CN1240411A - 光导材料及连结 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光导材料及由其制得的光导制品,尤其涉及一种用于两个光导器件之间的粘结剂,所述光导器件包括光纤和平面器件。

Description

光导材料及连结

发明领域

本发明领域涉及光导材料(optically transmissive material)，以及适用于连结两个器件(例如光纤和/或平面构件)以形成一光网络(optical network)的方法。

发明背景

制成平面形式的光波导构件可在光径中执行许多功能，包括各种配置的光耦合，诸如多通道星形阵列，以及通过移相器或光栅装置进行多路复用或信号分离。这类波导可望比由光纤和微型光学零件制成的、分立的光学器件的成本来得低。将来它们可能提供一个供混合式的光-电器件用的平台。

对于每一个要处理的信号，必须将光波导连接于一根载有一输入信号的光纤上，同时还要连接到载有经处理后的信号的另一根光纤上。传统的做法是采用一些有机粘结剂，如甲基丙烯酸酯或环氧粘合剂来进行这种连结，通常也称之为“装上猪尾巴(pigtails)”。这类聚合物粘结剂使用方便，能提供良好的折射率匹配和粘结性能。

然而，这类粘合剂遇水不够稳定。这就限制了它们在潮湿环境中的应用，例如在水中和高湿度条件下的应用。还有一些报告称许多这类粘合剂在极端的温度和压力的环境中，其稳定性有问题。

这类粘合剂的光学性能哪怕是极轻微地变差都会严重地影响光信号通过光纤-波导网络的传输。因而，这种不稳定性会导致灾难性的后果，致使这种有机的或“软”的连结不适合许多应用。

对一种稳定的光纤与平面波导连接的需求导致一种玻璃状密封的出现，它使用玻璃料之类，或再掺合以少量添加剂。所制成的接头对水十分稳定，而且相对牢固。然而，由于两个器件之间的热膨胀系数不同，会产生应力，而且，封接温度也较所期望的来得高。

本发明针对性地克服了现有技术中的这些以及其它方面的缺点。发明综述

本发明涉及一种无机-有机混合材料，包含一种含有硅和氧原子的拉伸的基体，在该拉伸的基体中至少有一部分硅原子与至少一个烃部分直接键合。

本发明还涉及一种由所述材料生产一种制品的方法，包括：

制备一种材料前体，它包含至少一种选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷或芳基三烷氧基硅烷的硅烷，以及烃部分的供源。

至少部分地使所述前体材料水解并凝固到一适于制品形成的粘度。

在一个特定方面，本发明是一种光导制品，以及一种在两个光导器件之间作成一种连接的方法。该方法包括使用上述部分水解和固化的材料作为一种粘结剂组合物，将两器件对齐并略为隔开以形成一间隙，将所述粘结剂组合物填充入间隙中以在两器件之间形成一个连接，在能使一种无机-有机混合材料形成一种键合的有效条件下完成粘合剂组合物的水解和固化，所述混合材料包含一种含有硅和氧原子的拉伸的基体，其中至少一部分硅原子与至少一个烃部分直接键合，由此将两个光导器件连接到一起。

本发明还涉及一种可水解并可固化的溶胶-凝胶组合物。该溶胶-凝胶组合物包含选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷或芳基三烷氧基硅烷中的至少一种硅烷。

本发明的方法和组合物已经开发出来用于联接光导网络中的器件，并获得推广。这类网络包括光纤和平面光波导，用无机-有机的“硬”的接头连接起来。这样作成的接头显示出对水的良好的稳定性，以及对温度、压力和湿度的极端情况的良好耐受力。通过对波导芯部提供很接近的折射率匹配，这种接头还能使背反射减至最小，从而不需要在光导材料上制作昂贵的、精密加工的小刻面。此外，制造这种接头用不着高温加热。这也就避免了在两个器件之间因热膨胀系数不同所产生的应力。

然而，在这些新材料中所发现的优异的性能组合也期望能在批量产品中体现出其价值。这些产品包括如模制的光网络，它们可与基体、专门设计的器件和类似的光导制品进行任意层叠。

附图的简要说明

图1是在一光纤和一平面光波导之间的一种接头的剖视图，表示本发明的光导制品的一种形式。

图2是一剖示图，表示本发明的在一平面光波导和一旋光器件之间的一种变化了的接头。

发明详述

本发明的制品是一光网络，包含至少两个用一粘结物连接起来的光导器件。本发明源起于对将一光纤粘结到一平面波导构件的研究，这种操作俗称为“装猪尾巴”。因而也按此进行描述。然而很明显，它还可有更广泛的应用。

前面已经介绍过“软的”有机连接和“硬的”玻璃连接的缺点。本发明的关键之处是一种连接光导器件的、改良的“硬的”连接。

这样一种连接对于光导器件应当有良好的接近1.46的折射率匹配。总的信号损失应不超过0.2分贝。这种连接必须对水合作用不敏感(在85℃和相对湿度为85％时保持数千小时)，并且必须在-40℃至+85℃之间的热循环能保持稳定。“猪尾巴”(引出的光纤)最好具有足以支持1磅的张力负荷的强度。

最后，这种连接(“猪尾巴”)必须适合于快速和多变的生产工艺。例如，可能会要求一个接一个地将大量光纤连接到一个多口平面构件上。在这一生产过程中，要求在两分钟内完成连接而保持其它性能不变。

一种较佳形式的光网络包含光纤和平面构件，如放大器或耦合器。在这种实例中的连接强度可以通过在一些附加的位置上将光纤连接到波导上来增强。附图中的图1和图2分别以剖视图的形式示出本发明制品的两种形式。

在图1中，光纤2的聚合物涂层4的一部分被剥除，露出一段镀层6。包在镀层6中的光芯8与一平面器件10对齐，后者系由平面波导12的基部14支承。按照本发明的方法，用粘结材料16将光芯8光学连接到平面器件10上。

光纤2还用一块状物18固定到平面波导12上。块状物18与光纤2的镀层6相接触，并连结到光波导12的基部14上。块状物18可以是由溶胶-凝胶工艺形成的玻璃，或是熔烧过的玻璃料糊，也可以是一种光固化的聚合物。光纤2也被外涂层材料20固定于平面波导12上。外涂层材料20复盖、保护并粘结到光纤2的镀层6和聚合物材料4上，并且还粘结到光波导12的基部14上。这样就增强了光纤2对光波导12的固着。

还有一种光网络可包含其中具有一刻槽的平面光波导，以及一插于该槽中的旋光器件。适当的旋光器件可以改变通过一波导的光的特性，诸如加上一个偏振移相、隔离或滤光。

图2示出了一个平面波导与这样一附加的器件的典型的配置。在平面波导24中开出的槽22的深度足以穿过外涂层26和光芯层28，并且可按需要穿入到基部30中。槽22的宽度足以容纳旋光器件32。最好再有一附加的宽度以便使旋光器件32的位置达到最佳，以将传输损失减至最小。将一种水解的粘结剂组合物34填入槽22中，并润湿旋光器件32。将所述组合物填入槽22中。加热使之固化，以使旋光器件32固定在其最佳位置。最好是粘结剂34与光芯层28的折射率相匹配，以使背反射减至最小。此外，粘结剂34应该对热循环和潮湿的环境保持稳定。

