KR100832678B1 - 최적화된 다중층 광 도파로 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 단일-모드 광 도파로는 리소그래피식으로 형성되며 전파 손실이 낮은 고분자 재료를 사용한다. 본 발명의 광 도파로는 기판 (2), 기판 표면 상에 배치되어 있는 굴절율 n_b인 고분자 완충층 (4), 클래딩층의 표면 상에 바로 배치되어 있는 굴절율 n_c인 패턴화된 광-투과성 코어층 (8), 및 코어의 상부 표면, 코어의 측벽, 및 완충층의 노출 부분 상에 있는 굴절율 n_o인 오버클래딩층 (10)을 가지며, 이때 n_b < n_o < n_c이고 Δn = n_c - n_o이다.

단일-모드 도파로, 기판, 고분자 완충층, 패턴화된 광-투과성 코어층, 오버클래딩층

Description

최적화된 다중층 광 도파로 시스템 {Optimized Multi-Layer Optical Waveguiding System}

본 발명은 평면형 또는 "집적식" 광 도파로에 관한 것으로, 상세하게는 유기 및 고분자 재료를 이용하는 리소그래피식으로 형성된 단일-모드 도파로에 관한 것이다.

다중층 광 도파로 구조물은 광섬유 통신 시스템에서 광학 신호를 송달하고 제어하는 집적 광회로를 만드는데 사용된다. 광통신 시스템에서, 메시지는 레이저와 발광 다이오드와 같은 공급원을 사용하여 발생시킨 반송파에 의해 적외선 광학 주파수로 전송된다. 이들은 구리선 또는 양축 케이블을 사용하는 전자 통신 시스템에 비해 여러가지 잇점을 제공하므로 이들 광통신 시스템에 관심이 집중되고 있다. 이 시스템은 크게 증가된 통신 채널의 수 및 전자 시스템보다 훨씬 더 고속으로 메시지를 전송할 수 있는 능력을 갖는다.

본 발명은 광 투과성 광 도파로 장치의 형성에 관한 것이다. 광 도파로의 작동은 투광성인 코어 매질이 더 낮은 굴절율을 갖는 다른 클래딩 매질에 의해 둘러싸이거나 달리 경계를 접하고 있을 때, 코어 매질의 축을 따라 도입된 광이 둘러싸고 있는 클래딩 매질과의 경계에서 고도로 반사되어 광-도파 효과를 나타낸다는 사실에 근거한다.

광회로 또는 광섬유 네트워크를 경유하여 광학 신호를 전달하는 고분자 광 도파로 및 기타 광학 소자를 생산할 수 있다. 광 도파로 장치를 형성하는 방법 중 하나는 표준 포토리소그래피 공정을 적용하는 것이다. 광중합체는 당해 분야에 공지되어 있는 포토리소그래피 기술에 의해 패턴화될 수 있기 때문에 광학용으로 특히 중요하다. 광중합체는 또한 더욱 단순하며, 비용면에서 더욱 효과적인 제조 공정 기회를 제공한다. 리소그래피 공정은 기판 상에 침착된 감광성인 광중합체 함유 층에 패턴을 형성하는데 사용된다. 이 층은 자체적으로 동일 중합체 또는 굴절율이 다른 상이한 중합체 재료로 구성되어 있는 수개의 층으로 이루어져, 코어, 오버클래딩, 및 언더클래딩층 또는 구조물을 형성할 수 있다.

수많은 공지되어 있는 광중합체 중에서, 아크릴레이트 재료가 광학 청정도, 낮은 복굴절, 및 광범위한 모노머의 입수용이성 때문에 광 도파로용으로 적합한 것으로 확인되었다.

평면형 고분자 도파로는 전형적으로 굴절율이 정확하고 손실량이 낮은 광학 물질층을 포함한다. 계단형 및 경사형 굴절율 도파로 구조물은 둘다 당해 분야에 공지되어 있다. 평면형 중합체 및 유리 도파로의 경우, 계단형 구조물은 굴절율이 다른 물질을 연속적으로 코팅시킴으로써 가장 용이하게 만들어진다. 전형적으로, 코어의 굴절율은 오버클래딩의 굴절율 보다 0.5% 내지 2% 더 높다. 이런 굴절율 차 (Δn)의 정도는 평면형 도파로의 성능을 최적화하거나, 평면형 장치로부터 광섬유로 전이될 때 광 모드가 매치되도록 맞춘다.

실제로, 대부분의 평면형 도파로 구조물은 완충층이 실리콘 기판에 도포된 다음, 언더클래드가 상기 완충층에 도포되고, 이어서 코어층이 도포되어 패턴화되어 있으며, 마지막으로 오버클래드가 도포되어 있는 배열을 갖는다. 어떤 경우에는, 완충층이 언더클래드로서 제공될 수 있다.

이들 다중층이 최적화되지 않을 경우, 여러가지 문제가 발생할 수 있다. 이런 문제들로는 기판에 의한 광 흡수로 인한 높은 광 손실; 높은 편광 의존 손실 (PDL) 등이 있는데; 가열할 경우 (튜닝 또는 스위칭을 위하여), 온도가 증가하여 클래딩 및(또는) 기판과 상호작용할 수 있는 코어로부터 적어도 부분적으로 광을 방출시켜 예를 들어, 손실을 일으키거나 PDL을 일으킬 수 있는 여러가지 원치 않는 상호작용을 발생시키는 방식으로 굴절율을 변화시키고; 도파로가 격자를 포함하는 경우, 2차 반사 또는 반사된 신호 파장의 원치않는 확장이 관찰될 수 있다.

도 1은 기판 상에 완충층, 상기 완충층 상에 바로 있는 코어 및 상기 코어의 상부 표면, 코어의 측벽 및 완충층 상의 오버클래딩을 갖는 고분자 도파로의 개략도이다. 측면의 계면 영역은 코어의 측벽과 오버클래딩 사이에 있으며, 상부 계면 영역은 코어의 상부와 클래딩 사이에 있고, 바닥 계면 영역은 코어의 바닥과 완충층 사이에 있다.

도 2는 이상적인 계단형 굴절율 구조를 갖는 도파로의 개략도이다.

도 3은 정상적인 계단형 굴절율 구조를 갖는 선행 기술의 도파로의 개략도이 다.

도 4는 언더클래드, 및 언더클래드에 가이딩 영역을 포함하는 코어 주변의 경사형 굴절율 영역을 갖는 광중합체로부터 제작된, 선행 기술의 도파로의 개략도이다.

도 5는 언더클래드, 언더클래드 중 가이딩 영역, 코어의 측면과 상부에 있는 경사형 굴절율 영역, 및 언더클래드 바로 아래에 굴절율이 낮은 완충재를 갖는 선행 기술의 도파로의 개략도이다.

도 6은 오버클래딩에 부착되어 있는 히터를 갖는 도파로의 단면도이다.

도 7은 도파로에 격자 무늬를 넣은 기판상의 도파로의 평면도이다.

발명의 요약

본 발명은 표면을 형성하는 기판 상에 제작된 단일-모드 광 도파로를 제공하는데, 본 발명의 단일-모드 광 도파로는 표면을 형성하며 굴절율이 n_b인, 기판 표면 상에 배치되어 있는 고분자 완충층을 포함한다. 패턴화된 광-투과성 코어층은 상기 완충층의 표면 상에 바로 배치되어 있으며, 상부 표면과 한쌍의 측벽을 형성하는 상기 패턴화된 광-투과성 코어층의 굴절율은 n_c이다. 오버클래딩층은 상기 코어의 상부 표면, 코어의 한쌍의 측벽, 및 완충층에 배치되어 있으며, 오버클래딩층의 굴절율 n_o은 n_b < n_o < n_c 및 Δn = n_c - n_o이고, 이때 Δn의 값은 광통신 파장에서 단일-모드 도파로를 생성시킨다.

본 발명은 또한 표면을 형성하는 기판 상에 단일-모드 광 도파로를 형성하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 기판 표면 상에 굴절율이 n_b이고 표면을 형성하는 고분자 완충층을 침착시키는 단계를 포함한다. 이어서, 상기 고분자 완충층 표면 상에 중간층 없이 직접 패턴화된 광-투과성 코어층을 침착시키는데, 상기 패턴화된 광-투과성 코어층은 상부 표면과 한쌍의 측벽을 갖는 코어를 형성하며, 패턴화된 광-투과성 코어층의 굴절율은 n_c이다. 이어서, 상기 패턴화된 광-투과성 코어층의 상부 표면, 패턴화된 광-투과성 코어층의 측벽, 및 고분자 완충층의 일부 상에 굴절율이 n_o인 오버클래딩층을 침착시키는데, 이 때 n_o은 n_b < n_o < n_c 및 Δn = n_c - n_o이다.

본 발명은 또한 표면을 형성하는 기판 상에 단일-모드 광 도파로를 형성하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 굴절율이 n_b인 고분자 물질로부터 제조되며, 표면을 형성하는 완충층을 기판 표면에 침착시키는 단계를 포함한다. 이어서, 중간층 없이 상기 완충층의 표면 상에 직접 코어층을 침착시키는데, 상기 코어층은 굴절율이 n_c인 광-투과성 물질로부터 제조된다. 이후, 상부 표면과 한쌍의 측벽을 형성하도록 하고, 완충층의 일부가 노출되도록 하여 코어층을 패턴화한다. 그후에, 오버클래딩층을 상기 코어층의 상부 표면, 코어층의 측벽, 및 완충층의 노출된 부분 상에 침착시키는데, 상기 오버클래딩층의 굴절율 n_o은 n_b < n_o < n_c 및 Δn = n_c - n_o이고, 이때 Δn의 값은 광통신 파장에서 단일-모드 도파로를 생성시킨다.

