JP2003172802A - 光学材料組成物およびそれを用いて作製される光学素子 - Google Patents
光学材料組成物およびそれを用いて作製される光学素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光通信分野で使用される光学素子の特性は温度
変化に対して安定であることが要求される。光路長の温
度依存性を小さくするためには、材料の幾何学的寸法の
熱膨張による変化を屈折率の温度変化によって補償する
ことが考えられる。有機−無機複合材料を用いて光路長
の温度依存性を小さくする試みがなされているが、作製
できる組成範囲は限られるなどの理由から、十分な特性
をもつ材料は得られていない。 【解決手段】有機官能基と加水分解性基の少なくともい
ずれか一方を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加
水分解性基の少なくともいずれか一方を有するゲルマニ
ウム化合物とを、加水分解、縮合することによって光学
材料組成物を合成する。この光学材料組成物から光学素
子を形成する際の処理条件を調整することにより、有機
成分を残留させて光路長の温度変化を小さくする。
変化に対して安定であることが要求される。光路長の温
度依存性を小さくするためには、材料の幾何学的寸法の
熱膨張による変化を屈折率の温度変化によって補償する
ことが考えられる。有機−無機複合材料を用いて光路長
の温度依存性を小さくする試みがなされているが、作製
できる組成範囲は限られるなどの理由から、十分な特性
をもつ材料は得られていない。 【解決手段】有機官能基と加水分解性基の少なくともい
ずれか一方を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加
水分解性基の少なくともいずれか一方を有するゲルマニ
ウム化合物とを、加水分解、縮合することによって光学
材料組成物を合成する。この光学材料組成物から光学素
子を形成する際の処理条件を調整することにより、有機
成分を残留させて光路長の温度変化を小さくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学材料およびそれ
を形成するための組成物に関し、とくに光通信分野で使
用する導波路やフィルタなどの光学素子用の光学材料に
関する。
を形成するための組成物に関し、とくに光通信分野で使
用する導波路やフィルタなどの光学素子用の光学材料に
関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信分野で使用される光学素子には、
光学性能が環境条件の変化に対して安定であることが要
求される。例えば、光学素子中の光路長（光学長）Ｓ
は、これが一つの材料で構成される光学系の場合、次式
で与えられる。 Ｓ＝ｎｌ （１） ただし、ｎは材料の屈折率、ｌは幾何学的な光路の長さ
である。
光学性能が環境条件の変化に対して安定であることが要
求される。例えば、光学素子中の光路長（光学長）Ｓ
は、これが一つの材料で構成される光学系の場合、次式
で与えられる。 Ｓ＝ｎｌ （１） ただし、ｎは材料の屈折率、ｌは幾何学的な光路の長さ
である。
【０００３】この光路長Ｓの温度Ｔ依存性ｄＳ／ｄＴは
次式で示される。 ｄＳ／ｄＴ＝ｌ（ｄｎ／ｄＴ＋ｎα） （２） ここで、αは材料の線膨張係数である。したがって、光
路長の温度依存性を０にするためには、正の線膨張係数
を有する材料の場合、屈折率ｎの温度依存性ｄｎ／ｄＴ
を正の線膨張係数を打ち消す大きさで負にする必要があ
る。すなわち、 ｄｎ／ｄＴ＝−ｎα （３） を満たす材料が必要とされる。
次式で示される。 ｄＳ／ｄＴ＝ｌ（ｄｎ／ｄＴ＋ｎα） （２） ここで、αは材料の線膨張係数である。したがって、光
路長の温度依存性を０にするためには、正の線膨張係数
を有する材料の場合、屈折率ｎの温度依存性ｄｎ／ｄＴ
を正の線膨張係数を打ち消す大きさで負にする必要があ
る。すなわち、 ｄｎ／ｄＴ＝−ｎα （３） を満たす材料が必要とされる。
【０００４】具体的な光学素子の例として光導波路型ブ
ラッグ回折格子を考える。この回折格子の反射（ブラッ
グ）波長λBは次式で表される。 λB＝２ｎeΛ （４） ここでｎeは光導波路の実効屈折率、Λは回折格子の周
期である。実効屈折率ｎeは導波路のコアの屈折率ｎ1に
比例し、Λは幾何学的な長さであるので、この反射波長
の温度Ｔ依存性ｄλB／ｄＴは、上記ｄＳ／ｄＴと同様
な意味をもつ。したがってｄλB／ｄＴを小さく、すな
わち反射波長の温度に対する安定性を向上させるために
は、導波路材料の屈折率の温度係数と幾何学的寸法の温
度変化を決定づける線膨張係数とが重要な因子となる。
ラッグ回折格子を考える。この回折格子の反射（ブラッ
グ）波長λBは次式で表される。 λB＝２ｎeΛ （４） ここでｎeは光導波路の実効屈折率、Λは回折格子の周
期である。実効屈折率ｎeは導波路のコアの屈折率ｎ1に
比例し、Λは幾何学的な長さであるので、この反射波長
の温度Ｔ依存性ｄλB／ｄＴは、上記ｄＳ／ｄＴと同様
な意味をもつ。したがってｄλB／ｄＴを小さく、すな
わち反射波長の温度に対する安定性を向上させるために
は、導波路材料の屈折率の温度係数と幾何学的寸法の温
度変化を決定づける線膨張係数とが重要な因子となる。
【０００５】ガラスやセラミクスなどの無機材料は耐熱
性が高く、屈折率などの光学特性の安定性も高い。しか
し融解温度が高いため成型が困難であり、また硬度が高
いので加工が困難であるという難点がある。一方、樹脂
などの有機材料は低温での成型性に優れるが、反面、耐
熱性が十分でなく、また熱膨張係数が大きく、屈折率等
の光学特性の温度依存性も比較的大きい。このような無
機材料と有機材料の利点を生かし、かつ難点を補うため
に、有機−無機複合材料の開発が行われてきた。
性が高く、屈折率などの光学特性の安定性も高い。しか