本发明的实践是从提供选自光纤、旋光器件和平面光波导中的两个光导器件开始的。本发明特别适用于诸如二氧化硅、硅酸铝或硼硅玻璃器件等无机器件。

在器件之一是光纤的情况下，最好将围绕着光芯和镀层的所有材料(如聚合物包套)剥除。这可借助于常规的光纤剥皮工具来实现。

本发明的方法还可用于将一平面波导与一“介入”式旋光器件相连接，如图2所示。这可以是一种非旋光的器件，诸如光束分离器或滤光器。这些器件通常插在平面波导表面上所开的槽中。这种介入式配置要求在介入器件和平面波导之间的连结处的背反射较低。这就需要介入器件(典型的是该介入器件的两个表面)与平面波导光连接。

在这类应用中的对齐可以主动也可以被动地完成。例如，在两个器件相接触且粘结剂组合物最终固化期间，可以使一介入器件主动地保持在一损失最小的位置。另一方面，也可以通过设置一固定位置的缝(通常称之为定位槽)来保证对齐，只要简单地将介入器件***该槽中即可。接触部位是由介入器件和槽的侧部相交处的一条交线。使水解的粘结剂组合物固化便使该介入器件与所述光波导沿这一交线相连接，从而减少了连接界面处的背反射。

在光导器件是两根光纤的情况下，实行对齐只要将两根光纤的端部彼此紧靠在一起即可。在要将一光纤与一平面波导相连接的情况下，可将光纤的一端与平面波导的一边紧靠在一起进行对齐。在任何一种情况下，使两个器件在接触部位对齐。为了容许在热处理期间产生膨胀，两个器件必须略为间隔开以供粘结时用，最好间隔开5-20微米。

若要获得两个器件的精确对齐，可以用激光束穿过器件之一，例如光纤。再对进入另一器件的激光束的输出进入监测。对两器件的相对空间位置进行调整，直到该输出达到最大值为止。

在要进行对齐之前，可在两光导器件各自的接触部位涂复粘结剂组合物。涂复也可以这样进行，即，在两个间隔开的器件之间加入一滴粘结剂组合物，以使之填入该空间。另一方面，也可以将粘结剂组合物喷涂或涂刷到已对齐的接触部位上，或者，也可将两个器件或者其中之一浸入盛有粘结剂组合物的容器中。也可以在使器件与粘结剂组合物接触之后，对两个器件的对齐情况进行调节。

本发明的实践还包括制备一种粘结剂组合物，它包括若干可水解的前体的混合物，所述前体主要包含选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷和芳基三烷氧基硅烷中的至少一种烷氧基硅烷。另外，还可按需要选加一些如下文所述的改性剂。

这种混合物可溶于诸如乙醇之类的溶剂中，并可通过加酸和水来水解。在水解和凝固(condensation)的同时，这种混合物发生老化，形成为一种粘性的粘结剂组合物。这种部分水解和凝固的材料在下文中称之为粘结组合物，以与最终形成的水解和固化已基本完成的粘结剂相区别。

通常都希望推动水解和凝固反应达到较充分的程度，以使在溶剂蒸发期间前体不受损失。研究表明，为达此目的，需在室温下进行充分老化50小时左右。研究发现，在低于100℃时对该混合物进行适度加热可将这一时间缩短到少于5小时。特别是在约75℃加热3小时可以达到类似的凝固程度。令人惊讶的是由这种加速老化过程所产生的凝胶在快速加热以形成最终的粘结剂时不太容易发生开裂。

四烷氧基硅烷是硅原子上键合有4个烷氧基团。这4个烷氧基团通常是相同的，但这只是为方便起见。在本文中，烷氧基包含连同脂族醇在内的任何一种醇的脱质子形式。

烷基三烷氧基硅烷是硅原子上键合有3个烷氧基团和一个烷基。烷基也意味着包含芳烷基。适用于本发明的烷基三烷氧基硅烷包含例如甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)。

芳基三烷氧基硅烷是硅原子上键合有3个烷氧基团和一个芳基。在本文中，芳基也意味着包含烷芳基部分。适用于本发明的芳基三烷氧基硅烷包含例如：苯基三甲氧基硅烷(PTMS)和苯基三乙氧基硅烷(PTES)。

水解的粘结组合物最好能包含一些有机组分，因为能在微观水平上改良由硅烷水解产物凝固所形成的无机网络。这种有机组分能以一硅原子具有一个有机金属键使网络改性。另一方面，这些有机组分可作为一个互相贯穿的、分子内的或分子间的网络共存于该无机网络中，后者不连接于硅原子。

可包含在所述水解的粘结组合物中的适宜的有机组分包括惰性网络改性剂、活性网络改性剂、有机成网改性剂、活性聚合改性剂、活性可聚合的改性剂以及非相互作用、互相贯穿的网络改性剂中的一种或多种水解产物。

惰性网络改性剂包括烷基烷氧基硅烷和芳基烷氧基硅烷，特别是具有分子式(R¹)_n(R²O)_4-nSi的那些，式中n为1、2或3。OR²是一烷氧基部分，诸如乙氧基和甲氧基。R¹可以是一烷基部分或一芳基部分，包含例如甲基、乙基和苯基。

粘结组合物可包含从约0％至约100％(摩尔)，较佳地从约50％至约100％(摩尔)，最佳地从约50％至约96％(摩尔)的惰性网络改性剂的水解产物，诸如甲基三乙氧基硅烷的水解产物。有关惰性网络改性剂的进一步细节可参见有关文献。

活性网络改性剂有(取代的烷基)烷氧基硅烷和(取代的芳基)烷氧基硅烷。烷基或芳基取代基中至少有一个是能与金属原子或离子形成配合物的官能团，诸如氨基官能团、巯基官能团或羟基官能团。据认为这种官能团能促进粘结组合物对无机材料表面的粘附力。活性网络改性剂也可以促进对有机表面的粘附力。

合适的活性网络改性剂是那些具有分子式(R³)_n、(R²O)_4-nSi的改性剂，式中n为1、2或3，而OR²是一烷氧基部分。R³可以是一氨基、羧基、巯基或羟基取代的烷基或芳基部分。活性网络改性剂的水解产物的含量最好为约1％至约25％(摩尔)。

如上所述，粘结组合物也可包含有机成网改性剂、活性聚合改性剂或活性可聚合的改性剂的水解产物中的一种或多种。这些改性剂的水解产物在聚合时被认为形成了一些有机网络，它们通过Si-C键共价键合到无机网络上。