본 발명은 또한 표면을 형성하는 기판 상에 광 도파로를 형성하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 기판 표면 상에 고분자 완충층을 침착시키는 단계를 포함하며, 상기 고분자 완충층은 표면을 형성하며 굴절율이 n_b이다. 이어서, 중간층 없이 상기 고분자 완충층의 표면 상에 직접 감광성 코어층을 침착시키는데, 상기 감광성 코어층은 상부 표면을 형성하며 굴절율이 n_c이다. 이어서, 광-투과성 코어층을 활성복사선에 화상별 노출시키고 감광성 코어층을 현상하여 감광성 코어층의 비-화상 면은 제거하고 감광성 코어층의 화상 면은 제거되지 않도록 하여, 고분자 완충층 상에 한쌍의 측벽을 갖는 패턴화된 광-투과성 광학 도파로 코어를 형성시키고, 상기 고분자 완충층의 노출된 부분을 부분적으로 드러나게 하고; 그후에 상기 패턴화된 광-투과성 광 도파로 코어의 상부 표면, 상기 패턴화된 광-투과성 광 도파로 코어의 한쌍의 측벽, 및 상기 고분자 완충층의 노출된 부분 상에 오버클래딩층을 침착시키는데, 상기 오버클래딩층의 굴절율 n_o은 n_b < n_o < n_c 및 Δn = n_c - n_o이다.

본 발명은 코어를 비대칭적으로 클래딩시켜 상기 문제점들을 해결하였다. 전형적으로, 클래딩은 코어 주변에 균일하게 형성시킨다. 언더클래드 아래의 클래드 보다 굴절율이 더 낮은 완충재를 가함으로써 상기 언급한 바와 같은 기판에 의한 광 흡수에 기인한 손실 문제를 해결하였다. 본 발명에 따라서, 언더클래드를 제거한다면, 상기 각각의 문제점들이 해결된다. 코어의 굴절율 보다 훨씬 더 낮은 굴절율을 갖는 완충재를 사용함으로써 여러가지 잇점이 제공된다. 완충재는 코어 모드의 미부가 기판내로 연장되는 것을 방지함으로써, 광이 기판으로 누출되는 것 을 방지한다. 완충재는 광이 기판내로 누출되는 것을 방지하여, TM-편광이 TE-편광 보다 현저히 더 크게 손실될 수 있는 편광 의존 손실 (PDL)에 대한 주요 원인을 제거한다. 상기 완충재는 가열하는 경우라도 광선이 기판내로 누출되는 것을 방지하기에 충분히 낮은 굴절율을 갖는다. 언더클래드를 사용하지 않고 실질적으로 광선을 차단하지 않는 완충재를 사용할 경우, 방사 노출에 의해 코어를 패턴화할 때 코어 도파로 아래에 2차 도파로가 형성되는 것을 피할 수 있다. 도파로가 격자를 포함하고 언더클래드가 사용되지 않는 경우, 언더클래딩 중의 도파로에 의한 2차 반사를 피하게 된다. 도파로가 격자를 포함하고 언더클래드가 사용되지 않는 경우, 격자가 도파로에 홀로그래피식으로 인쇄될 때 완충재는 인쇄된 격자를 가질 수 있도록 충분히 광차단하여 클래딩 모드에 결합시킴으로써 광 손실을 피할 수 있다. 이 경우 홀로그래피식으로 인쇄된 것이란 용어는 굴절율을 주기적으로 조절함으로써 도파로를 포함하는 물질의 용적에 생성되는 격자를 의미한다. 상기와 같은 격자는 표면-양각 격자와 대비될 수 있는데, 표면-양각 격자는 도파로의 코어 또는 클래딩의 표면의 지형을 주기적으로 변화시킴으로써 생성되는 것이다. 두 경우 모두 상기 효과는 도파로내 광선의 전파 방향에 따라 유효 굴절율에 주기적인 변화를 생성시킨다.

추가로, 코어의 높이로 인하여, 오버클래드는 전형적으로 굉장히 클 수 있는 범프 (bump)를 갖는다. 이는 중합체의 고분자량 및 점도로 인하여 중합체를 용매 용액으로부터 스핀 주조하여야 만 하는 고분자 도파로에서 발생할 수 있다. 이는 또한 오버클래드를 코어의 상부에 균일한 층으로 화학 증착시키는 실리카 도파로에 서도 발생할 수 있다. 또한, 중합체 또는 유리 도파로 코어를 반응성-이온 에칭시킴으로써 거친 측벽에 의해 야기되는 광의 산란에 기인한 전파 손실을 높일 수 있다. 도파로는 광중합성 광학 재료를 사용하여 제조할 수 있는데, 광중합성 광학 재료는 기판 상에 코팅시킨 다음 경화시킬 수 있다. 전형적으로, 이런 광학 재료는 보정 굴절율을 제공하도록 블렌딩된 모노머 및 올리고머 성분의 혼합물을 포함한다. 혼합물을 블렌딩하여 코어와 클래드간에 Δn을 제공하는데, 이는 전형적으로 0.5 내지 2%이다. 이들 경화 혼합물의 포토리소그래피에 있어서, 계단형 대신 경사형 굴절율을 갖는 가이딩 영역이 언더클래드층에 형성될 수 있다. 또한, 코어의 측면과 상부에 영역이 형성될 수 있는데, 여기서는 계단형 대신 경사형이 발견된다. 코어를 둘러싸고 있는 영역에 경사 굴절율이 형성되는 것은 유사하지 않은 화학 성분의 이동, 특히 코어층으로부터 클래딩층으로 이동하는 모노머 성분의 이동으로 인한 것이다. 코어 바로 아래에 있는 영역에서는, 코어 형성중 모노머가 추가로 반응하여 언더클래딩층 내에 원치 않는 가이딩 영역을 형성시킬 수 있다. 언더클래드 영역의 두께가 코어의 두께와 거의 같을 경우, 언더클래드의 전체 두께를 관통하는 가이딩층이 형성될 수 있다. 극단의 경우, 코어 자체와 마찬가지로 집중적으로 도파할 수 있어 광선이 기판 표면에 도달할 수 있도록 한다. 본 발명의 기판은 통신에 있어서 중요한 광파장에서 흡수하기 때문에, 기판에 도달하는 전파 광선의 일부가 흡수된다. 기판에 의한 광의 흡수로 전파 신호로부터 바람직하지 못한 심한 편광-의존 손실을 야기시킨다. 당해 분야에서는 이런 쟁점들을 해결하고자 하는 시도가 있었다. 어떤 해결책은 두꺼운 언더클래딩층을 사용하여 기판 으로부터 코어를 단리시킴으로써 이런 바람직하지 못한 결과를 피하는 것이다. 이는 목적하는 정도로 상기 문제점을 해결하지만, 실행할 수 없을 정도로 두꺼운 언더클래딩층을 사용하여야 한다. 다른 해결책은 코어의 굴절율 보다 2% 이상 더 낮은 굴절율을 갖는 완충 영역을 사용하는 것인데, 여기서 완충 영역은 언더클래드 아래에 있다. 모노머가 언더클래드를 통하여 심하게 확산되고 완충 영역으로도 약간 확산되더라도, 완충층에서의 도파가 크게 억제되어, 실리콘에 의한 대부분의 광선 흡수가 제거된다. 그러나, 언더클래드는 아직도 광선을 도파할 수 있어 잔류 편광 효과를 갖는 다중모드 도파로를 생성시킬 수 있다.

광학 소자를 리소그래피식으로 형성하는 방법 중 하나는 중합시 도파로 물질을 형성시킬 수 있는 아크릴계 광활성 조성물을 사용한다. 그러나, 이 방법은 최대 작동 온도를 제공하기 위해서 가능한 한 높은 유리 전이 온도를 갖는 중합체를 이용하여야 한다. 다른 방법은 Tg가 100 ℃ 이상인 아크릴류와 같은 광중합성 조성물을 사용하여 도파로를 생성시킨다. 이 방법으로 생성된 도파로는 광 손실이 바람직하지 못할 정도로 높다.

적용 파장에서의 흡수율과 산란 손실이 낮고, 모드 및 숫자 구경 조정에 대해 정확하게 조정가능한 굴절율을 갖는 중합체 물질로부터 광학 소자를 생산하는 것이 바람직하다. 굴절율을 정확하게 조정함으로써 모드와 숫자 구경을 조정할 수 있으며 단면 치수와 숫자 구경 둘다에서 단일-모드 섬유를 매치시키는 단일-모드 도파로를 제작할 수 있도록 한다. 코어와 클래딩 재료가 2종 이상의 혼화성 모노머로 이루어진 경우, 도파로의 각 층에서의 굴절율은 굴절율이 높은 모노머와 굴절 율이 낮은 모노머 한쌍을 선택하여 혼합함으로써 정확하게 맞출 수 있다. 이런 특성을 이용하여 도파로의 모드를 정확하게 조정할 수 있으며 이를 사용하여 단면 치수와 숫자 구경 둘다에서 시판되는 단일-모드 섬유를 매치시키는 대규모 단일-모드 도파로를 제작할 수 있다.

