JPS6391604A - 有機光導波路およびその製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、有機透明物体中に屈折率分布をもち、しかも
、屈折率差の大きな光導波路およびその製造方法に関す
る。

〔従来の方法〕

光通信や光情報処理分野において利用される光集積回路
の研究は、近年、急速な進歩をとげ、その中でも先導波
路の開発はめざましいものがある。

光導波路はＬｉＮｂＯ３にＴｉを拡散させた無機結晶や
イオン交換によるガラスなどの他に、高分子光導波路が
ある。高分子光導波路の利点は製造が容易であり、しか
も、自由に導波路パターンを形成できるため、光の簡単
な分岐・結合用導波路として有用性が高い。

高分子先導波路は、モノマを含む高分子薄膜を作製した
後、マスクを用いて紫外線゛で選択的に重合させ、階段
状屈折率分布を形成する方法や、半重合体に異種モノマ
を、内部、あるいは、外部へ選択的に拡散させて屈折率
分布を形成させる方法などがある。これらの方法は導波
路パターンを形成するためにマスクを用いる必要がある
ため、工程が煩雑であること、さらに、前者では屈折率
分布が階段状のものしか形成できないこと、後者は異種
モノマがマスク内に浸入するため、パターン形成が困麗
なことなど種々の問題がある。これらの問題を解決し、
導波路パターンをより自由に形成するため、レーザを照
射して高屈折率の導波路を形成する方法が特開昭４６−
３３４２号公報に提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記従来技術は屈折率変化特性が物質の密度変
化に起因しているため、必然的に屈折率差が小さくなる
。そのため、例えば、光ファイバーとの分岐・結合にお
いて、屈折率差がファイバーと導波路との間で異なり、
光損失が大きくなる６また、先導波路部の屈折率差が小
さい場合、光の分岐・結合の効率が小さいという問題が
あった。

さらに、レーザとして主に紫外線レーザを用いるため、
導波路が光によって劣化しやすいという問題も考えられ
る。

本発明の目的は、導波路パターンを容易にしかも自由に
形成し、屈折率差が大きく、光劣化の小さい有機光導波
路およびその製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、実質的に透明な有機物質にレーザ照射によ
る光導波路形成を行ない、さらに、レーザ照射部に少な
くともレーザのエネルギに応じた組成および／または構
造の変化をおこさせることによって屈折率分布を形成さ
せ、レーザ照射部と非照射部の屈折率の差を５×１０″
″８以上にすることによって達成される。

〔作用〕　　　　・ レーザの照射によって光導波路パターンを形成する時に
生じる屈折率の変化は１重合の進行１重合体連鎖の誘起
交叉結合、熱歪などの物質の密度を変える効果に起因す
ることがほとんどであるが。

本発明は、レーザの照射によって屈折率が高くなるよう
な組成および／または構造の変化を伴うものである。こ
れらの変化はもっばら分子の分極率を高くするものであ
り、有機物の場合、密度の変化よりも分極率の変化の方
が屈折率変化に対する寄与が大きい１本発明の組成およ
び／または構造の変化は、レーザ照射によってのみ選択
的に生じ、しかも長期間安定であることが好ましいため
、例えば、透明な有機物中にドーパントを混入させて、
その変化で屈折率変化をおこさせることはあまり好まし
くない、さらに、紫外レーザ、または、可視レーザに敏
感に反応する組成および／または構造の変化では、長期
間の安定性にやや問題がある。

そのため１本発明は、主に高エネルギの赤外線レーザ照
射によって変化する組成および／または構造に着目する
。

この目的を達成する材料としては種々のものが考えられ
るが、例えば、含金属透明の単量体組成物または樹脂が
ある。この材料は構造中に金属イオンならびにカルボキ
シル基を含むものであり。

高エネルギの赤外線レーザを照射した場合、少なくとも
カルボキシル基（−Ｃ○○Ｈ）がカルボキシル基イオン
（−〇〇〇〇）へ変化することが赤外吸収スペクトルか
ら確認される。この変化は構造的に分子の分極率を大き
くするものであり、屈折率変化に対して大きな寄与をす
る。さらに、この変化はレーザのエネルギパワーに応じ
ておこるため、屈折率分布も同時に形成されることがわ
かった。