有机成网改性剂是一些(取代的烷基)烷氧基硅烷化合物，它们被能参与与其它类似取代的(取代的烷基)烷氧机硅烷化合物的反应的一些基团所取代。

适用的成网改性剂包含那些具有分子式(R⁴)_n、(R²O)_4-nSi的改性剂，式中n为1、2或3，而OR²是一烷氧基部分，适用的例子有乙氧基和甲氧基。R可以是取代的烷基部分或芳基部分，诸如烷基丙烯酰氧基烷基、丙烯酰氧基烷基、乙烯基或(环氧基取代的)烷基硅烷。

水解的粘结组合物可包含从约0％到约95％(摩尔)，最好是从约0％到约50％(摩尔)的有机成网改性剂的水解产物，诸如甲基丙烯酰氧基-丙基三乙氧基硅烷的水解产物。当被用来赋予官能特性时，诸如允许进行光固化，这种有机成网改性剂的水解产物的含量最好为约20％到约50％(摩尔)。

在使用有机成网改性剂的情况下，如果能在水解的粘结组合物中包含一种光引发剂将是特别有利的。适用的光引发剂包括二茂钛自由基光引发剂(titanoceneradical photoinitiator)，如IRGACURE^TM784或阳离子铁光引发剂(cationicferrocinium photoinitiator)，如IRGACURE^TM261，这两者均可由纽约Ardsley的Ciba Geigy购得。当使用光引发剂时，其在粘结组合物中的含量较好的是少于约0.8％(重量)，更好为约0.2％至约0.8％(重量)。

活性的聚合改性剂是一些无机或有机聚合物，它们能参予与水解的四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷或芳基三烷氧基硅烷的凝固反应。

适用的活性聚合改性剂包含那些具有分子式(R²O)₃O-Si-O-(P)n-Si-O(OR²)₃，或者是(HO)-(P)n-OH的改性剂，式中，(P)n代表有机聚合物，诸如聚环氧丁烷(polytetramethylene oxide)，而OR²是烷氧基部分，诸如乙氧基和甲氧基。

其它适用的活性聚合改性剂包括聚二烷基硅氧烷，其分子式为R⁵O[-Si(R⁶)₂-O-]_nR⁵，式中，n是约2-50的整数；R⁵是氢、或者烷基或芳基部分；R⁶是烷基，最好是甲基。较佳的是，活性聚合改性剂是聚二甲基硅氧烷，分子量为约200到约900克/摩尔，最好是550克/摩尔。

这种粘结组合物可包含从约0％到约40％(摩尔)，最好是从约4％到8％(摩尔)的活性聚合改性剂的水解产物。

活性可聚合的改性剂是取代的烷基烷氧基硅烷化合物，它只能在与第二种可聚合的组分结合后才能形成有机网络，该第二组分可与取代的烷基烷氧基硅烷化合物上的取代基起反应。该第二种可聚合的组分可以被，也可以不被键合到烷氧基硅烷上。

这种粘结组合物可包含从约0％到约95％(摩尔)，最好是从约0％到约50％(摩尔)的活性可聚合的改性剂的水解产物。当被用来赋予官能特性时，诸如允许光固化或增加拉伸的氧化硅基体的塑性，这种活性可聚合的改性剂的水解产物的含量最好为约20％到约50％(摩尔)。这种活性可聚合的改性剂含有对水解稳定的硅-碳键。

非相互作用的、互相贯穿的网络改性剂是一些有机聚合物。较佳的是它们不包含能与硅原子，形成Si-C键的基团或者这些有机聚合物的前体。

这些非相互作用的、互相贯穿的网络改性剂可以约0％到约50％(摩尔)的量加入粘结组合物中。它们可用来赋予功能特性，诸如增加塑性或将光活性聚合物引入拉伸的硅-氧化物基体中。它们的含量最好为约5％到约25％(摩尔)。有关这些非相互作用、互相贯穿的网络改性剂的详情可以在例如美国专利No.5,412,016(授于Sharp)中找到，该专利文献在此引为参考。

在粘结组合物中，通过进一步加入一种或几种活性化合物，诸如选自Ge、Ti、Zr、Hf、Er、Nd中的元素的醇盐，便可增加其折射率。这些醇盐可以任选地水解成它们的水解产物。

粘结组合物中醇盐及其水解产物的总量取决于在该粘合剂中所要求具有的折射率。醇盐及其水解产物的适用量的范围可为0％至约25％(摩尔)，最好为约0％至约15％(摩尔)。

聚合的水解粘结组合物的折射率也可以通过加入芳基三烷氧基硅烷(尤其是苯基三烷氧基硅烷)和/或芳基三氟硅烷(尤其是苯基三氟硅烷)到粘结组合物中来加以改变。

这种粘结组合物也可有选择地包含氟化物供源，诸如氟硅烷的水解产物，例如烷基氟硅烷。其它合适的氟化物供源，诸如氟化氢、二氟化铵和其它可离解(dissociate)的氟化物盐均可使用。在要求对约3300cm^-1 SiO-H红外吸收带进行抑制的场合，加入一种氟化物供源是有利的。这样一种情况就是在与光导材料相连接的材料必须通过红外辐射而不发生显著衰减的场合。

在一个特别好的实施例中，将芳基三氟硅烷加入可水解的前体组合物中。我们发现PDMS、MTES、PTES和PTFS的混合物可以直接水解，即不必使用溶剂。经过一段时间老化，期间水被消耗而产生出醇，此后，该溶胶成为一种清澈的液体。然后在室温下经过几个小时使醇蒸发而使该溶胶“干燥”。这种清澈、无色的液体明显地变得更粘稠，并继续进行下去直到胶凝。这种粘性液体可进行热处理，以获得一种固态凝胶，而总共的质量损失仅约10％。从而为生产无开裂粘结剂提供更大的方便。

在粘结组合物中存在的氟化物供源的量主要取决于可接收的红外吸收水平。使氟硅烷的水解产物的含量达到0％到约25％(摩尔)，最好是约5％到约15％(摩尔)，就可以使Si-OH吸收带明显减少。

本发明特别好的粘结组合物是一些可固化的溶胶-凝胶，它们均包含一种硅烷，该硅烷选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、芳基三烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、烷基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷(alkacryloxypropyltrialkoxysilane)，及其混合物，其总量为约50％到约95％(摩尔)。这种可固化的溶胶-凝胶组合物还包含一种网络改性剂，选自单体二烷基二烷氧基硅烷、二丙烯酰基二烷氧基硅烷以及聚合的聚二烷基硅烷，其含量在约4％至约25％(摩尔)；芳基三氟硅烷，其含量在约5％至约20％(摩尔)；一种四烷氧基钛，含量在约0％至约10％(摩尔)；以及四烷氧基锗，含量在约0％至约20％(摩尔)；所有含量值都是根据溶胶-凝胶的总量计算的。