본 발명에서는, 완충층, 코어, 및 오버클래드 만이 기판에 도포되어 있는 평면형 도파로 구조를 형성한다. 완충층은 기판 상에 형성하여 경화시킨다. 코어층은 상기 완충층의 상부에 도포한다. 코어를 도포하여 경화시킬 때, 분자량이 낮고 굴절율이 높은 물질이 확산되어 완충층의 굴절율을 증가시킨다. 완충층을 통하여 경사 굴절율이 형성된다. 이어서 상기 굴절율 경사는 거리를 두고 완충 영역으로 급격하게 떨어진다. 그러나, 코어, 클래딩 및 완충층은 광학 다중모드 거동이 완충 계수의 모든 잠재적 수치에 대해 좌절되도록 선택한다. 또한, 오버클래딩을 도포하는데, 오버클래드는 코어의 측면과 상부 모두에 코팅시킨다. 굴절율이 높은 모노머의 유사한 확산이 일어나 코어 주변에 굴절율 경사가 확실하도록 한다. 본 발명에 따라서, 원형-코어 단일-모드 섬유와 매치시키는 개선된 모드로 인하여 명백한 단일-모드 성능이 예외적으로 낮은 결합 손실과 조합될 수 있다.

본 발명에 기재된 성분은 기판의 상부에 3개의 층으로만 형성된다: 굴절율이 n_b인 완충층; 굴절율이 n_c인 코어층; 굴절율이 n_o인 오버클래드층 (이때, n_b < n_o < n_c). 본 발명에서는, 다중층 광자 집적 회로 성분이 상부에 굴절율이 n_o < n_c 인 오버클래드로 둘러싸이고 기저부에 굴절율이 n_b < n_o인 완충재로 둘러싸인, 굴절율이 n_c인 코어와 함께 제작되어, 광 손실과 편광 의존 손실을 낮게 하고, 가열에 따른 광학 전력 강하가 없고, 코어 도파로 아래에 2차 도파로가 없으며; 용적 격자 존재시 2차 반사가 없고 클래딩 모드 손실이 없도록 (또는 매우 낮게) 할 수 있다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 단일-모드 광 도파로 및 광 도파로를 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 도파로는 기판 (2); 기판 (2) 표면 상의 고분자 완충층 (4); 완충층 (4)의 표면에 바로 있는 광-투과성 단일-모드 고분자 코어 (8)의 패턴; 및 상기 코어 (8)의 상부 표면 및 코어 (8)의 측벽 (9) 및 완충층 (4)의 일부 상의 고분자 오버클래딩층 (10)을 포함한다. 본 발명의 중요한 특징은 코어 (8)의 굴절율 n_c가 오버클래딩층의 굴절율 n_o 보다 더 크고, 또한 n_o가 완충층의 굴절율 n_b 보다 더 크다는 것, 즉, n_b < n_o < n_c 이고 Δn = n_c - n_o인 것이다. 통상적으로 n_c와 완충층의 굴절율 n_b의 차는 Δn의 약 1.5배 이상이다.

도 1을 언급하면, 본 발명에 따르는 도파로의 개략도가 제시되어 있다. 고분자 완충층 (4)을 먼저 기판 (2)의 표면 상에 침착시킨다. 기판 (2)는 규소, 산화 규소, 비소화 갈륨, 질화 규소, 유리, 석영, 플라스틱, 세라믹, 결정성 물질 등과 같은 재료를 포함하여, 도파로를 만드는데 바람직한 물질일 수 있다. 기판 (2)은 지형적 특징, 예를 들면 홈 또는 전기 회로 또는 전자-광학 소자, 예를 들면 레 이저 다이오드를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.

본 발명의 기판 (2)은 통신에서 중요한 광 파장에서 흡수할 수 있기 때문에, 기판 (2)에 도달하는 전파 광의 일부가 흡수된다. 기판 (2)에 의해 광이 흡수되면 전파 신호로부터 광학 전력의 바람직하지 못한 편광-의존 손실이 일어난다. 중간 완충층 (4)의 목적은 기판 (2) 내로의 광 침투를 제한하고 상당량의 광이 기판 (2)에 도달하는 것을 방지하는 것이다. 경우에 따라 상기 완충층에 대한 기능을 위하여 이의 굴절율을 코어 (8)의 굴절율 보다 훨씬 낮도록 할 필요가 있다. 고분자 완충층 (4)은 당해 분야에 공지된 수많은 상이한 방법으로, 예를 들어, 스핀 코팅, 딥 코팅, 슬롯 코팅, 롤러 코팅, 닥터 블레이딩, 액체 주조법 등으로 도포할 수 있다. 완충층 (4)은 광중합성 화합물, 예를 들어 아크릴레이트 화합물을 포함할 수 있다. 유용한 아크릴레이트 화합물은 후술하는 바와 같다. 일단 광중합성 물질 층을 기판 (2)의 표면에 침착시킨 후, 활성복사선에 전면 노출시켜 적어도 부분적으로 중합시킨다. 통상적으로 완충층 (4)의 두께는 약 3 μ 내지 약 500 μ이다. 약 5 μ 내지 약 100 μ의 두께가 적합하며 약 10 내지 약 30 μ의 두께가 특히 적합하다.

후속해서 도포되는 중합체층 간의 접착성을 향상시키고 어떤 경우에 있어서 계면에서의 굴절율 경사를 조정하기 위해서, 상기 완충층 (4)을 포함하는, 먼저 도포된 층을 실질적으로 경화되지 않은 상태로 그대로 방치시켜 모노머의 침투와 층간 공유결합의 형성을 촉진시킬 수 있다.

완충층 (4)을 침착시키고 부분적으로 중합시킨 후, 코어 (8)를 완충층 (4)의 표면 상에 형성시킨다. 한 실시양태에서, 광-투과성이고, 단일-모드 감광성 코어층을 완충층 (4)의 표면 상에 침착시킴으로써 코어 (8)를 형성시킨다. 코어 광중합성 조성물 층은 공지되어 있는 기술, 예를 들면 스핀 코팅, 딥 코팅, 슬롯 코팅, 롤러 코팅, 닥터 블레이딩, 액체 주조법 등을 사용하여 침착시킨다. 이어서 감광성 코어층을 활성복사선에 화상별 노출시키고 현상하여, 코어층의 비-화상 면은 제거하고 코어층의 화상 면은 제거하지 않는다. 이 공정은 이후 상세하게 기술된다. 상기 층을 현상시킨 후, 패턴화된 광-투과성 코어 (8)가 완충층 (4) 상에 형성되며 완충층 (4)의 일부는 부분적으로 드러나게 된다. 이런 제조 단계에서 코어 (8)의 구조를 통상적으로 스탠딩 리브 (standing rib)으로 기재한다.

본 발명의 다른 실시양태에서, 광-투과성 고분자 코어층 물질의 패턴을 완충층 (4)의 표면 상에 침착시켜 코어층 (8)을 형성시킨다. 코어 패턴은 숙지되어 있는 패턴 침착 부가 기술 또는 반응성-이온-에칭법과 같은 다른 감법 기술 (substractive techniques)을 사용하여 생성시킬 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 코어 (8)는 단면 높이와 거의 대등한 단면 폭을 갖는다. 통상적으로 코어층 (8)의 단면 폭과 높이는 각각 약 2 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위이며 더욱 적합하게는 약 5.5 ㎛ 내지 약 8 ㎛ 범위이다. 또한, 코어 (8)의 폭이 코어 높이의 약 2배 이하이고, 높이가 폭의 약 2배 이하인 것이 통상적이다. 추가로, 통상적으로 코어 (8)는 각각의 폭과 높이에서 단일-모드이고 높이와 폭이 대략 같다. 통상의 도파로 크기는 서로 대등하고 둘다 약 2 ㎛, 약 4 ㎛, 약 5 ㎛, 약 6 ㎛, 약 7 ㎛, 약 8 ㎛, 약 9 ㎛, 또는 약 10 ㎛일 수 있는 높이와 폭을 갖는 코어를 포함한다. 또한, 코어의 폭이 코어의 높이의 약 2배 이하이고, 높이가 폭의 약 2배 이하인 것이 통상적이다. 표준 단일-모드 유리 섬유, 예를 들어, SMF-28 (Corning Incorporated에 의해 판매)로의 결합 손실을 최소화하기 위하여, 단면 치수가 6 x 6 미크론 내지 8 x 8 미크론인 코어를 사용할 수 있다. 코어가 Δn의 수치와 함께 도파로가 약 1300 ㎚ 이상, 바람직하게는 약 1520 ㎚ 이상인 모든 광통신 파장에 대해 단일-모드이도록 선택되는, 코어의 단면 폭과 단면 높이를 갖는 것이 바람직하다. 코어층 (8)에 대한 재료로는 중합성 아크릴레이트 물질로 이후 상세하게 설명된다.

코어 (8)를 형성시킨 후, 오버클래딩층 (10)을 코어 (8)의 상부 표면, 코어 (8)의 측벽 (9) 및 완충층 (4)의 드러난 부분 상에 침착시킨다. 광중합성 오버클래딩층 (10)은 또한 상기 언급한 기술을 통하여 도포한 다음 활성복사선에 전면 노출시킬 수 있다. 오버클래딩층 (10)은 코어 (8)에서 가해진 광을 보존할 수 있는 물질일 수 있으며 이후 상세하게 설명되는 중합성 아크릴레이트 화합물을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 오버클래딩층 (10)은 통상적으로 코어 (8)의 상부로부터 측정된 약 3 내지 약 30 미크론, 더욱 통상적으로는 약 5 내지 약 20 미크론, 더욱 적합하게는 약 8 내지 15 미크론의 두께를 갖는다.

