて屈折率分布を形成するため
に、光導波路部分が低屈折率モノマに浸食され、分岐部
の角度が当初の角とは異なるという問題がある。さらに
、この方法では微細パターンを安する3分岐以上の光導
波路形成が非常に困難となる。一方、後者の方法では透
明ゲル基板の表面に形成した硬化部分をマスクとして用
い屈折率分布処理を行うが、表面の硬化部分が透明ゲル
基板のどの程度の深さまで及んでいるかわからないため
、光導波路部として必要な円形断面を得るための屈折率
分布形成の最適条件を見出しづらい、 〔発明の目的〕 本発明の目的は、光導波路のために必要な微細パターン
と平滑なコア・クラッド境界層を保持しつつ、しかも薄
膜から0.2目以上の厚膜まで容易に形成される導光損
失の小さな高分子光導波路及びその製造方法全提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明では、まず先導波路として必要な微細パターンを
形成することを考え、その方法としてパターン状に光ま
九は電子線を照射する。照射部分は高分子の密度が若干
大きくなる之めに、非照射部分と比べて屈折率が高くな
り、光導波路部とすることができる。しかしながら、こ
の方法だけでは光導波路部と他の部分との間の屈折率差
はたかだか5 X 10−3  どまりであるため開口
数が小さくなり、光ファイバとの結合における導光損失
の大きな原因となる。そのため、微細パターンを形成し
た後、そのパターンを残したま\屈折率分布形成技術に
よって両者の屈折率差をより大きくする。このようにす
れば、微細パターンと大きな屈折率差とを有しながら、
屈折率分布型光導波路の利点であるコア・クラッド境界
層の平滑性や光の低損失性をも同時にそなえた光導波路
が得られる。
こ\で、光または電子線を照射する部分は、その他の部
分と比べて、選択的に重合が進むために、屈折率分布形
成用マスクとしても作用することが考えられる。しかし
、マスクとしての機能だけのために選択的に重合を進め
るのであれば、屈折率分布を形成すべき先導波路部の形
状と大きさく応じて、前記の選択的重合層の形状と大き
さをより正確に決めねばならない。その場合には、僅か
な誤差が先導波路の光損失の大きな原因となる。そこで
、光または電子線の照射部分そのものを先導波路部とし
て形成した後、その部分に屈折率分布を形成する方が微
細パターンを容易に形成できる。
本発明の高分子導波路は上述の考察に基づいており、そ
の要点は、透明な基体中に、その予備重合状態において
光または電子線をパターン状に照射することによって選
択的に重合を完結させ九部分に屈折率分布を付加してな
る光導波路を有することである。このような高分子導波
路は、モノマー組成物A’&−予備重合してなる透明な
基本層に光または電子線を照射することによって該層内
に選択的に、表面部のみかないしは底面に達する深さを
もちパターン状に走る実質的に重合を完結した部分を形
成する工程(1)と、次いで、該基体層の非照射部から
未重合モノマー組成物Aの少なくとも一部を除去したの
ち、該層内に残存する未重合モノマー組成物Aを重合さ
せる工程(2)、および/またはモ ノマー組成物Aのポリマーより低屈折率のポリマーを生
ずるモノマー組成物Bを前記非照射部から優先的に該基
体層内に含浸・拡散させたのちに七ツマー類を重合させ
る工程(3)を経て製造される。こ\で、モノマー組成
物は必らずしも複数攬のモノマーから成ることを要しな
い。それがi!!数種の成分を含む場合には、前記のポ
リマーはコポリマーの意味に解釈されることになる。
本発明において、光または電子線を照射する透明な基体
は、後の屈折率分布を形成する工程を容易にするために
、完全重合状態であるよりも予備重合状態、すなわち半
硬化状態あるいはゲル状態であることが好ましい。その
透明な予備重合基本としでは単官能あるいは多官能性メ
タクリレートやアクリレート、スチレンおよびその誘導
体、単官能あるいは多官能性アリル系モノマー、ジエチ