可以通过将水加入包含烷氧基硅烷的前体粘结组合物中制备水解的粘结组合物。当水一加入，水解立即开始，并导致羟基取代烷氧基。各种硅烷水解的速度取决于与硅原子键合的取代基的性质。因而比较好的做法是各个烷氧基硅烷(或其它元素的醇盐，例如四乙氧基锗)的水解过程分别进行，并在某些或全部烷氧基已水解之后再将它们混合在一起。

在进行这一过程的水解部分中所用的水的量可在一很大的范围内变化。为了完全水解存在于前体粘结组合物中的全部烷氧基-硅键，所用的水可以是按照 这一反应所需要的化学计量的约25％至约800％。最好是所加水的量是化学计量的约75％至约100％。

水解可按下列通用程序进行。将前体粘结组合物，包括一选定的烷氧基硅烷，以及一种或多种任选的添加改性剂一起溶解在一种合适的溶剂中。最好是该溶剂不与所有的前体粘结组合物起反应并能使其溶解。较适合的溶剂是乙醇。在各前体的反应速度足够相近的情况下，这种前体粘结组合物也可以不用溶剂而直接混合并水解。

将水和酸加入到前体粘结组合物的溶液中。首先将水和酸在一溶剂中混合，该溶剂可以是用于溶解所述前体粘结组合物的同一溶剂。酸和水可以一起慢慢地加入，也可逐滴地或分成几个相等部分加入。加入过程可进行20分钟至8小时，最好是1至3小时，同时对反应混合物保持回流并加以搅拌。当添加过程完成后，还可以边回流边继续搅拌一段时间，较适宜的是约30分钟。为了精确控制向反应混合物中加入水的量，添加过程和随后可任选的搅拌和回流可在一惰性气氛中进行，例如氮气或氩气。如果反应是在没有加溶剂的情况下进行时，加入一或两等份的水，并在约50至约90℃的温度下剧烈混合，直到均匀为止。

主要包含烷基三醇盐(alkyl trialkoxides)的水解粘结组合物采用下述的另一种通用方法来制备是比较有利的。在不加溶剂的情况下制备包含一种选定的烷氧基硅烷以及一种或多种任选的改性剂的前体粘结组合物。将所需量的水加入所述前体粘结组合物中。加水操作可以在室温下进行，也可以在热水浴中进行。最好是在加水之前，使前体粘结组合物处于约60℃至约80℃之间的某一温度下。如果加水过程是在排除环境空气中的水分的条件下，例如通过将反应容器的顶部密封起来的情况下进行时，就可以更好地控制前体粘结组合物与之反应的水的量。

往前体粘结组合物中加水便频繁地产生一种相分离的混合物。在这种情况下，可以搅拌这种相分离的混合物，以使水溶解在前体粘结组合物中。搅拌最好是在一个与周围大气隔离的容器中进行，例如加上一个盖子。搅拌之后，最好给***通风(如果顶部密封的话)，然后静置，静置时最好与周围的大气隔离，并在从室温直至约100℃之间的某一温度下保持一段时间，从约15分钟到约6小时。冷却之后，可对水解的粘结组合物任选地进行老化，最好是在室温下老化约1至10天。

锗和钛的醇盐水解很快。因而，当要将它们加入到前体粘结组合物中时，最好延迟一段时间再将它们加入该混合物，延迟到烷氧基硅烷至少部分水解。这一延迟使锗和钛更均匀地结合到该无机基体中。

水解反应可以通过无机酸或者有机酸催化，较好的是盐酸。这种水合反应中所用酸的量可从约0％到约5％，这是按所用的每摩尔水的酸的当量表示的。当前体粘结组合物包含氟化物供源时，例如PTFS，用酸几乎没有什么好处。

在水解反应中用水的量可从约10％至约200％，这是按每摩尔可水解的烷氧基所对应的水的摩尔数表示的。一摩尔烷氧基水解从化学计量上看，需要0.5摩尔的水。在前体粘结组合物中包含聚二烷基硅氧烷的情况下，水的量最好从约45％至约55％。

所产生的水解的粘结组合物可在室温贮存约3天到30天，然后再用来连接光导器件。通过采用二甲基甲酰铵作为反应溶剂，或作为与醇的共溶剂，可以将贮存期限不断地延长。

在粘结组合物包含锗或钛的情况下，可以在烷氧基硅烷的水解至少部分完成之后，通过向溶胶中加入锗或钛的醇盐来延长其贮存期限。也可以通过减少在水解过程中所用的水的量，例如化学计量的约50％到约25％，来延长贮存期限。

包含氟化物供源的溶胶，例如PTFS，可以通过减少所用水的量，或是通过在较低的温度下进行水解反应来延长其贮存期限。从约30℃到约60℃的反应温度是较好的。

粘结组合物用来连接两个在其接触点对齐了的器件。然后固化将该粘结组合物固化。固化，或者是本文中所用的凝固，是针对水解的粘结组合物中的无机组分。固化可以在室温下经过一段较长的时间来完成。但是通常都希望能加速这一过程，例如进行加热。加热可用任何一种常规的热源进行，诸如火焰、热枪、高温油浴或辐射，如用一束聚焦的红外激光。

加热的量取决于在制备中所存在的溶剂。无溶剂的制备可大大避免起泡或开裂。在有溶剂存在时，必须对加热进行控制。最好能很快就固化水解的粘结组合物。但是，加热太快会造成溶剂的明显截留而形成气泡，或由于快速收缩而开裂，或造成要连接的两个器件错位。固化的温度约在150℃至300℃，最好是225℃至250℃。固化后的粘结组合物其强度足以耐受正常的牵拉。

为使信号损失减至最小，主动地保持对齐，直到粘结组合物从空间将两个光学器件相对彼此以足以耐受一般处置的强度固定住为止。在某些情况下，聚合的粘结组合物的光和热的性质可以通过进一步固结已固化的粘结组合物来加以改善。为此目的，可将已固化的粘结组合物置于更高的温度下，但也不要高到会使要连接的两个器件发生显著膨胀的程度。

在水解的粘结组合物中含有有机成网改性剂和光引发剂的情况下，可以在没有完全固化的情况下，对粘结组合物进行调节，以从空间固定该两器件。粘结组合物可以通过例如使它受到辐射而进行调节。通常，这是一种波长从约360纳米到370纳米的紫外光，功率从约80瓦/厘米²至约100瓦/厘米²，照射时间从约1分钟到5分钟。

所形成的粘结材料取决于起始的粘结组合物的组分。包含一种或多种改性剂的水解产物的粘结组合物形成为包含氧化硅基体(即Si-O-Si网络)的粘结材料，在该基体中，一部分硅原子直接键合到取代的或未取代的烃部分上。