도파로는 각 층에 대해 목적하는 굴절율을 제공하도록 블렌딩된 모노머 및 올리고머 성분의 혼합물을 포함하는 광중합성 광학 재료를 사용하여 형성된다. 각 층에 대한 특정의 굴절율은 도파로의 성능에 상당한 영향을 준다. 코어 (8), 완충층 (4) 및 오버클래딩층 (10) 각각에 사용하기 위한 광중합성 화합물을 선택할 경 우, 코어 (8)의 굴절율 n_c는 오버클래딩층의 굴절율 n_o 보다 더 크며 이때 Δn = n _c - n_o이고, n_c와 완충층의 굴절율 n_b 간의 차는 Δn의 약 1.5배 이상인 것이 중요하다. 더욱 통상적으로는, n_c와 n_b 간의 차가 Δn의 약 2배 이상이다. 가장 적합하게는, n_c와 n_b간의 차가 Δn의 약 3배 이상이다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, Δn의 범위는 약 0.0031 내지 약 0.079이다.

본 발명의 통상적인 용도에서, 생산된 도파로 구조는 단일-모드이다. 도파로가 단일-모드가 확실하도록 도파로의 물리적 단면 크기와 형태간의 특정 관계 및 Δn 값을 유지하는 것이 필요하다. 일반적으로 도파로의 치수를 고정된 상태로 유지할 경우, 도파로가 단일-모드이어야 한다면 Δn가 최대 (컷오프; cutoff)치를 초과할 수 없다. 마찬가지로, Δn의 수치가 고정된 상태로 유지될 경우, 도파로가 단일-모드이어야 한다면, 도파로에 대한 최대 단면 치수를 초과할 수 없다. 일례로, 하기 표는 사각형 단면을 갖는 도파로의 통상의 경우에 대한 크기와 최대 허용되는 Δn의 값간의 관계를 제시한 것이다. 마지막으로, 도파로의 결합 효율을 최대화하고 굴곡 시의 광 전파 손실을 최소화하기 위해서, 일반적으로 컷오프 수치와 대략적으로 대등하지만 이를 초과하지 않는 Δn의 값을 사용하는 것이 바람직하다.

도파로 코어 치수 (㎛)	파장=1.55 μ인 경우 Δn의 컷오프 값
2 x 2	0.079
4 x 4	0.019
6 x 6	0.0086
7 x 7	0.0064
8 x 8	0.0049
10 x 10	0.0031

일반적으로, 코어 (8)의 굴절율 n_c의 범위는 약 1.33 내지 약 1.7이거나, 더욱 통상적으로는 약 1.4 내지 약 1.55이다. 일반적으로, 오버클래딩의 굴절율 n_o의 범위는 약 1.3 내지 약 1.65이거나, 더욱 통상적으로는 약 1.35 내지 약 1.55이다. 굴절율 n_b가 코어 물질과 오버클래딩층의 굴절율 보다 더 작도록 완충층 (4)을 형성시키는 화합물을 선택하는 것이 중요하다. 통상적으로, 완충층 (4)의 굴절율의 범위는 약 1.3 내지 약 1.55이거나, 더욱 적합하게는 약 1.3 내지 약 1.4이다. 이들 굴절율의 측정치는 1550 ㎚에서 측정한 것이다.

이들 혼합물의 포토리소그래피에 있어서, 코어 (8)의 모노머 성분의 경우 완충층 (4)으로 이동하여, 코어 (8)의 바닥 (11)과 완충층 (4) 사이에 굴절율이 n_f인 바닥 계면 영역 (14), 및 코어 (8)의 측벽 (9)과 오버클래딩층 (10) 사이에 굴절율이 n_s인 측면 계면 영역 (12)을 형성하는 것이 일반적이다. 이들 계면 영역 (12)와 (14)는 도 1에서 확인할 수 있다. 이들 계면 영역 (12)와 (14)는 계단형이라기 보다는 경사형 굴절율을 갖는다. 계면 영역 (12)와 (14)는 코어 (8), 오버클래딩 (10) 및 완충층 (4)의 모노머가 이들 각각의 영역으로부터 확산되어 이들 경계면에서 서로 혼합될 수 있기 때문에 형성된다. 이후에, 코어로서 활성복사선에 노출시킴으로써 오버클래드가 경화되고 이들 혼합 영역이 영구적으로 고정된다. 코어 (8), 오버클래딩 (10) 및 완충층 (4) 모노머 간의 확산 정도는 완충층 (4), 오버클 래딩 (10) 및 코어 (8)의 경화 정도, 사용되는 모노머의 온도와 확산성, 및 최종 단계에서 완전 도파로 구조물이 단단하게 경화되기 전에 미경화되거나 부분적으로 경화된 층 간의 접촉 시간에 좌우된다. 모노머 간의 확산은 코어 (8)의 기저부와 측면에서 최대인데, 이들 영역은 전형적으로 중간 제조 단계 중 경화가 덜 되었기 때문이다. 이런 낮은 경화도는 코어-완충층 계면의 경우 코어 (8)와 완충층 (4) 사이의 결합을 증진시키고자 하기 때문에 야기되며, 코어의 측면의 경우 마스크-기초 리소그래피시 회절 효과 또는 레이저 직접 묘화 제작 기술의 경우 빔 프로파일 강도 변화에 의해 야기되는 에지에서의 경화 선량의 감소로 인해 야기된다.

도 2에는, 이상적인 성능을 갖는 이상적인 도파로가 제시되어 있다. 이상적으로는, 광선이 이상적인 코어 (16)을 통하여 코어 성분의 확산 없이 둘러싸고 있는 이상적인 오버클래딩 (18) 내로 투과되고 기판 (2)으로는 광선이 전혀 흡수되지 않는다. 그러나, 실제로, 통상의 선행 기술의 도파로는 오버클래딩 (24)이 코어 (22)의 높이로 인하여 범프를 갖는, 도 3에 나타낸 것과 더욱 유사하다. 상기 범프는 바람직하지 못하며 불이익하다. 도 4-5는 또한 유익하지 못한 선행 기술의 도파로를 나타낸 것이다. 도 4는 굴절율이 높은 가이딩 영역 (32)이 언더클래딩 (28)에 형성되어 있는 도파로를 나타낸 것이다. 가이딩 영역 (32)은 언더클래딩을 통하여 기판 (2)으로 연장되어 있는데, 여기서는 상당량의 광선이 누출되어 흡수될 수 있다. 도 5는 가이딩 영역 (32)이 기판에 도달하는 것을 방지하기 위하여 언더클래드 (28) 아래에 굴절율이 낮은 완충층 (34)을 갖는 도파로를 나타낸 것이다. 가이딩 광선이 코어 (26)의 아래에 있는 가이딩 영역 (32)으로 누출되기 때문에, 이런 유형의 도파로는 도파로에 대한 모드의 형태와 통상의 섬유에 대한 모드 형태간의 매치가 불량하여 결합 손실이 높다. 본 발명은 언더클래딩층을 제거하고 본 명세서에 기재된 바와 같은 굴절율을 갖는 완충층을 사용함으로써 이런 선행 기술의 문제점을 감소시키고, 이들 가이딩 영역에 의해 야기되는 손실을 제한한다.

일반적으로, 측면 계면 (12)의 굴절율 n_s는 바닥 계면 (14)의 굴절율 n_f와 거의 동일하다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, n_s가 경사 굴절율로 이는 코어의 측벽 (9)과 가장 가까운 측면 계면 영역 부분에서의 대략적인 n_c로부터 오버클래딩 (10)과 가장 가까운 측면 계면 영역 (12) 부분에서의 대략적인 n_o 까지 감소된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, n_f가 경사 굴절율로 이는 코어 (8)의 바닥 (11)과 가장 가까운 바닥 계면 영역 (14) 부분에서의 대략적인 n_c로부터 완충층 (4)과 가장 가까운 바닥 계면 영역 (14) 부분에서의 대략적인 n_b 까지 감소된다. 경사 굴절율 n_s는 경사 굴절율 n_f와 대략 동일한 것, 즉, 거의 매치되는 것이 또한 바람직하다. 이는 중간 횡단된 단위 길이 당 굴절율 변화와 동일한 출발 및 종결 수치를 의미한다.

완충층 (4), 오버클래딩층 (10) 및 코어층 (8) 각각을 형성시키는데 사용되는 조성물은 각각 광중합성 화합물과 광개시제를 포함할 수 있다. 광중합성 화합물은 모노머, 올리고머 또는 중합체일 수 있으며 이는 부가 중합성, 비기체상 (통상의 대기압에서 비점이 30 ℃ 이상)의, 말단 에틸렌계 불포화기를 1개 이상 함유 하는 에틸렌계 불포화 화합물이고, 자유 라디칼 개시된, 연쇄 부가 중합에 의해 고분자량 중합체를 형성할 수 있다. 상기와 같은 화합물은 당해 분야에 공지되어 있다. 이들은 형성된 중합 요소가 상기한 바와 같은 바람직한 굴절율을 갖도록 선택한다. 특정하게 선택된 중합 조성물에 대한 굴절율의 측정은 당해 분야의 숙련인에 의해 용이하게 수행될 수 있다.