レングリコールビスアリルカーボネート(CR,−39
)など、通常の透明なモノマー類の1種または24以上
から予備重合された基板もしくはフィルムが有用である
。さらK、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、
ポリカーボネートなどの良好な透光性をもつ合成樹脂に
、これらに対して良好な相溶性をもつ透明なモノマーを
混合して作製された基板もしくはフィルムを用いること
もできる。
本発明において、透明基本の選択された部分に光または
電子線を照射して得られる重合完結層は、該基体の表面
jiilC形成されるだけではなく、基体の深層まで進
行して形成されても差しつかえない。
厚さ約200μmまでの表面層に形成された場合には薄
膜の高分子光導波路を、また、それ以上の・深層まで形
成され之ときには厚膜の高分子光導波路を製造すること
ができる。光または電子線の照射では、透明基体中に選
択的に形成される重合完結層の形状を考慮して、露光用
マスクの形状が決められる。また、光または電子線の照
射条件は選択的に形成されるべき重合完結層の深さに応
じて変えられ、例えば表面層に形成する場合には低出力
の装置を用いるとか照射時間を短かくし、より深層まで
形成したい場合には高出力の装置を用いあるいは長時間
照射するなど、種々の条件を採用できる。また、透明な
基体の上面と下面にマスクを設置して両面から同時に照
射することによって、底面に達する深層まで完全に重合
した層を選択的に形成することができる。
本発明に係る光導波路部の屈折率分布は公知の方法によ
って形成される。前記の透明な予備重合基体中に選択的
に形成された重合完結層以外の部分が、半重合の状態ま
たは未重合モノマーをより多く含んだ状態であるために
、その部分から、例えば前記の透明な基体よりも、それ
ぞれの重合体について比較して、低い屈折率をもつモノ
マーを室温もしくは加@丁において内部へ拡散させて、
低屈折率上ツマ−の、連続的なa変分布を与えながらか
、あるいは与えたのちに、未重合の七ツマー類を重合さ
せることによって形成される。また、前記の基本を溶媒
に浸漬して半重合状態の部分から未重合モノマーを溶媒
中に拡散させるか、または未重合上ツマ−を外部空間へ
揮散させたのち乾燥させることによっても得られる。
本発明における高分子先導波路は、屈折率分布を形成し
た後に、基本の上下に低屈折率モノマーを成分とする被
覆を施してもよく、また、ポリメチルメタクリレートな
どの低屈折率の合成樹脂板で挾み、サンドウィッチ構造
に構成することもできる。
上述のように本発明によって、各種の形状および性能を
有する高分子導波路が提供される。それらの具体例の一
部を図面を用いて説明する。第1図は、合成樹脂の平面
内に作成された光導波路の例を断面図で示す。透明な予
備重合基体1に紫外線をマスク2の設置下で露光して、
選択的重合完結層3を形成した(b)のちに、非照射部
分から未重台上ツマ−を外部へ拡散あるいは揮散させる
か、または低屈折率モノマーを内部へ拡散させて、光導
波路部4を形成する(C)。その後、加熱乾燥下で未重
合モノマー類を重合させた後、表面を低屈折率材料5で
被覆する(d)。
第2図は、平面内に作製された光導波路の例であり、選
択的な重合完結層3が透明基本1の内部深くにまで及ん
でいるΦ)。この基体の上下から、非照射部分の未重合
上ツマ−を外部へ、また低屈折率の重合性モノマーを内
部へ導入拡散させ(C)、光導波路4を形成する(d)
〔発明の実施例〕
次に、本発明の実施例によって説明する。
実施例1 ジエチレングリコールビスアリルカーボネート(CR3
9)に過酸化ベンゾイル(BPO)3重量%とベンゾイ
ンエチルエーテル0.5重量部を加え、50X70X1
0曙の内寸法をもつ箱型テフロン容器に厚さ2mmにな
るように入れ、N2ガス中、80G100分加温し透明
の予備重合基板を得た。次に、ガラス基板に:@ 0.