在粘结组合物包含惰性网络改性剂，或聚二烷基硅氧烷的水解产物的情况下，其烃部分是未取代的烷基或芳基部分。在粘结组合物包含活性网络改性剂的水解产物的情况下，其烃部分是取代的烷基或芳基部分。在粘结组合物包含有机成网改性剂的水解产物的情况下，其烃部分是取代的烷基或芳基部分，如亚烷基或亚芳基部分。其中，亚烷基或亚芳基部分键合到拉伸的氧化硅基体的硅原子上任一端。从而形成了Si-R-R′-R-Si结合，式中R是亚烷基部分，而R′代表包含在所述改性剂中的有机官能团的产物。

在水解的粘结组合物包含除了聚二烷基硅氧烷之外的活性可聚合的改性剂的水解产物的情况下，烃部分是取代的烷基或芳基部分，诸如含有具有式-R-的亚烷基或亚芳基部分的那些。这些亚烷基或亚芳基部分键合到硅原子的任一端上，形成Si-R-Si结合。

直接键合到取代的或未取代的烷基部分上的硅原子的份额可以是约4％到约100％，较好的是从约20％到约100％，最好是从约50％到约100％。

包含非相互作用的、互相贯穿的网络改性剂或其水解产物的水解的粘结组合物形成为包含拉伸的氧化硅基体(即-Si-O-Si网络)和互相贯穿的、有机的聚合的基体的粘结材料。该拉伸的氧化硅基体和聚合的基体彼此并不键合，因此实际上在该聚合基体中没有一个原子与拉伸的氧化硅基体上的原子键合。

实践中，可以通过使有机-烷氧基硅烷溶解在乙醇或二甲基甲酰胺中，并进行回流而制得溶液。加入乙醇、水和HCl的混合物，并使该溶胶回流30分钟。然后将反应容器顶部加封并冷却之。

一般说来，在冷却时，溶胶具有约5cps的粘度。溶液的粘度随时间而增加，粘度变化的速度主要取决于固体和溶剂的类型。通过使溶液稀释，或使用DMF作为乙醇的共溶剂，便可以延长贮存期限。典型的操作粘度是5至45cps。这种粘度可以通过对稀释的溶胶进行老化而得到，也可以通过旋转蒸发使低粘度溶胶浓缩而获得。

在各种组成中所包含的每一种组分预定的性能是：甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MEMO)用于通过具有紫外光固化能力的活性聚合改性来形成分子间互相贯穿的网络；甲基三乙氧基硅烷(MTES)用于其它的Si-O₄网络的惰性网络改性(这些组分赋予凝胶以疏水性)；PTFS则将氟加入硅酸盐结构中，并将羟基(硅烷醇)从凝胶结构中减至最小或消除；四乙氧基锗(TEGe)和四丁氧基钛(TBTi)则以高折射率的组分来改进网络的性能。

锗和钛是作为醇盐添加到基本组分中去的。锗和钛水解都十分迅速，所以，可以通过以比化学计量的量要少些的水来预先水解乙氧基硅烷混合物，这样就能进行控制以形成清澈的流体溶胶。然后将锗或钛的醇盐在乙醇中的稀释溶液加到溶胶中。

氟化物是通过苯基三氟硅烷前体加入到溶胶中去的。将液体PTFS加入到溶液中。然而，氟化物会加速胶凝过程。为了使流体溶胶具有良好的加工性能，将Si-OR∶H₂O的比值从0.5增加至1.0或更高。已经确定，当使用PTFS或其它氟化物供源时，不需要加酸。加水之后，最好将水解的混合物在40至50℃温热，而不用比较强烈的回流加热。采用这些技术，便可生产一种流体和水都很清澈的最终前体。

已发现***中的质量损失来源于三个区段：从20℃至100℃：溶剂和过量的水变干造成的质量减少；从100℃至300℃：质量减少主要由于水解和凝固反应完成，凝胶构架密度增加而析出水分；从300℃至600℃：质量损失来自于非水解有机改性剂的分解和氧化。伴随着明显的质量损失，以及构架变得致密的过程，预计会产生收缩应力。

要使这一过程最佳化涉及到使在低温(此时凝胶是软的和可塑的)所进行的水解和凝固的程度达到最大，并在致密的构架中提供充分的应力弛豫，以便适应可能发生的任何高温收缩。氟化物凝胶提供了更高的温度稳定性。它们较低的有机质含量也有利于低的质量损失，以及更少的由热引发致密的情况。另一方面，正是由于包含了有机改性剂，才使凝胶具有结构上的柔韧性。

对在常规的光纤网络中的应用而言，理想的折射率是约1.46，这也是通常用于光纤光芯的玻璃材料的折射率。成分的影响，如甲基的官能，或者结构的影响，如材料中的孔隙度，都能显著地降低折射率。为了提高折射率，使少部分的二氧化硅被代之以二氧化锗或二氧化钛。通过在组合物中加入苯基三烷氧基硅烷、二苯基二烷氧基硅烷、苯基三氟硅烷或是它们的混合物，也可以改变折射率。制备包含8％的聚二甲基硅氧烷、0和80％的苯基三乙氧基硅烷和/或苯基三氟硅烷，以及剩余部分为甲基三乙氧基硅烷的组合物，并将该组合物改制成一个被加热至250℃的清澈的圆盘。采用贝克线法，通过与一系列具有标准折射率的油相比较，测量在588纳米处的折射率。表3详细描述了各种组合物和它们的折射率的硅特性。由表中可见，这些组合物的折射率可在1.39至1.55之间变化。

                        表    3

    (Si-C₆H₅)/(总的Si)         折射率

             0                     1.39

             9                     1.43

             27                    1.47

             80                    1.55

本发明的材料配方在波长1310纳米和1550纳米处的传输特性是一些特别有用的属性。一般说来，这些混合材料在近红外(IR)的光谱是受来自于有机改性剂和来自于未完全反应的硅烷醇基团的振动泛频峰的支配。本发明的各种配方均经精心设计，使振动模的数目达到最小。这就使在近红外的泛频峰和组合带谱尽可能地不太复杂。

在近红外区，只有C-H和SiO-H的拉伸和苯基的弯曲模是起作用的。C-H拉伸泛频峰带位置是从1630至1750纳米和1150至1200纳米。硅烷醇拉伸带的位置是从1370至1410纳米。苯基环弯曲在1700至2000纳米的区间是起作用的。

只有未完成凝固的硅烷醇是本结构中的非关键部分。这种材料在仍然处于粘性状态的同时，还能进行高度凝固的非凡能力，使其含量可维持在最低值。通过在配方中加入氟化物，也可以使硅烷醇含量达到最小。

为了使不希望存在的吸收带减至最小，重要的是使最终材料中硅烷醇的含量降低。从而可使在1310纳米和1550纳米的光窗中的吸收降至很低的水平。这点是特别重要的，因为主要的通信应用都是工作在这些窗口。