다관능성 아크릴레이트 모노머가 적합하다. 다관능성 아크릴레이트의 일반적인 구조는 하기 제시된 바와 같다:

코어의 경우, m의 범위는 1 내지 약 6이고; R₂는 H 또는 CH₃이며, R₁은 지방족, 방향족 또는 지방족과 방향족 혼합된 유기 분자 절편의 연결이다. 적합하게는 R₁이 알킬렌, 알킬렌 옥사이드, 아릴렌 옥사이드, 지방족 폴리에테르 또는 폴리에스테르 잔기이고 R₂가 바람직하게는 H이다. 필름의 용매 내성과 고대비 포토리소그래피술을 확실히 하기 위해서는, 가교결합된 중합체가 적합하며, 따라서 다관능성 아크릴레이트 모노머 (m ≥2)가 적합하다. 가요성이고, 유리 전이 온도 (Tg)가 낮은 중합체를 사용하여 최종 도파로 장치의 응력 유발된 산란 광학 손실을 감소시키는 것이 또한 바람직하다. 가교결합된 중합체의 유리 전이 온도 (Tg)가 가교결합 밀 도 및 가교결합점 사이의 연결 구조에 좌우된다는 것은 당해 분야에 공지되어 있다. 또한, 낮은 가교결합 밀도와 가요성 연결부는 둘다 낮은 Tg를 필요로 하는 것으로 공지되어 있다. 낮은 가교결합 밀도를 위해서는, 1≤m≤3, 이상적으로는 m=2인 모노머, 및 2개의 에틸렌계 불포화 관능기 사이에 긴 연결 절편이 유용하다. 본 발명의 경우, 긴 연결 절편은 평균 분자쇄 길이가 탄소원자수 약 4 이상이거나 적합하게는 6 이상인 것이다. 적합한 가요성 연결 구조는 탄소원자수가 약 3을 넘는 사슬 길이를 가진 알킬렌, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(프로필렌 옥사이드), 에톡실화 비스페놀 A, 폴리에테르, 티오에티르, 지방족 및 방향족 탄화수소, 에테르, 에스테르 및 폴리실록산 등이다. 이들은 중합성 화합물의 광중합 능력을 손상시키지 않거나 당해 광 파장, 예를 들어 통신용 파장인 1.31 및 1.55 미크론에서 과도한 손실을 부가하지 않는 펜단트기로 임의로 대체될 수 이다. 적합한 치환체로는 비제한적으로 알킬, 아릴, 알콕시 및 술폭사이드기 등이 있다. 열분해 및 변색에 대한 내성을 높게 하기 위하여, 열안정성인 분자 구조의 R₁이 적합하다. 상기와 같은 R₁ 절편은 열적으로 민감한 잔기, 예를 들어 방향족 우레탄 및 아미드기가 없어야 한다. 낮은 복굴절을 위해서는, 응력 광학 계수와 광학 편광성이 낮은 R₁ 연결이 통상적이다.

오버클래딩층의 경우, 아크릴레이트가 또한 상기한 바와 같지만, 에틸렌계 불포화 관능기 사이의 평균 분자쇄 길이가 탄소원자수 약 6 이상일 수 있으며, 통상적으로는 8 이상, 더욱 적합하게는 12 이상이다. 적합한 가요성 연결 구조로는 탄소원자수가 6을 넘는 사슬 길이를 가진 알킬렌, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(프로필렌 옥사이드) 및 에톡실화 비스페놀 A가 있다.

본 발명의 실시양태에서, 완충층 (4), 코어층 (8) 및 오버클래딩층 (10) 각각에 대한 재료로는 아크릴산 및 탄소원자수 2 내지 30의 방향족 및 지방족 폴리올의 중합성 에스테르와 부분적인 에스테르가 있다. 폴리옥시알킬렌 글리콜의 부분적인 에스테르와 에스테르가 또한 적합하다. 예로는 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 평균 분자량의 범위가 200 내지 2000인 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 프로필렌 글리콜 디아클릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, (C₂ 내지 C₄₀) 알칸 디올 아크릴레이트, 예를 들면 헥산디올 디아크릴레이트 및 부탄디올 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 평균 분자량의 범위가 500 내지 1500인 에톡실화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 트리펜타에리트리톨 옥타아크릴레이트, 솔비톨 트리아크릴레이트, 솔비톨 테트라아크릴레이트, 솔비톨 펜타아크릴레이트, 솔비톨 헥사아크릴레이트, 올리고에스테르 아크릴레이트, 글리세롤 디- 및 및 트리 아크릴레이트, 1,4-시클로헥산 디아크릴레이트, 평균 분자량의 범위가 100 내지 1500인 폴리에틸렌 글리콜의 비스아크릴레이트, 및 상기 화합물의 혼합물이 있다. 다관능성 아크릴레이트 올리고머로는, 비제한적으로, 아크릴화 에폭시, 아크릴화 폴리우레탄 및 아크릴화 폴리에스테르가 있다. 광중합성 화합물로는 아릴 아크릴레이트가 있다. 그러한 아릴 아크릴레이트 모노머의 예로는 아릴 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트 및 테트라아크릴레이트가 있으며, 예를 들어, 벤젠, 나프탈렌, 비스페놀 A, 비페닐렌, 메탄 비페닐렌, 트리플루오로메탄 비페닐렌, 페녹시페닐렌 등을 기본으로 하는 디, 트리 및 테트라아크릴레이트가 있다. 아릴 아크릴레이트 모노머는 다관능성 아릴 아크릴레이트일 수 있으며 더욱 통상적으로 아릴 아크릴레이트 모노머는 비스페놀-A 구조를 기본으로 하는 디, 트리 및 테트라 아크릴레이트이다. 통상의 아릴 아크릴레이트 모노머는 알콕실화 비스페놀-A 디아크릴레이트, 예를 들면 에톡실화 비스페놀-A-디-아크릴레이트, 프로폭실화 비스페놀 A 디아크릴레이트 및 에톡실화 헥사플루오로 비스페놀-A 디아크릴레이트이다. 선택되는 아릴 아크릴레이트 모노머는 에톡실화 비스페놀-A 디아크릴레이트이다. 바람직한 중합성 성분은 하기 화학식 I의 모노머이다:

하나의 실시양태에서, 코어의 경우, n은 약 10 이하이고, 통상적으로 약 4 이하이며 더욱 적합하게는 약 2 이하이다. 한 실시양태에서, 클래딩층의 경우, n 은 약 2 이상이고, 통상적으로 약 4 이상이며 더욱 적합하게는 약 10 이상이다. 또한 당해 분야에 공지되어 있는 아크릴레이트 함유 공중합체가 유용하다. 또다른 실시양태에서, 클래딩층은 중합성 성분을 포함하는데 이는 상기 나타낸 화학식 I의 에톡실화 비스페놀-A 디아크릴레이트 구조를 가지며, 이때 1 ≤ n ≤ 20, 통상적으로 4 ≤ n ≤ 15, 더욱 적합하게는 8 ≤ n ≤ 12이다.

중합성 조성물은 다관능성 플루오르화 (메트)아크릴레이트, 특히 다음 구조식을 기본으로 하는 것일 수 있다:

[여기서, Y는 H 또는 D; X는 H, D, F, Cl 또는 CH₃이고 a는 2 내지 4의 정수]

R은

, 또는

, 또는

R_f는

, 또는

, 또는

[여기서, k, m, n 및 p는 정수임]

이들 물질들은 1550 ㎚에서 0.17 dB/㎝ 정도로 작은 전파 손실을 갖는 도파로를 형성한다. 이들 물질들의 유리 전이 온도 (Tg)는 열광학 소자의 작동 온도 이하가 되도록 용이하게 선택될 수 있다. 이들 물질들의 낮은 Tg는 복굴절이 격자 보조된 측정에 의해 무시할 정도이고, 굴절율의 온도 파생치의 값이 높은 것으로 밝혀졌는데, 이는 광스위치 및 조정가능한 격자와 같이 전력 효율적인 열-광학 소자의 제조를 가능하게 한다. 유용한 플루오르화 (메트)아크릴레이트의 예로는 하기 나타낸 반응에 따라서 폴리올로부터 제조되는 테트라아크릴레이트 F60TA (Fluorolink ?T; 이탈리아 밀란 소재의 Ausimont S.p.A.에서 시판)이 있다:

다른 다관능성 아크릴레이트로는 C6DIACRY (네덜란드 아머스푸트 소재의 Akzo Chemicals B.V.에서 시판):

CH₂=CHCO₂CH₂(CF)₄CH₂O₂CCH=CH₂ ;

L-12043 (미네소타주, 세인트 폴 소재의 3M Company에서 시판):

CH₂=CHCO₂CH₂CF(CF₃)O(CF₂)₄O[CF(CF ₃)CF₂O]_pCF(CF₃)CH₂O₂CCH=CH₂;

L-9367 (3M Company에서 시판):

CH₂=CHCO₂CH₂(CF₂CF₂O)_m(CF₂O) _nCF₂CH₂O₂CCH=CH₂ 이 있다.

완충층, 오버클래딩층 및 코어층 각각이 구조적으로 유사한 조성으로 이루어 질 수 있지만, 완충층과 오버클래딩층 각각의 굴절율이 코어층의 굴절율 보다 더 낮게 하기 위해서는, 이들이 각각의 용도에 따라 상이한 화학적 조성을 가져야 한다. 예를 들어, 완충층 조성물은 클래딩층과 유사한 Tg 특성을 갖지만, 동일한 조성을 가질 필요는 없다. 광중합성 물질과 가공 조건은 중합된 완충층의 Tg 범위가 약 60 ℃ 이하, 통상적으로는 약 40 ℃ 이하, 더욱 적합하게는 약 25 ℃ 이하가 되도록 선택한다.

본 발명의 특징은 도파로 코어에 사용할 광중합성 화합물이 중합 후 코어의 유리 전이 온도가 약 80 ℃ 이하, 적합하게는 약 50 ℃ 이하인 코어를 생산하는 것이다. 본 발명의 특징은 도파로 클래딩층에 사용할 광중합성 화합물이 중합 후 유리 전이 온도가 약 60 ℃ 이하, 통상적으로는 약 40 ℃ 이하, 더욱 적합하게는 약 25 ℃ 이하인 클래딩층을 생산하는 것이다. 특정의 Tg는 숙련인들에 의해 중합성 성분을 특징화하여 선택함으로써 용이하게 수득할 수 있다. 이는 중합성 성분의 분자량, 불포화 부분의 수 및 가교결합 밀도와 같은 인자에 좌우된다. 단독 중합된 성분은 그 자체가 요구되는 Tg를 가질 수 있거나, 목적하는 Tg를 갖는 중합성 모노머, 올리고머 및(또는) 중합체의 혼합물을 블렌딩하여 중합성 성분을 만들 수 있다. Tg는 또한 노출 시간과 중합이 수행되는 온도를 변화시켜 조정할 수 있다.

