SK812012A3 - Spôsob prípravy optických vláknových vlnovodov z polydimetylsiloxánu - Google Patents

Abstract

Opisuje sa spôsob prípravy optických vlnovodov, ktorý je založený na ťahaní vlákien z čiastočne vytvrdnutého polydimetylsiloxánu. Tento sa umiestni buď medzi dve vlákna, alebo sa jedno vlákno vloží do nádoby s čiastočne vytvrdnutým polydimetylsiloxánom a následne sa vlákna vzďaľujú od seba alebo sa vlákno vyťahuje z nádoby s polydimetylsiloxánom tak, aby sa formoval optický vlnovod požadovaných parametrov.

Description

Technológiaprípravy optických vláknových vlnovodov z polydimetylsiloxánu

Oblasť techniky

Vynález sa týka technológie prípravy optických vláknových vlnovodov z polydimetylsiloxánu metódami ťahania čiastočne vytvrdnutého polydimetylsiloxánu. Oblasť techniky, ktorej sa vynález týka, je fotonika a vláknová optika.

Doterajší stav techniky

Polydimetylsiloxán (PDMS) je silikónový elastomér, ktorý patrí do skupiny organosiloxánových polymérov. PDMS je elastický, hydrofóbny, opticky priehľadný, elektricky nevodivý a biokompatibilný materiál. Tieto jeho vlastnosti ho predurčujú na využitie pri výrobe mikroelektromechanických systémov, mikrofluidných komponentov, optofluidných vlnovodov a taktiež v ďalších typoch mikrovýroby a mikroobrábania pre elektrické, optické, mikrofluidné, biologické, biomedicínske a iné aplikácie.

Základným predpokladom využitia PDMS pre prípravu optických vlnovodov je vytvorenie požadovaného optického vlnovodu s vhodnou dĺžkou a priemerom. Najrozšírenejšia technika, ktorá sa v súčasnosti využíva na vytváranie optických vlnovodov z PDMS, je metóda mäkkej litografie. Pri tejto metóde sa vytvárajú odliatky optických vlnovodov z PDMS, ktoré kopírujú predlohy vytvorené inými technikami, ako sú fotolitografia alebo elektrónová litografia, do fotorezistov, alebo iných vhodných materiálov. Ilustračný postup vytvorenia odliatku optického vlnovodu z PDMS metódou fotolitografie v pozitívnom fotoreziste je nasledovný. Najskôr sa na vhodný substrát nanesie fotocitlivý materiál, do ktorého sa ožiarením pomocou svetla s vhodnou vlnovou dĺžkou vytvoria predlohy pre požadované optické vlnovody. Následne sa ožiarený fotocitlivý materiál rozpustí vo vývojke, aby sa odstránili nežiaduce časti fotocitlivého materiálu. Takto sa vytvorí predloha pre ďalšie operácie. Na predlohu sa potom vyleje nevytvrdnutý PDMS, ktorý veľmi dobre kopíruje reliéf predlohy a nechá sa vytvrdnúť. Po vytvrdnutí sa PDMS z predlohy odlepí, alebo sa predloha odleptá vo vhodnom rozpúšťadle. Takýmto spôsobom je možné vytvoriť povrchové optické vlnovody v PDMS, ktoré sa pre potreby ich využitia vo vlnovodnej optike môžu ďalej upravovať.

Do súčasnosti však nebola publikovaná žiadna technológia, ktorá umožňuje pripravovať optické vláknové vlnovody priamo ťahaním PDMS.