在某些情况下，即使如此获得的这样低的损失也可能是很重要的。因而，吸收的较弱部分或各组合带仍然可能在1310或1550纳米窗口引起不适当的损失。通过使用具有由氘交换过的有机基团的前体，可制造出一些混合材料来减少这种吸收。当采用诸如CD₃Si(OC₂H₅)₃和C₆D₅Si(OC₂H₅)₃之类的前体时，硅氧烷网络被CD₃和C₆D₅基团改性。各C-D振动频率从同样的C-H模移动到更低的能量，于是各泛频峰也被移动。用这种方法，可以减少在近红外区的总吸收。这是由于吸收的薄弱部分变得更小，而且干涉特性是更高阶的泛频峰，而它们从根本上说，具有更低的强度。使用氧化氘作为水的供源也可使1380纳米处SiOH的吸收影响减至最小，因为SiO-D的吸收位置是在约2000纳米处。

参照下面的具体应用例子，对本发明作进一步的叙述。实施例1：用一种溶胶-凝胶粘附剂进行硬性连接。

用本发明的材料进行连接的工艺，可以这样来评价：将两根光纤对齐并用一滴溶胶将它们连接起来。溶胶是用17份聚二甲基硅烷、21份甲基三乙氧基硅烷和62份四乙氧基硅烷的混合物来制备的。将一滴溶胶置于接头上。对1550纳米处的信号进行短暂地优化。然后用对流热源在约5厘米处对该接头进行加热，直到接头***，然后再加热一分钟。

从混合接头所发生的损失用下述方法进行测量。将两根光纤在光学工作台上对齐。使一束1550纳米的激光以最小的损失通过一根光纤，再穿过空气间隙(25微米)，然后穿过第二根光纤。

在每一阶段都对相对于原先具有空气界面的对齐的损失进行测量。加一滴液体溶胶的最初影响是约0.1到0.3分贝的净光增益。在最初的再对准之后，它便增加到0.7分贝之高。受热通常会造成信号的明显波动，因而在加热期间，会造成高的损失。然而，当热源撤除且试样冷下来后，信号一般会返回到一较低的损失。轻轻地将光纤重新对齐，观察到相对原先空气间隙对齐的0.5到1.0分贝的净增益。没有观察到散射或吸收损失。

用一把热空气喷枪对着湿的接头以提供110℃的温度。用这种方法可以很快地造出能支持10克张力负荷的很牢固的接头。实施例2：使用富含MTES的粘结组合物对两根光纤进行硬性连接。

制备溶胶，其组成为8％的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，83％的甲基三乙氧基硅烷(MTES)和9％的苯基三氟硅烷(PTFS)，以上是以摩尔数计的，具体做法是量35.6毫升MTES，1.33毫升PDMS和2.67毫升PTFS，放入一顶部加封的纳尔金(Nalgene)离心管中。

将该混合物加热至70℃，然后与5.4毫升水混合。在该混合物中，一开始时水是相分离的，但经20至30分钟的剧烈摇动后，溶液均匀化成单一相。溶胶再继续温热30分钟，然后冷却。产物是无色透明的溶胶，其粘度约为5至10厘泊。使该溶胶在空气中干燥1天，得到粘度为10³泊的溶胶。

将两根光纤在一个光工作台上对齐，使一束1550纳米的激光以最小的损失通过一根光纤，再通过25微米的空气间隙，然后通过第二根光纤。将一小滴溶胶置于接头上。由于光纤的表面张力，光纤会产生轻微的位移。将两根光纤再次对准，以取得通过该两根光纤和未固化的粘结剂的最小的光损失。然后用一定向的加热的空气流对着接头吹2分钟，以达到235℃的温度，然后使其冷却。冷却后的接头是硬的，也是牢固的。用一种聚异丁烯酸酯来将两纤维粘到硅芯片上，以防止接头因正常加工产生的应力而断裂。

对整个过程的光损失进行测量，并将三个样品的测量结果列于表4中。在采用粘结组合物后，通过两根光纤之间间隙所传送的光功率的改善展示了这种光接头的优良品质。

                       表    4

试样编号	有空气间隙时的功率	加溶胶后的功率	235℃时的功率	安装好后的功率
					123	11.5dBm11.5dBm11.9dBm	11.5dBm11.9dBm10.9dBm	11.1dBm12.1dBm11.1dBm	11.1dBm11.3dBm11.0dBm

实施例3：对一光纤和一光波导进行硬性连接

在一光工作台上，将一光纤与一平面波导的芯部对齐。使一束1550微米的激光以最小的损失通过一根光纤，通过一个10微米的空气间隙，再通过波导。将一小滴实施例2的溶胶置于波导和光纤上，使之填满间隙。由于光纤的表面张力，光纤发生轻微的位移。将光纤重新定位以取得通过整个光***的最低光损失。然后用一定向的加热的空气流给接头加热2分钟，以达到235℃的温度。冷却后，接头很硬也很牢固。用聚异丁烯酸酯做后部接点，以提供机械牢度。对整个过程的光损失进行测量，并将用本方法做的三个样片的测量结果列于表5中。低的损失和/或光功率的改善显示出这种光接头的优良品质。

                          表    5

试样编号	有空气间隙时的功率	加溶胶后的功率	235℃时的功率	安装好后的功率
					123	14.4dBm21.4dBm13.9dBm	14.3dBm20.9dBm13.9dBm	16.0dBm20.0dBm15.0dBm	14.6dBm19.9dBm14.0dBm

实施例4：机械粘结

将一根光纤剥去其聚合物保护涂层，并在异丙醇中清洗。将二氧化硅导板按同样方法清洗，并将所述光纤置于导板表面。将一滴粘度为10⁵泊的实施例2中的粘结组合物置于光纤和玻璃导板上，以形成直径为2毫米的粘结剂滴。以每分钟1℃的升温速度将试样加热到200℃，然后再冷却下来。

对5个试样的粘结强度进行了测量，具体是通过张力试验，夹紧纤维和导板，测量使两者脱离粘结所需的力。在这5个试样中，一个试样在负荷为0.9磅时，由于粘结物从玻璃导板上剥离而毁坏，其余几个则在负荷为1.2至1.4磅间毁坏。实施例5：使用粘结组合物填充空隙

本实施例介绍了在光径中提供诸如偏振和滤光等功能的网络中用粘结组合物来减少损失的例子。

按照实施例2的方法制备溶胶，其组成为：8％PDMS，66％MTES，9％PTFS和17％的苯基三乙氧基硅烷(PTES)，以上均以摩尔数计。将该溶胶在一顶部包封的指形管中老化三天，然后在空气中干燥一天。制得粘度为10³的溶胶。在一直线波导中开一个300微米深、50微米宽的槽。在充有和不充有折射率n＝1.46的油的情况下分别测量经过该槽的传输损失。所测得的损失包括在波导中的传输损失、在槽的两个界面上的反射损失和由于光束在槽中的发散所造成的损失。