本発明で用いる赤外線レーザは種々のものがあるが、そ
のエネルギパワーや取り扱い易さの点からＹＡＧレーザ
が好ましい。この場合のＹＡＧレーザは連続およびパル
スの両方が使える。本発明の有機光導波路は高エネルギ
の赤外線レーザの照射で形成されるため、通常の赤外域
における光通信用光源である半導体レーザでは容易に劣
化しない。

本発明ではレーザ照射によって生じる組成および／また
は構造の変化が最も容易におこるものとして、含金属透
明材料ならびにＹＡＧレーザをあげたが、これによって
本発明を特に限定するものではない。紫外および可視レ
ーザで分子の分極率を上げることができる組成および／
または構造の変化を期待できる材料があれば、本発明の
効果とは原理的に同一のものである。なお、本発明では
、単に１分子の分極率を上げるような組成および／また
は構造の変化だけではなく、密度の変化が同時におこっ
ても良い。そうすれば、光導波路部の屈折率差がより大
きくなる。

本発明の先導波路の屈折率差は光の分岐・結合効率から
考慮して０．５　Ｘ　ｉ　Ｏ−８以上であることが望ま
しく、それ未満では有機光導波路としての利用価値は極
めて薄い。

本発明の製造方法の概略を述べると、透明な有機単量体
組成物、または、半重合体をガラスや透明プラスチック
などの基板の上に塗布するか、あるいは、そのままで、
一定のパターンに沿ってレーザを照射させた後、そのも
のを加熱することによってレーザ未照射部分の重合を進
める。このようにして、レーザ照射部分に屈折率分布を
形成する。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例および図により説明する。

〈実施例〉・・・含金属透明の単量体組成物の合成法ア
クリル酸０．１５０モル、ケイ皮酸０．３５２モルをベ
ンゼン６０ｍｆｌに均一に溶解し、バリウムエチレート
（Ｂ　ａ　（ＯＣ２Ｈ３）２）　０　、０４２４モルを
加えて反応を行なわせた。この溶液からベンゼンとメチ
ルアルコールを減圧下で除いた後、この組成物５０重量
部にクロルスチレン５０重量部を加えて無色透明の単量
体組成物を得る。

〈実施例２〉・・・レーザ照射 第１図はレーザ照射の基本光学系の構成と光導波路の製
造方法を示す図である。

パルス発振、または、連続発振のＹＡＧレーザ１より照
射した波長１．０６μｍの赤外レーザ光をミラー２で反
射させた後、レンズ３により焦光させた。その焦点の内
側、または、外側に、実施例１で得られた単量体組成物
４を一定の厚さのスペーサシート５で挾んだガラス板中
６に注入した試料を置き、レーザ光を重量に照射しなが
ら導波路パターンに沿って一定速度で移動させる。その
後、レーザが照射されていない未重合部分を６０℃四時
間、９０℃三時間で熱重合させた。この時、レーザ照射
部と非照射部の屈折率の差はマツハツエンダ−干渉計に
よってｗ１測した。

第２図に膜厚５０μｍの試料を用い、パルス発振のＹＡ
Ｇレーザ（パルス幅３ｍ秒、エネルギ４Ｊ／パルス、パ
ルス回数１００回、パルス間隔２　Ｈｚアウトホーカス
１０ｍｍ）で２０μｍ／秒の速度で移動しながら照射し
た後、熱重合して得た光導波路の断面における屈折率差
の測定結果を示す、この導波路は屈折率分布を有してお
り、屈折率差は０．０３である。また、Ｈｅ−Ｎ　ｅレ
ーザを集光し、この先導波路を伝送させた結果、光損失
は０．４ｄＢ／ｃｍであった。

〈実施例３〉 実施例２で得た光導波路のレーザ照射部と非照射部の赤
外分光分析を日立製作新製２６０−５０型赤外分光光度
計によって行なった。第３図はレーザ非照射部の赤外吸
収スペクトル７と照射部の赤外吸収スペクトル８である
。第３図に示すように、レーザ照射部ではレーザ非照射
部に存在していた１６８０ｃｍ−”に現われるカルボキ
シル基（−ＣＯＯＩ＋）の　Ｃ＝ｏによる吸収が得失し
ており、レーザ照射によりカルボキシル基イオン（−Ｃ
ＯＯＨθ）になっている。このように、レーザ照射部と
非照射部では明らかに構造が異なっていた。