Podstata vynálezu

Podstata technológie prípravy optických vláknových vlnovodov z PDMS je založená na ťahaní vlákien z čiastočne vytvrdnutého PDMS. Na prípravu optických vlnovodov z PDMS sa použije dvojzložkový silikónový elastomér, ktorého zložku A tvorí vlastný prepolymér a zložku B vytvrdzovacie činidlo. Tieto dve zložky sa zmiešajú vo vhodnom pomere. Po zmiešaní zložiek A a B dochádza k postupnému vytvrdzovaniu PDMS v dôsledku vytvárania chemických priečnych väzieb medzi reťazcami PDMS. Toto vytvrdzovanie je závislé od teploty, kde s narastajúcou teplotou PDMS sa čas vytvrdzovania skracuje. Tesne po zmiešaní zložiek A a B má pri izbovej teplote PDMS medovitú konzistenciu, ktorá neumožňuje z PDMS vytvárať vlákna. Postupne s vytvrdzovaním PDMS sa jeho viskozita zvyšuje a po určitom čase má čiastočne vytvrdnutý PDMS také vlastnosti, že je možné z neho ťahaním vytvárať vlákna. Z takto čiastočne vytvrdnutého PDMS sa potom metódami ťahania pripravujú optické vláknové vlnovody s požadovanými dĺžkami a priemermi.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie objasnený pomocou výkresov, na ktorých znázorňuje obr. 1 nanesené polguľovité kvapky PDMS na koncoch dvoch optických vlákien z taveného kremeňa, obr. 2 f t spojenie dvoch polguľovitých kvapiek PDMS nanesených na koncoch optických vlákien z taveného vytvrdnutým PDMS a formovanie optického vlákna z PDMS medzi dvoma optickými vláknami z taveného kremeňa.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad uskutočnenia vynálezu objasníme na popise postupov vytvorenia optického vláknového vlnovodu z PDMS ťahaním čiastočne vytvrdnutého PDMS medzi dvoma vláknami.

Na prípravu PDMS sme použili silikónový elastomér Silgard 184 firmy Dow Coming, ktorý sa skladá zo zložky A-prepolymér a zložky B-vytvrdzovacie činidlo. Zložky A:B sme zmiešali v pomere 10:1 v sklenenej nádobe. Po zmiešaní sme PDMS naniesli na konce dvoch optických vlákien z taveného kremeňa 1 a 2 tak, že PDMS na koncoch optických vlákien vytváral polguľovité kvapky 3 a 4. Po zmiešaní zložiek A a B dochádza k postupnému vytvrdzovaniu PDMS. Pri izbovej teplote má približne po ôsmych hodinách od zmiešania zložiek A a B PDMS také vlastnosti, že je možné z neho vytvárať vláknové štruktúry ťahaním. Optické vlákna z čiastočne vytvrdnutého PDMS sme vytvárali postupom, pri ktorom sme optické vlákna z taveného kremeňa 1 a 2, na koncoch ktorých boli nanesené polguľovité kvapky PDMS 3 a 4 priblížili do takej vzdialenosti, že polguľovité kvapky PDMS 3 a 4 sa spojili a vytvorili medzi optickými vláknami z taveného kremeňa 1 a 2 PDMS spoj 5. Po vytvorení PDMS spoja 5 medzi optickými vláknami z taveného kremeňa 1 a 2 a čiastočnom vytvrdnutí PDMS spoja 5 sme postupne od seba optické vlákna z taveného kremeňa 1 a 2 súosovo vzďaľovali. Pri súosovom vzďaľovaní optických vlákien 1 a 2 sa z čiastočne vytvrdnutého spoja PDMS 5 medzi optickými vláknami z taveného kremeňa 1 a 2 vytvára PDMS vlákno 6 s dobrými optickými vlastnosťami.

Priemyselná využiteľnosť

Technológia prípravy optických vláknových vlnovodov z polydimetylsiloxánu môže nájsť praktické využitie pri vytváraní optických prvkov pre potreby fotonických aplikácií rôznych odvetví priemyslu.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Technológia prípravy optických vláknových vlnovodov z polydimetylsiloxánu vyznačujúca sa tým, že optické vláknové vlnovody sa z polydimetylsiloxánu vytvárajú po jeho čiastočnom vytvrdnutí tak, že konce dvoch vlákien, medzi ktorými je vhodná medzera, sa prepoja čiastočne vytvrdnutým polydimetylsiloxánom a následne sa tieto dva konce vlákien od seba vzďaľujú dovtedy, pokiaľ sa medzi nimi nevytvorí polydimetylsiloxánové vlákno s požadovanými parametrami.

   '-''š . <· ·
2. 2. technológia prípravy optických vláknových vlnovodov z polydimetylsiloxánu vyznačujúca sa tým, že optické vláknové vlnovody sa z polydimetylsiloxánu vytvárajú po jeho čiastočnom vytvrdnutí tak, že jeden koniec vlákna s vhodným priemerom sa vloží do nádoby s čiastočne vytvrdnutým polydimetylsiloxánom a následne sa tento vložený koniec vlákna do polydimetylsiloxánu z nádoby s polydimetylsiloxánom vyťahuje tak, aby sa medzi vláknom a polydimetylsiloxánom v nádobe formovalo polydimetylsiloxánové optické vlákno s požadovanými parametrami.