将槽清洗干净，将一小滴粘结组合物置于槽上，并使之完全充满槽中。然后将波导加热至250℃并冷却之。这样产生的被填满的槽没有裂缝。将1550纳米处的传输损失与用折射率油时的损失相比较。具有空气间隙时槽的传输损失为6.0db，当槽中注满折射率油时降至3.3db，而当填满粘结组合物时降至3.0db。另一具有空气间隙传输损失为7.8db的槽，当槽中注满折射率油时，降为4.2db，而当注满水解的粘结组合物时，则降为3.9db。在将槽注满粘结组合物后所测得的低的损失显示出这种光学粘合剂用于介入式器件时的优良品质。实施例6：折射率

将实施例5中的溶胶组合物作为基本组合物。再制备另外一些溶胶，其成分略有变化。制备一些固化后的粘结试样用于折射率测量。根据测量结果可以确定，折射率取决于MTES对PTFS+PTES之和的比值。具体地说，通过将该比值从69MTES：14PTFS+9PTES改变为63MTES：20PTFS+9PTES，折射率可以从约1.45改变到约1.47。而PDMS含量保持恒定在8％。实施例7：具有快速固化的硬性连接

如实施例3所述地将一光纤与平面波导对齐。将一滴按照实施例5的组分制备的溶胶置于该波导和光纤上，填满在它们之间的5到10微米的间隙。用二氧化碳激光束来加热该光纤-溶胶-波导接头。所用激光束为约1至2瓦，且未经聚焦(标称直径8毫米)。用一陶瓷掩罩将光束遮断，只留下光束中心2毫米的区域透过，以便使光束对准照射粘结材料。光束在30秒内将接头加热到250℃，然后熄掉。加热和冷却该接头所需的总时间少于2分钟。冷却后的接头既硬又牢。再用一种聚合的异丁烯酸酯-氨基甲酸乙酯配方来制造后部接头。

在连接过程中，对每个接头都测量在1550纳米处的光损失。对每一波导均测量其附加损失，即在连接一个波导的输入和输出中所有损失之和。表6给出的数据表明：用这种快速加工方法可以获得很低的损失。在1550纳米时的背反射值一般小于-48分贝，这表明该粘结组合物与该波导芯部的折射率紧密匹配。一些聚合物光学粘结剂的背反射值通常是约-35分贝。这些结果表明：这类试验粘结材料的光学特性等效于或优于一些有机粘合剂。

                          表    6

试样编号	在连接过程中的损失(分贝)	附加损失(分贝)
			输入1输出1输入2输出2	0.190.020.050.00	0.100.10

实施例8：耐湿热的能力

在实施例7中所述的1×4分光器经熔融连结于光纤，光纤在输入端连接到一光源，在输出端连接到一探测器。各输出端通过光开关连接，该开关允许对4个通道在1550纳米处的损失测量值顺序进行采集。所连接的芯片置于一环境试验柜中，并使其温度为85℃，相对湿度为85％。对光损失每小时进行一次监测，以确定湿热对这些硬性连接的接头的影响。

表7列出了对这4个波导的偏差和漂移值，所谓偏差是指在测试期间最大和最小光功率之间的差值；所谓漂移是指最后的光功率和起始的光功率之间的差值。这些结果是对老化时间为650小时而言。同时还提供了采用市售的异丁烯酸酯-氨基甲酸乙酯光学粘结剂所获得的结果。溶胶-凝胶粘结组合物产生的偏差小于0.15分贝，而漂移值小于0.10分贝，相对照的聚合物粘结剂的值分别为偏差0.5分贝，漂移0.2分贝。

                          表    7在85℃和85％的相对湿度下老化650小时期间的偏差和漂移值

试样编号    偏差(分贝)    漂移(分贝)

   1           0.10          0.02

   2           0.12          0.01实施例9：热循环耐受能力

三个如实施例7所述制成的带引出线的光纤到芯片的接头经熔融连接于光纤，光纤在输入端连接到一光源，在输出端连接到一探测器。各输出端通过一光开关连接，该开关允许对4个通道的损失测量值顺序进行采集。然后将芯片放入由程序控制的炉子中并从-40℃至+80℃循环10次。表8列出了偏差值和漂移值，偏差指数是在测试期间最大和最小光功率之间的差值；漂移值的是在最后的光功率和起始的光功率之间的差值。第二次测试将循环温度扩大为-60°/+循环两次，再在-70℃至+1802循环两次。测试结果表明在标准测试条件下，以及在远为严峻的极端温度条件下，均具有保持偏差小于0.2分贝的能力。这些数据表示出相对于有机聚合物光学粘结剂的重大的改进，因为后者在或者接近其T_g值时便失效了(T_g值在100至130℃范围内)。

           表    8    (表中数据之单位为分贝)

试样编号	偏差       漂移循环10次，-40/+80℃	偏差                  漂移每种情况循环2次；-40/+80℃；-70/+180℃
			123	0.10       0.020.12      -0.010.17       0.05	0.12                 0.100.15                 0.070.25                 0.00

虽然为了说明的目的已对本发明作了详细描述，但应理解这种详细说明仅仅是为了此目的，本领域的技术人员可以对此作出各种变化而不脱离由下述权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (52)

1.一种无机-有机混合材料，包含拉伸的基体，内含硅原子和氧原子，拉伸的基体中至少一部分硅原子直接与取代的或未取代的烃部分键合。

2.如权利要求1所述的无机-有机混合材料，其特征在于与烃部分直接键合的那部分硅原子至少为4％。

3.如权利要求2所述的无机-有机混合材料，其特征在于直接键合的那部分硅原子至少为50％。

4.一种光导制品，至少部分含有权利要求1所述的无机-有机混合材料。

5.如权利要求4所述的光导制品，包含两个由权利要求1所述的无机-有机混合材料的粘结剂连接的光导器件。

6.如权利要求5所述的光导制品，其特征在于所述两个光导器件选自光纤、平面光波导和旋光器件。

7.如权利要求6所述的光导制品，其特征在于所述光导器件均为光纤。

8.如权利要求6所述的光导制品，其特征在于一个光导器件是光纤，而另一个光导器件是平面光波导。

9.如权利要求5所述的光导制品，其特征在于所述第一个光导器件是一其中刻有一槽的平面光波导，而所述第二个光导器件是一位于该槽中的旋光器件。

10.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于所述材料包含一水解和固化的硅烷，该硅烷选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷和芳基三烷氧基硅烷。

11.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于所述烃部分源于某些有机改性剂，所述改性剂选自惰性网络改性剂、活性网络改性剂、有机成网改性剂、活性聚合改性剂和活性可聚合改性剂。

12.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于所述材料包含一种互相渗透的有机聚合物基体。

13.如权利要求12所述的光导制品，其特征在于在所述互相渗透的有机聚合物基体中，基本上没有原子与拉伸的硅-氧基体中的原子共价结合。

14.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于所述烃部分是未取代的或取代的烷基或芳基部分。

15.如权利要求14所述的光导制品，其特征在于所述烃部分是通过Si-C键与拉伸的硅氧网络共价结合的一种改性剂的聚合产物。

16.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于所述粘结剂包含氟。

17.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于所述粘结剂包含一种选自Ge，Ti，Zr，Hf，Er和Nd的用以增加折射率的元素。