3 mr 、長さ70mの空白を残して残りがすべてク
ロム蒸着された逆マスクを上記の透明基板の上に密着さ
せ、6.5mW/−の超高圧水銀灯を用いて20分間紫
外線露光を行った。その後、0.5重量%のBPOを含
むメタクリル酸2,2.2−)リフルロロエチルに上記
の透明基板を浸漬し、70Cに加温した。
30分後に透明基板を取り出し80C15時間、90C
5時間硬化した。さらに、アクリルエマルジョン液によ
って透明基本の表面上に低屈折率材料のコーティングを
行った。得られた透明な板の端面を研磨したところ、約
0.2鵡径の光導波路部が存在することがわかったので
、この断面を干渉顕微鏡で観察し干渉縞を観測すること
ができた。
さらに、一端より光を入射させると、光はマスクでおお
われていない部分を全反射することなしに屈曲しながら
進行することが確認できた。この光導波路の光損失は5
5QnmのLED光で、0.23dB/備であった。
以上のことより、この透明の基板は第1図に示すような
光導波路部分を形成しているのがわかる。
実施例2 2−ヒドロキシエチルメタクリレート25重量部(以下
部と略す)を含むベンゼン中にアクリル酸24部、ケイ
皮酸21部を溶解して40Cに保持した後、水酸化バリ
ウム8水和塩を87tll’で2日間空気中乾燥を行つ
死水酸化バリウムの1水和塩(Ba (OH)2 Hz
 O) 30部を徐々に入れテ反応を行わせた。この溶
液に含まれる水とベンゼンを減圧下で除いてモノマー組
成物を得た。このモノマー組成物55部、ビニルトルエ
ン45部及びシミリスチルパーオキシジカーボネート0
.2部、ベンゾインエチルエーテル0.2部からなる混
合液をシリコーン離型処理した30X50簡のガラス板
及ヒ2IDIのシリコーンゴムガスケットから成る鋳型
の中に流し込み、6004時間で硬化した。
次に、11!1fl、長さ50Mにクロム蒸着されたマ
スクをそれぞれ1.5部間隔に2本配列したガラス基板
を上記の透明基板に密着させ、超高圧水銀灯を用いて3
0分□間紫外線露光を行った。その後、この透明基板を
エチルアルコールに浸漬し、約70Cで1時間放置し、
次にこれを50C3時間、90C3時間乾燥した。
得られた透明な板の端面を研磨したところ、約1m径の
光導波路部が存在することがわかったため、この断面を
干渉顕微鏡で観察したところ干渉縞を観測でき九。さら
に、一端より光を入射させると、光はマスク間の部分に
形成された約1mの導波路部分を全反射することなしに
屈曲しながら進行することが確認できた。との光導波路
の光損失は780nmのLD光で、0.2 ’5 d 
B/cmであった。
以上のことにより、この透明基板は第2図に示すような
光導波路部分を形成していることがわかる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によって微細パターンを有し
、しかも導光損失の小さな高分子光導波路を得ることが
可能になった。さらに、本発明の高分子光導波路は薄膜
のみならず厚膜を形成することができるため、用途に応
じてその形状と大きさを自由に選ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
jJJ1図および第2図はそれぞれ本発明の実施例によ
る導波路形成工程を示す断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、透明な基体中に、その予備重合状態において光また
    は電子線をパターン状に照射することによつて選択的に
    重合を完結させた部分に屈折率分布を付与してなる光導
    波路を有することを特徴とする高分子光導波路。 2、前記屈折率分布が、光または電子線を照射されず予
    備重合状態にある部分において、高屈折率の重合性成分
    および/または低屈折率の重合性成分の連続的濃度分布
    を形成することによつて付与されたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の高分子光導波路。 3、モノマー組成物Aを予備重合してなる透明な基体層
    に光または電子線を照射することによつて該層内に選択
    的に、表面部のみかないしは底面に達する深さをもちパ
    ターン状に走る実質的に重合を完結した部分を形成する
    工程(1)と、 次いで、該基体層の非照射部から未重合モノマー組成物
    Aの少なくとも一部を除去したのち、該層内に残存する
    モノマー組成物Aを重合させる工程(2)、および/ま
    たは モノマー組成物Aのポリマーより低屈折率のポリマーを
    生ずるモノマー組成物Bを前記非照射部から優先的に該
    基体層内に含浸・拡散させたのちにモノマー類を重合さ
    せる工程(3) を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
JP4485985A 1985-03-08 1985-03-08 高分子光導波路及びその製造方法 Pending JPS61204603A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5291575A (en) * 1991-07-24 1994-03-01 The Furukawa Electric Co., Ltd. Manufacturing method for waveguide-type optical components
JP2013174841A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Keio Gijuku 光導波路、光配線部品および電子機器
JP2017083873A (ja) * 2016-12-28 2017-05-18 学校法人慶應義塾 光導波路、光配線部品および電子機器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5291575A (en) * 1991-07-24 1994-03-01 The Furukawa Electric Co., Ltd. Manufacturing method for waveguide-type optical components
JP2013174841A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Keio Gijuku 光導波路、光配線部品および電子機器
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