광중합성 화합물은 각각의 전체적인 광중합성 조성물 중에 충분한 활성복사선에 노출시 광중합하기에 충분한 양으로 존재한다. 조성물 중 광중합성 화합물의 양은 광범위하게 변화될 수 있으며 광-투과성 장치의 광-투과성 요소로 사용하기 위한 광중합체 제조용 광중합성 조성물에 통상적으로 사용되는 양을 사용할 수 있 다. 광중합성 화합물의 양은 일반적으로 조성물의 약 35 내지 약 99.9 중량%의 양으로 사용된다. 통상적으로 광중합성 화합물은 전체 조성물 중에 전체 조성물의 중량을 기준으로 하여 약 80 내지 약 99.5 중량%, 더욱 적합하게는 약 95 내지 약 99 중량%의 양으로 존재한다.

각각의 감광성 조성물은 추가로 광분해적으로 자유 라디칼을 발생시키는 자유 라디칼 발생 광개시제를 1종 이상 포함한다. 통상적으로 광개시제는 활성복사선에 의해 활성화되는 자유 라디칼 발생 부가 중합 개시제이며 실온 근처 (예를 들어 약 20 ℃에서 약 80 ℃까지)에서 열적으로 불활성이다. 아크릴레이트를 광중합시키는 것으로 공지된 광개시제를 사용할 수 있다. 광개시제로는 비제한적으로 당해 분야에 공지된 바와 같은 퀴녹살린 화합물; 비시날 폴리케탈도닐 화합물, 알파-카르보닐; 아실로인 에테르; 트리아릴이미다졸릴 다이머; 알파-탄화수소 치환된 방향족 아실로인; 다핵성 퀴논; 및 s-트리아진이 있다.

적합한 광개시제로는 방향족 케톤류, 예를 들면 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 2-에틸안트라퀴논, 페난트라퀴논, 2-tert-부틸안트라퀴논, 1,2-벤즈안트라퀴논, 2,3-벤즈안트라퀴논, 2,3-디클로로나프토퀴논, 벤질 디메틸 케탈 및 기타 방향족 케톤류, 예를 들면 벤조인, 벤조인 에테르류, 예를 들면 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르 및 벤조인 페닐 에테르, 메틸 벤조인, 에틸 벤조인 및 기타 벤조인류가 있다. 광개시제로는 1-히드록시시클로헥실페닐 케톤 (Irgacure? 184), 벤조인, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조페논, 벤조디메틸 케탈 (Irgacure 651), 2,2-디에틸옥시 아세토페논, 2-히 드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온 (Darocur? 1173; 독일 담스타트 소재의 E. Merck로부터 입수 가능); 1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온 (Darocur? 2959), 2-메틸-1-[(4-메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온 (Irgacure? 907), 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온 (Irgacure? 369), 폴리{1-[4-(1-메틸비닐)페닐]-2-히드록시-2-메틸-프로판-1-온} (Escacure KIP), [4-(4-메틸페닐티오)페닐]페닐메타논 (Quantacure? BMS; 영국 런던 소재의 Great Lake Fine Chemicals Limited로부터 입수 가능), 및 디-캄페르퀴논이 있다. 가장 적합한 광개시제는 조사시 황화되지 않는 경향의 것들이다. 그러한 광개시제로는 벤조디메틸 케탈 (Irgacure? 651), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온 (Darocur? 1173), 1-히드록시-시클로헥실-페닐 케톤 (Irgacure? 184), 및 1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-히드록시-2-메틸-프로판-1-온 (Darocur 2959)이다. 플루오로링크 (Fluorolink)?-T 및 C6DIACRYL은 UV 경화용으로 사용할 수 있는 통상의 광개시제와 충분히 혼화될 수 있다. 더욱 고도로 플루오르화된 다관능성 아크릴레이트의 경우, 3M으로부터의 L-12043 및 L-9367과 같은 플루오르화된 광개시제를 사용할 수 있다.

자유 라디칼 발생 광개시제는 각각의 광중합성 조성물 중에 충분한 활성복사선에 노출시 광중합성 화합물의 광중합을 수행하기에 충분한 양으로 존재한다. 광개시제는 일반적으로 전체 조성물의 중량을 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 10 중량%의 양으로, 또는 더욱 통상적으로는 조성물의 총중량을 기준으로 하여 약 0.1 내지 약 6 중량%, 더욱 적합하게는 약 0.5 내지 약 4 중량%의 양으로 존재한다.

감광성 조성물의 목적과 최종 용도에 따라서 가타 첨가제가 또한 감광성 조성물에 부가될 수 있다. 이들의 예로는 용매, 항산화제, 광안정화제, 용적 확장제, 충진재, 예를 들어 실리카, 티타니아, 유리 구면 등 (특히 나노스케일인 경우, 즉, 입자 크기가 약 100 ㎚ 미만일 때), 염료, 자유 라디칼 스캐빈저, 대비 강화제, 니트론 및 UV 흡수체가 있다. 항산화제로는 페놀류, 및 특히 입체 장애 페놀류, 예를 들면 이르가녹스 (Irganox)? 1010 (Ciba-Geigy Corporation, 뉴욕 태리타운 소재); 술파이드류; 유기붕소 화합물; 유기인 화합물; N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신남아미드) (상표명 Irganox? 1098로 Ciba-Geigy로부터 입수 가능)가 있다. 광안정화제 및 더욱 특히 입체 장애 아민 광-안정화제로는 비제한적으로 폴리[(6-모르폴리노-s-트리아진-2,4-디일)[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]-헥사메틸렌 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)] (상표명 "Cyasorb? UV-3346"로, 윌밍턴 델라웨어 소재의 Cytec Industries로부터 입수 가능)가 있다. 용적 확장 화합물로는 베일리 (Bailey's) 모노머로 공지된 나사모양 모노머와 같은 물질이 있다. 염료의 예로는 메틸렌 그린, 메틸렌 블루 등이 있다. 적합한 자유 라디칼 스캐빈저로는 산소, 입체 장애 아민 광-안정화제, 입체 장애 페놀류, 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시 자유 라디칼 (TEMPO) 등이 있다. 적합한 대비 강화제로는 니트론과 같은 기타 자유 라디칼 스캐빈저가 있다. UV 흡수체로는 벤조트리아졸, 히드록시벤조페논 등이 있다. 이들 첨가제는 조성물의 총중량을 기준으로 하여 약 0 내지 약 6%, 통상적으로는 약 0.1 내지 약 1%의 양으로 포함될 수 있다. 전체 조성물의 모든 성분 은 서로와 혼합물인 상태, 가장 적합하게는 실질적으로 균일한 혼합물이다.

일단 코어 감광성 조성물을 완충층 (4) 상에 박막 또는 후막으로 형성시킨 다음, 활성복사선을 상기 막으로 향하게 하여 코어층의 윤곽을 만든다. 즉, 코어의 위치와 치수는 코어층의 표면에 대한 활성복사선 패턴에 의해 결정된다. 방사 패턴은 광중합성 조성물이 목적하는 패턴으로 중합되어 필름의 다른 영역이 미반응 상태로 남아있도록 선택하여야 한다. 본 발명의 광중합체는 통상적으로 중합성 조성물을 요구되는 지속기간 동안 요구되는 파장과 강도의 활성복사선에 노출시켜 제조한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "활성복사선"이란 가시 영역, 자외선 또는 적외선 영역의 스펙트럼의 광선, 뿐만 아니라 전자빔, 이온 또는 중성자 빔 또는 X-선 방사로 정의된다. 활성복사선은 비간섭성 또는 간섭성 광선, 예를 들면 레이저로부터의 광선의 형태일 수 있다. 활성복사선원, 및 노출 공정, 시간, 파장 및 강도는 목적하는 중합 정도, 광중합체의 굴절율 및 당해 분야의 숙련인에게 공지되어 있는 기타 인자에 따라 광범위하게 변화될 수 있다. 이러한 통상의 광중합 공정 및 이들의 작동 변수는 당해 분야에 공지되어 있다.

활성복사선원 및 방사 파장은 광범위하게 변화될 수 있으며, 통상의 파장과 공급원을 사용할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상대적으로 짧은 파장 (또는 높은 에너지) 방사선으로 광화학적으로 여기시켜 통상적으로 가공 전에 당면하게 되는 방사에 대한 노출 (예, 실내 광선)로 중합성 물질이 조기에 중합되지 않도록 한다. 따라서, 자외선 (300-400 ㎚ 파장)에 노출시키는 것이 편리하다. 또한, 심부 자외선 (190-300 ㎚ 파장)에 노출시키는 것이 유용하다. 편리한 공급원은 공정에 바람직한 파장을 선택할 수 있도록 적절한 광학 필터가 장착되어 있는 고압 수은-크세논 아크 램프이다. 또한, 단파장 간섭성 방사가 본 발명의 실행에 유용하다. 350 ㎚ 근처의 여러 파장에서 UV 방식으로 작동하는 아르곤 이온 레이저가 바람직하다. 또한, 257 ㎚ 파장 근처의 출력인 주파수-2배된 아르곤 이온 레이저가 더욱 바람직하다. 달리, 상기 공정에 레이저와 같은 고강도 활성복사선원에 의해 개시되는 다광자 공정이 이용될 수 있다. 상기 플루오르화 모노머는 또한 전자빔 경화법을 사용하여 광개시제를 사용하지 않고 경화시킬 수 있다. 전자 빔 또는 이온 빔 여기법을 이용할 수 있다. 노출 시간은 통상적으로 수초에서 약 10분까지 변화된다. 온도 범위는 통상적으로 약 10 ℃ 내지 약 60 ℃이지만, 실온이 더욱 적합하다. 추가로, 과산화물 또는 기타 열 개시제를 사용하여 이들 물질을 열적으로 경화시킬 수 있다.