18.如权利要求17所述的光导制品，其特征在于所选择的元素是Ge或Ti。

19.如权利要求4所述的光导制品，其特征在于直接键合到未取代的或取代的烃部分的那部分硅原子至少是硅原子总数的4％。

20.如权利要求1所述的光导制品，其特征在于在所述烃部分中，氢被氘所替代。

21.制造包含权利要求1所述的材料的制品的方法，包括：

制备一种前体组合物，包含至少一种选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷和芳基三烷氧基硅烷的硅烷和烃部分的供源，以及

将所述前体组合物至少部分地水解和固化至适合形成该制品的粘度。

22.如权利要求21所述的方法，还包括由粘性材料制成所需形状的制品。

23.如权利要求22所述的方法，还包括在能有效地形成一种无机混合材料的条件下，完成已成形制品的水解和固化，所述材料包含含有硅原子和氧原子的拉伸的基体，所述硅原子的至少一部分直接键合到取代的或未取代的烃部分上。

24.如权利要求21所述的方法，其特征在于所述制品是导光的，并至少部分地包含权利要求1所述的无机-有机混合材料。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述制品是在两个光导器件之间的一种粘结物，所述方法还包括使所述前体组合物部分水解和固化，以形成一种粘结组合物，

将所述两器件以一间隔开的关系互相对齐以形成一间隙，

将所述粘结组合物注入所述间隙中以在所述两固化器件之间形成一种连接，并且在能有效地形成一种无机-有机混合材料的粘结物的条件下完成所述粘结组合物的水解和固化，所述混合材料包含拉伸的含有硅和氧原子的基体，其中至少有一部分硅原子直接与取代的或未取代的烃部分键合，由此将两光导器件连接在一起。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述两光导器件都是光纤，所述对齐包括：将所述两光纤的两端紧靠在一起，并将该两端(端或边)回抽形成一间隙，以便注入所述粘结组合物。

27.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述第一光导器件是一光纤，而第二光导器件是一平面光波导，所述对齐包括：将所述光纤的一端与所述平面光波导的一边紧靠在一起，并将该两端(端或边)回抽形成一间隙，以便注入所述粘结组合物。

28.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述第一光导器件是一平面光波导，且其中刻有一槽，而第二光导器件是一旋光器件，且该第二光导器件在该平面光波导的槽中对齐。

29.如权利要求25所述的方法，其特征在于还包括将所述粘结组合物施加到所述器件中的至少一个的接触部位上。

30.如权利要求25所述的方法，其特征在于还包括将所述两器件以一间隔开的关系对齐，并用一种填入该间隔的粘结组合物粘结该两器件。

31.如权利要求24所述的方法，其特征在于还包括将一种氟的供源加入到所述粘结组合物前体中。

32.如权利要求24所述的方法，其特征在于还包括将一种锗或钛的供源加入到所述粘结组合物前体中。

33.如权利要求24所述的方法，其特征在于还包括将一种改性剂加入到所述组合物前体中，所述改性剂选自惰性网络改性剂、活性网络改性剂、有机成网改性剂、活性聚合改性剂、活性的可聚合的改性剂、以及非相互作用、互相贯穿的网络改性剂。

34.如权利要求24所述的方法，其特征在于包括使所述粘结组合物前体老化一段时间。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于包括通过在低于100℃的温度下加热直至5小时的时间来使所述粘结组合物前体老化。

36.如权利要求24所述的方法，其特征在于包括去除在所述粘结组合物前体水解期间所产生的醇类，以避免在接头形成期间发生开裂。

37.如权利要求24所述的方法，其特征在于包括制备一种主要由PDMS、MTES、PFTS和PTES组成的粘结材料，并通过改变MTES：PTFS+PTES的比值来控制折射率。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于包括制备一种粘结组合物，包含约8％PDMS，63-69％MTES，20-14％PTFS和约9％PTES，这些含量代表了在该组合物中硅原子的比例，该组合物产生出在632纳米处具有折射率1.45-1.47的接头。

39.如权利要求24所述的方法，其特征在于包括用氘替代在烃部分中的氢。

40.一种可水解和可固化的溶胶-凝胶组合物，包含：

选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷和芳基三烷氧基硅烷中的一种或多种硅烷。

41.如权利要求40所述的组合物，其特征在于所选择的硅烷构成所述组合物的至少50％。

42.如权利要求40所述的组合物，其特征在于所述溶胶-凝胶组合物还包含选自惰性网络改性剂、活性网络改性剂、有机成网改性剂、活性聚合改性剂、活性可聚合改性剂和非相互作用、互相贯穿的网络改性剂中的一种有机组分。

43.如权利要求42所述的组合物，其特征在于选择的惰性网络改性剂是(烷基)烷氧基硅烷，或(芳基)烷氧基硅烷。

44.如权利要求42所述的组合物，其特征在于选择的有机成网改性剂是(烷基丙烯酰氧基烷基)烷氧基硅烷、乙烯基硅烷，或(丙烯酰氧基烷基)烷氧基硅烷、(环氧基-取代的烷基)烷氧基硅烷。

45.如权利要求42所述的组合物，其特征在于选择的活性聚合改性剂是末端为硅烷醇的聚二烷基硅氧烷，或是末端为三烷氧基甲硅烷基的聚二烷基硅氧烷。

46.如权利要求40所述的组合物，其特征在于所述可水解的粘结组合物还包含一种聚二烷基硅氧烷。

47.如权利要求40所述的组合物，其特征在于所述可水解的粘结组合物还包含(烷基丙烯酰氧基烷基)烷氧基硅烷。

48.如权利要求47所述的组合物，其特征在于所述可水解的粘结组合物还包含一种光引发剂。

49.如权利要求40所述的组合物，其特征在于所述可水解的粘结组合物还包含选自Ge、Ti、Zr、Hf、Er、Nb及其混合物中的一种元素的至少一种烷氧基化合物。

50.如权利要求40所述的组合物，其特征在于所述水解的粘结组合物还包含一氟的供源。

51.如权利要求40所述的可水解和可固化的溶胶-凝胶组合物，包含：选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、芳基三烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、烷基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷及其混合物中的硅烷，其总量为所述溶胶-凝胶组合物的约50％到约95％(摩尔)；

选自单体的二烷基二烷氧基硅烷和聚合的聚二烷基硅烷中的一种网络改性剂，其含量占所述溶胶-凝胶组合物的约4％到约25％(摩尔)；

芳基三氟硅烷，其含量占所述溶胶-凝胶组合物的约5％到约20％(摩尔)；

四烷氧基钛，其含量占所述溶胶-凝胶组合物的约0％到约10％(摩尔)；四烷氧基锗，其含量占所述溶胶-凝胶组合物的约0％到约20％(摩尔)。

52.如权利要求40所述的组合物，其特征在于氢原子被氘原子所替代。

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