〈実施例４〉 実施例１で得られた単量体組成物を膜厚１０μｍの試料
とし、パルス発振のＹＡＧレーザ（パルス幅３ｍ秒、エ
ネルギ３Ｊ／パルス、パルス回数１５０回、パルス間隔
２Ｈｚ、アウトホーカス５ｍｍ）を用いて実施例２と同
様の方法で２０μｍ／秒の速度で移動しながら照射した
。その後、熱重合して得た光導波路の断面における屈折
率差の測定結果を第４図に示す、この導波路は屈折分布
を有しており屈折率差は０．０２８　である、また、Ｈ
ｅ　−Ｎ　ｅレーザを集光し、この光導波路を伝送させ
た結果、光損失は０．３ｄＢ／ａｍであった。

〈実施例５〉 実施例１で得られた単量体組成物１００重量部に重合開
始剤としてシミリスチルパーオキシジカーボネート０．
２　重量部を均一に混合した後、シリコール離型した３
０Ｘ７０ｍｍのガラス板及び外径１ｍｍのテフロンチュ
ーブから成る鋳型の中に流し込み、６０℃三時間で硬化
した。その後、鋳型からとりはずし、半重合状態の透明
な板を得た。

この透明な板にパルス発振のＹＡＧレーザ（パルス幅３
ｍ秒、エネルギ８Ｊ／パルス、パルス回数１５０回、パ
ルス間隔２　Ｈｚ　、アウトホーカス５１＋１１１）を
用いて２０μｍ／秒の速度で実施例２と同様に照射した
。その後、透明板の上・下に、実施例１で得られた単量
体組成物を塗布し６０℃二時間、８０℃三時間で重合を
進めて光導波路を得た。この光導波路の屈折率差は０．
０１１　　である。

また、Ｈｅ−Ｎｅレーザを焦光し、この先導波路を伝送
させた結果、光損失は０．４ｄＢ／ａｍであった。なお
、実施例３と同様に、レーザ照射と非照射部の赤外分光
分析を行なったところ、レーザ照射部ではカルボキシル
基（−ＣＯＯＨ）による１６８０ｃｍ″″五の吸収が消
失していた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、導波路パターンを容易にしかも自由に
形成でき、屈折率差が５Ｘ１０”−３以上と従来のレー
ザ照射の方法による光導波路よりも屈折率差の大きな有
機光導波路が得られる。そのため、光ファイバなどとの
分岐・結合がより容易になり、光通信や光情報処理分野
の光学部品として有用性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザ照射の基本光学系の
構成と光導波路の製造方法を示す図、第２図は実施例２
に従って得た有機光導波路の断面における屈折率差を示
す図、第３図はレーザ非照射部とレーザ照射部の赤外吸
収スペクトルを示す図、第４図は実施例４に従って有機
光導波路の断面における屈折率差を示す図である。 １・・・ＹＡＧレーザ、２・・・ミラー、３・・・レン
ズ、４・・・単量体組成物、５・・・スペーサシート、
６・・・ガラス板、７・・・レーザ非照射部の赤外吸収
スペクトル、ギ　１　日 茅　２　固 仮　　１　　（筑琶） ＄３　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実質的に透明な有機物質にレーザを照射することに
   よつて選択的な屈折率の変化をつけるにあたり、前記レ
   ーザの照射部に少なくとも前記レーザのエネルギに応じ
   た組成および／または構造の変化をおこさせて屈折率分
   布を形成させ、前記レーザの照射部と非照射部の屈折率
   の差を５×１０＾−＾３以上にしたことを特徴とする有
   機光導波路。 ２、前記レーザがＹＡＧレーザであることを特徴とする
   特許請求の範囲の第１項記載の有機光導波路。 ３、実質的に透明な有機物質が少なくとも金属イオンな
   らびにカルボキシル基を含む単量体組成物および／また
   は重合体であることを特徴とする特許請求の範囲の第１
   項記載の有機光導波路。 ４、レーザ照射部に生じるレーザのエネルギに応じた組
   成および／または構造の変化が少なくともカルボキシル
   基（−ＣＯＯＨ）のカルボキシル基イオン（−ＣＯＯ＾
   ■）への変化であることを特徴とする特許請求の範囲の
   第１項記載の有機光導波路。 ５、実質的に透明な有機単量体組成物または半重合体に
   一定のパターンに沿つてレーザを照射させた後、未照射
   部分を加熱下で、重合を進めさせることによつてレーザ
   照射部分に屈折率分布を形成することを特徴とする有機
   光導波路の製造方法。