활성복사선의 공간 프로파일, 즉, 광중합성 물질층으로 떨어지는 곳은 통상적인 방법으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 방법으로, 목적하는 코어 패턴을 갖는 마스크를 활성복사선원과 광중합성 조성물 필름 사이에 놓는다. 마스크는 투명한 영역과 불투명한 영역을 갖고 있어 필름 표면의 목적하는 영역에만 방사선이 떨어지도록 한다. 박막의 차폐된 노출은 당해 분야에 공지되어 있으며 필름상에 코어 패턴을 인쇄하기 위한 접촉, 근접 및 프로젝션 기술을 포함할 수 있다. 다른 통상의 공간 조정법은 레이저 또는 전자 빔과 같이 지시되거나 집속 빔을 포함하는 활성복사선원을 사용하는 것이다. 상기와 같은 빔은 광중합성 물질 필름 표면 중 작은 면적에만 교차한다. 목적하는 코어의 패턴은 공간에 빔을 주사하거 나 기판을 이동시켜 정체성 빔에 대해 교차점을 변화시킴으로써 필름 표면 상의 상기 작은 교차점 주변을 이동시켜 만든다. 빔 공급원을 사용하는 이런 타입의 노출은 당해 분야에 직접 묘화법으로 공지되어 있다. 도파로 코어의 정확한 단면 형태 및 코어의 측면에 형성된 경사 굴절율 영역의 폭과 정도는 직접 묘화 및 마스크 노출 제작법 둘다의 경우 광원의 조준 정도에 영향을 받는다. 목적하는 결과에 따라서 조준 정도가 광범위하게 변화될 수 있다. 도파로 코어 구조의 구획의 경우 상대적으로 높게 조준된 공급원을 사용하는 것이 일반적으로 적합하다. 10°미만의 각도 내에서 조준하는 것이 유용하다.

코어층의 광중합성 조성물을 중합시켜 예정된 코어층의 패턴을 형성시킨 후, 상기 패턴을 현상하여 비화상 면을 제거하고 예정된 패턴은 그대로 남겨둔다. 통상적인 현상법을 사용할 수 있는데, 예를 들면, 미조사 조성물의 경우 용매로 플러슁시키는 방법을 사용할 수 있다. 상기와 같은 용매로는 극성 용매, 예를 들면 알코올류와 케톤류가 있다. 유용한 용매는 아세톤, 메탄올, 프로판올, 테트라히드로푸란 및 에틸 아세테이트이며, 고도로 플루오르화된 모노머의 경우, 상표명 "갈덴 (Galden)?"으로 오시몬트 (Ausimont)에 의해 판매되는 것들과 같은 플루오로에테르 용매가 적합하다.

완충층 및 클래딩층을 완전히 경화시킬 필요는 없지만, 부분적으로는 중합되어야 한다. 부분적으로 중합되는 것이란 일부 아크릴레이트기가 중합 후에 존재하는 것, 즉, 모든 아크릴레이트가 포화 탄화수소로 전환되는 것이 아님을 의미한다. 이는 아크릴레이트기 수의 0% 이상, 통상적으로는 약 10% 이상, 가장 적합하게는 아크릴레이트기의 약 25% 이상이 미반응 상태로 남아있음을 의미한다. 미반응 기의 수에 대한 상한치는 모노머(들)의 겔화점에 따르는데, 이는 다시 관능가 (모노머 당 아크릴레이트기의 수)에 따른다. 관능가가 정수 f이면, 미반응 기에 대한 상한치는 겔화를 일으키기에 충분하며 대략 관계식 (1-l/f)*100%로 제시된다. 일례로, 테트라아크릴레이트 모노머의 경우 남아 있는 미반응 기의 수는 75% 미만이며, 디아크릴레이트 모노머의 경우 남아있는 미반응 기의 수는 50% 미만이다. 다음층을 도포하기 전에 층을 부분적으로 중합시킴으로써 계면에서 층들이 혼합되도록 한다. 이런 혼합으로 층의 접착성이 향상되고 어떤 경우에는 이를 이용하여 계면에서 굴절율의 경사를 조정할 수 있다.

각 층을 도포하고 임의로 표면 또는 용적 회절 격자 등을 사용하여 패턴화하거나 인쇄한 후, 남아 있는 미중합 아크릴레이트를 이들이 실제적으로 완전히 중합되도록 활성복사선에 블랭킷 또는 전면 노출시켜 단단하게 경화시킨다. 회절 격자 (13)는 도 7에 제시되어 있다. 최종 경화 단계에 대한 경화 선량 (표면의 단위 면적 당 전체 조사 에너지)는 전형적으로 선행 제조 단계 중 각 층을 부분적으로 경화시키는데 이용되는 선량의 약 10 내지 약 500배이다. 가장 적합하게는 최종 경화 선량이 상기 중간 선량의 약 100배인 것이다. 이 방법으로, 초기 제조 단계 중 계면에서 층들이 서로 혼합되고 목적하는 비율로 혼합하여 층들과 전체 장치의 굴절율을 미세 조정할 수 있으며 공유결합에 의해 층간 접착성이 양호하게 된다. 궁극적으로 목적하는 구조를 최종 경화 단계에서 차단하여, 구조가 추가로 발달하지 못하도록 한다. 평면형 고분자 광 도파로를 만들기 위해서는, 여러가지 코어와 클 래딩층의 굴절율을 미세하게 조정할 필요가 있다. 이는 특정 코팅층에 사용되는 모노머의 구조를 맞추어 목적하는 굴절율을 얻을 수 있도록 한다. 실제로, 굴절율이 상이한 여러가지 혼화성 모노머를 함께 혼합하여 요구되는 굴절율을 얻는 것이 더욱 용이하다. 강력하게 반사하는 격자가 요구되는 경우, 코어 및 임의로는 클래딩층에 모노머를 1종 이상 사용하는 것이 또한 적합하다.

상기 제시된 리소그래피 방법을 사용하여 평면형 도파로를 제조하는 것 외에, 반응성 이온 에칭법, 미세복제법, 레이저 직접 묘화법, 또는 레이저 절제법으로 도파로 코어를 제조할 수 있다.

재료들의 가요성은 목적하는 기계적 강도를 갖는 장치의 제조를 가능케 한다. 상기 장치는 극고온 또는 극저온에 노출되는 경우라도 균열을 피할 수 있다. 재료들의 양호한 접착성은 고온 고습과 같은 거친 환경에서도 층간 분리 없이 각종 기판 상에 튼튼한 장치를 제조할 수 있도록 한다. 반도체 산업 업무와 장치 제조 기술의 적합성으로 하이브리드 광전자 회로를 개발할 수 있도록 한다.

본 발명의 도파로는 수많은 편리한 단면 형태, 예를 들어, 원형, 다각형, 사각형, 직사각형, 사다리꼴, 및 상부와 측면상에 포물선 또는 가우스 곡선에 따르는 것과 같이 둥글게 되어 있고 완충층과 접촉하게 되는 기저부에는 편평한 형태를 가질 수 있다. 특정 용도의 본 발명의 실시양태는 열광학 소자에 사용하는 것이다. 이들 장치는 대부분의 재료들에 대한 굴절율이 온도의 함수라는 사실을 이용하여 기능을 수행한다. 중합체의 경우 온도에 대한 굴절율의 변화량 (dn/dT)은 네가티브이며 대부분의 무기 재료들에 대해서는 크다. 고려되는 특정 장치로는 광학 스 위치와 격자를 기본으로 하는 조정가능한 필터가 있다. 중합체 적중의 상부 표면, 즉, 업퍼클래딩층 상 또는 그 위에 히터를 사용하는 것이 통상의 관례이다. 본 장치는 전형적으로 중합체에 대해 높은 열전도성을 갖는 물질로 이루어진 기판, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 상에 만들어진다. 히터에 전력을 가하게 되면 열적 구배가 확립되고 이때 상부의 중합체층은 하부의 중합체층 보다 더 뜨겁게 된다. 히터 (11)는 도 6에 오버클래딩층에 침착된 상태로 나타나있다. dn/dT의 수치가 네가티브이기 때문에, 중합체 적중의 상부에서의 굴절율은 하부에서의 굴절율 보다 더 낮다. 이런 굴절율의 경사는 이런 경사에 노출된 도파로에서 광선을 기판쪽으로 전파되도록 하는 경향이 있다. 스위치 및 조정가능한 격자와 같은 장치에서는 상기와 같은 아래쪽으로 광선이 이동하는 것이 바람직하지 못하다. 스위치의 경우, 바람직한 배치는 측면쪽으로 이동하는 것이며, 격자의 경우에는 배치되지 않는 것이 바람직하다. 본 발명에서 도파로의 구조는 아래쪽으로 광선 (모드)이 움직이는 것을 제한하는 역할을 한다. 이는 굴절율이 낮은 완충층을 도파로의 코어에 밀착시킴으로써 성취된다. 완충층의 영향력 (단, n_c - n_b > 1.5*Δn)은 모드가 기판쪽으로 밀리는 경향을 극복하도록 한다. 본 발명의 개선된 도파로 형태는 스위치 및 파장 조정가능 격자와 같은 장치에 대해 손실과 편광 의존을 저하시킨다.

다음 비-제한 실시예는 본 발명을 예시하기 위하여 제공된다.

실시예 1

실리콘 웨이퍼를 세정한 다음 실란 처리하여 아크릴레이트 조제물에 대한 접착성을 제공한다. 처리된 웨이퍼를 플루오르화 디아크릴레이트/플루오르화 테트라아크릴레이트 75:25 중량% 블렌드와 광개시제를 포함하는 완충 물질의 층으로 스핀-코팅시킨다. 이어서 완충층을 활성복사선에 전체적으로 노출시켜 부분적으로 경화시킨다. 이후 완충층을 플루오르화 테트라아크릴레이트/불소 원자수가 8인 플루오로알킬 아크릴레이트 92:8 중량% 블렌드와 광개시제를 포함하는 코어 물질 층으로 스핀-코팅시킨다. 이 물질은 굴절율이 완충층의 굴절율 보다 더 높도록 선택한다. 코어층의 두께는 도파로의 목적하는 높이에 따르는데, 단일-모드 도파로의 경우 전형적으로 5 내지 9 미크론이다. 그후에, 코어 물질을 마스크를 통하여 UV 광선에 노출시킨다. 코어 노출 선량을 조절하여 코어의 목적하는 폭과 주위 클래딩의 목적하는 접착도를 얻는다. 그후에, 미노출 물질을 용매로 현상한다. 이후 코어를 광개시제와 블렌딩된 플루오르화 테트라아크릴레이트를 포함하는 오버클래딩 물질층으로 스핀 코팅시킨다. 그후에, 모든 층을 투과하는 최종 선량으로 오버클래딩층을 경화시키고 상부층 뿐만 아니라 하부층들도 경화시킨다.

실시예 2

플루오르화 테트라아크릴레이트 F60TA 25 중량%, 플루오르화 디아크릴레이트 L-9367 75 중량%를 포함하는 혼합물을 플루오르화 광개시제 2 중량%와 블렌딩하여 균질 용액을 형성시킨다. 이어서 상기 용액을 실리콘 기판 상에 스핀 코팅시키고 고압 수은-크세논 램프하에서 약 15 mW/㎠의 조사량으로 경화시켜 10 ㎛ 두께의 완충층을 형성시킨다. 이 완충층의 굴절율은 1.313이다. 플루오르화 테트라아크릴 레이트 F60TA 92 중량%, 플루오르화 디아크릴레이트 "C6DIACRY" 7 중량%를 포함하는 코어 혼합물을 광개시제, 다로큐어 (Darocure)? 1173 1 중량%와 블렌딩하여 균질 용액을 형성시킨다. 그후에, 상기 코어 용액을 완충층 상에 코팅시킨다. 포토마스크를 통하여 수은-크세논 램프에 노출시키고 현상하여 굴절율이 1.336인 6-㎛ 두께의 코어를 형성시킨다.

플루오르화 테트라아크릴레이트 F60TA 99 중량% 및 광개시제, 다로큐어? 1173 1 중량%를 포함하는 오버클래딩 조성물을 블렌딩하여 균질 용액을 형성시킨다. 그후에, 상기 용액을 코어 위에 스핀 코팅시키고 수은 램프하에서 경화시켜 굴절율이 1.329인 12-㎛ 두께의 오버클래딩을 형성시킨다.

본 발명을 적합한 실시양태를 참고로 하여 특정하게 제시하고 설명하였으나, 본 발명의 취지와 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변화와 개량이 이루어질 수 있음을 당해 분야의 숙련인들은 인지할 것이다. 특허청구의 범위는 기재된 실시양태와 상기 논의된 여러가지 대안들 및 이들의 등가물들을 포괄하는 것이다.

Claims (26)

1. 기판 표면 상에 배치되어 있으며, 표면을 형성하고 굴절율이 n_b인, 고분자 완충층;

   완충층의 표면 상에 바로 배치되어 있으며, 상부 표면과 한쌍의 측벽을 형성하고 굴절율이 n_c인, 패턴화된 광-투과성 코어층;

   코어의 상부 표면, 코어의 한쌍의 측벽, 및 완충층 상에 배치되어 있으며, n_b < n_o < n_c이고 Δn = n_c - n_o인 굴절율 n_o를 가지며, 이때 Δn이 광통신 파장에서 단일-모드 도파로를 생성시키는 것인 오버클래딩층;

   패턴화된 광-투과성 코어층의 한쌍의 측벽 각각과 오버클래딩층 사이에 배치되어 있는, 굴절율이 n_s인 측면 계면 영역; 및

   패턴화된 광-투과성 코어층의 바닥과 고분자 완충층 사이에 배치되어 있는, 굴절율이 n_f인 바닥 계면 영역

   을 포함하고, 이 때 측면 계면 영역 및 바닥 계면 영역 중 적어도 하나가 광 투과성 코어로부터의 물질과 오버클래딩층 또는 고분자 완충층으로부터의 물질의 혼합을 포함하는, 표면을 형성하는 기판 상에 제작된 단일-모드 광 도파로.
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21. 표면을 형성하며 굴절율이 n_b인 고분자 완충층을 기판 표면 상에 침착시키는 단계;

    상부 표면과 한쌍의 측벽을 갖는 코어를 형성하며, 굴절율이 n_c인 패턴화된 광-투과성 코어층을 중간층 없이 고분자 완충층의 표면 상에 직접 침착시키는 단계; 및

    n_b < n_o < n_c이고 Δn = n_c - n_o인 굴절율 n_o를 가지는 오버클래딩층을 패턴화된 광-투과성 코어층의 상부 표면, 패턴화된 광-투과성 코어층의 측벽, 및 고분자 완충층의 일부상에 침착시키는 단계

    를 포함하고, 이 때 코어층의 광-투과성 물질의 적어도 일부가 완충층과 혼합하여, 코어의 바닥과 완충층 사이에 굴절율이 n_f인 바닥 계면 영역을 형성하고, 코어의 측벽들과 오버클래딩층 사이에 굴절율이 n_s인 측면 계면 영역을 또한 형성하는, 표면을 형성하는 기판 상에 단일-모드 광 도파로를 형성하는 방법.
22. 굴절율이 n_b인 고분자 물질로부터 제조되어 표면을 형성하는 완충층을 기판 표면 상에 침착시키는 단계;

    굴절율이 n_c인 광-투과성 물질로부터 제조되는 코어층을 중간층 없이 상기 완충층의 표면 상에 직접 침착시키는 단계;

    상부 표면과 한쌍의 측벽을 갖는 코어를 형성하고 상기 완충층의 일부가 노출되도록 코어층을 패턴화하는 단계; 및

    n_b < n_o < n_c이고 Δn = n_c - n_o인 굴절율 n_o를 가지며, 이때 Δn가 광통신 파장에서 단일-모드 도파로를 생성시키는 오버클래딩층을 코어층의 상부 표면, 코어층의 측벽, 및 완충층의 노출 부분 상에 침착시키는 단계

    를 포함하고, 이 때 코어층의 광-투과성 물질의 적어도 일부가 완충층과 혼합하여, 코어의 바닥과 완충층 사이에 굴절율이 n_f인 바닥 계면 영역을 형성하고, 코어의 측벽들과 오버클래딩층 사이에 굴절율이 n_s인 측면 계면 영역을 또한 형성하는, 표면을 형성하는 기판 상에 단일-모드 광 도파로를 형성하는 방법.
23. 표면을 형성하며 굴절율이 n_b인 고분자 완충층을 기판 표면 상에 침착시키는 단계;

    상부 표면을 형성하며 굴절율이 n_c인 감광성 코어층을 고분자 완충층의 표면 상에 중간층 없이 직접 침착시키는 단계;

    광-투과성 코어층을 활성복사선에 화상별 노출시키는 단계;

    감광성 코어층의 비-화상 면은 제거하고 감광성 코어층의 화상 면은 제거되지 않도록 감광성 코어층을 현상하여 고분자 완충층 상에 한쌍의 측벽을 갖는 패턴화된 광-투과성 광 도파로 코어를 형성시키고, 고분자 완충층의 노출된 부분을 부분적으로 드러나게 하는 단계; 및

    상기 패턴화된 광-투과성 광 도파로 코어의 상부 표면, 패턴화된 광-투과성 광 도파로 코어의 한쌍의 측벽, 및 고분자 완충층의 노출 부분 상에, n_b < n_o < n_c이고 Δn = n_c - n_o인 굴절율 n_o를 갖는 오버클래딩층을 침착시키는 단계

    를 포함하는, 표면을 형성하는 기판 상에 광 도파로를 형성하는 방법.
24. 기판 표면 상에 배치되어 있으며, 표면을 형성하고 굴절율이 n_b인 고분자 완충층;

    완충층의 표면 상에 바로 배치되어 있으며, 상부 표면과 한쌍의 측벽을 형성하고 굴절율이 n_c인, 패턴화된 광-투과성 고분자 코어층;

    코어의 상부 표면, 코어의 한쌍의 측벽, 및 완충층 상에 배치되어 있으며, n_b < n_o < n_c이고 Δn = n_c - n_o인 굴절율 n_o를 가지며, 이때 Δn이 광통신 파장에서 단일-모드 도파로를 생성시키는 것인 고분자 오버클래딩층; 및

    패턴화된 광-투과성 고분자 코어층 및 고분자 오버클래딩층 모두에 패턴화되어 있는 용적 격자

    를 포함하는, 표면을 형성하는 기판 상에 제작된 단일-모드 광 도파로.
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