し融解温度が高いため成型が困難であり、また硬度が高
いので加工が困難であるという難点がある。一方、樹脂
などの有機材料は低温での成型性に優れるが、反面、耐
熱性が十分でなく、また熱膨張係数が大きく、屈折率等
の光学特性の温度依存性も比較的大きい。このような無
機材料と有機材料の利点を生かし、かつ難点を補うため
に、有機−無機複合材料の開発が行われてきた。
【０００６】典型的な有機−無機複合材料の合成方法と
して金属アルコキシドを用いる方法が知られている。金
属アルコキシドの加水分解、縮合反応により、石英ガラ
スと同等の組成物が得られることは、ゾル−ゲル法とし
てよく知られているが、出発物質に工夫を加え、焼成条
件を適当に選ぶことにより、有機成分が組成物中に残留
し、有機−無機複合材料が得られる。
して金属アルコキシドを用いる方法が知られている。金
属アルコキシドの加水分解、縮合反応により、石英ガラ
スと同等の組成物が得られることは、ゾル−ゲル法とし
てよく知られているが、出発物質に工夫を加え、焼成条
件を適当に選ぶことにより、有機成分が組成物中に残留
し、有機−無機複合材料が得られる。
【０００７】例えば、高い光透過性、及び耐熱性を有す
る材料を得るため、有機官能基を有するケイ素アルコキ
シドからなる材料の検討がなされている（米国特許６０
５４２５３号)。また、有機モノマーと金属アルコキシ
ドからなる有機−無機複合体を用いて、線膨張係数、屈
折率の温度変化が小さい材料が検討されている（特開平
８−１５７７３５号公報)。
る材料を得るため、有機官能基を有するケイ素アルコキ
シドからなる材料の検討がなされている（米国特許６０
５４２５３号)。また、有機モノマーと金属アルコキシ
ドからなる有機−無機複合体を用いて、線膨張係数、屈
折率の温度変化が小さい材料が検討されている（特開平
８−１５７７３５号公報)。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、有機官能基を
有するケイ素アルコキシドによる有機−無機複合材料
は、熱膨張係数が大きく、屈折率の温度係数も小さくな
いため、光学素子を形成すると、光路長の温度変化が大
きくなるという問題点は解消できていない。有機モノマ
ーと金属アルコキシドからなる有機−無機複合材料の場
合は、有機モノマーと金属アルコキシドの相溶性から、
作製できる組成範囲は限られるという問題がある。本発
明は、このような問題点を解決するため、光学素子の光
路長の温度変化を小さくすることを可能とする光学材料
組成物を提供することを目的とする。
有するケイ素アルコキシドによる有機−無機複合材料
は、熱膨張係数が大きく、屈折率の温度係数も小さくな
いため、光学素子を形成すると、光路長の温度変化が大
きくなるという問題点は解消できていない。有機モノマ
ーと金属アルコキシドからなる有機−無機複合材料の場
合は、有機モノマーと金属アルコキシドの相溶性から、
作製できる組成範囲は限られるという問題がある。本発
明は、このような問題点を解決するため、光学素子の光
路長の温度変化を小さくすることを可能とする光学材料
組成物を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の光学材料組成物
は有機官能基と加水分解性基の少なくともいずれか一方
を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加水分解性基
の少なくともいずれか一方を有するゲルマニウム化合物
とから合成されるが、有機成分を含有することが特徴で
ある。
は有機官能基と加水分解性基の少なくともいずれか一方
を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加水分解性基
の少なくともいずれか一方を有するゲルマニウム化合物
とから合成されるが、有機成分を含有することが特徴で
ある。
【００１０】本発明の光学材料組成物の第一の態様は、
一般式 Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i で表されるケイ素化合物（ただし、ｉ＝１，２，３、Ｒ
1は有機官能基、Ｘ1は加水分解性基を示す）と、 Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j または Ｒ2 4Ｇｅ または ＧｅＸ2 4 で表されるゲルマニウム化合物（ただし、ｊ＝１，２，
３、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2は加水分解性基を示す）
と、を主要な出発物質とし、これらを加水分解、縮合す
ることによって得られる組成物である。ここで、反応性
有機基とは、光を照射したり、加熱することにより官能
基間での反応が起こるような一部の有機官能基を意味す
る。加水分解性基とは、加水分解を起こす可能性のある
基の総称である。
一般式 Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i で表されるケイ素化合物（ただし、ｉ＝１，２，３、Ｒ
1は有機官能基、Ｘ1は加水分解性基を示す）と、 Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j または Ｒ2 4Ｇｅ または ＧｅＸ2 4 で表されるゲルマニウム化合物（ただし、ｊ＝１，２，
３、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2は加水分解性基を示す）
と、を主要な出発物質とし、これらを加水分解、縮合す
ることによって得られる組成物である。ここで、反応性
有機基とは、光を照射したり、加熱することにより官能
基間での反応が起こるような一部の有機官能基を意味す
る。加水分解性基とは、加水分解を起こす可能性のある
基の総称である。
【００１１】また、本発明の光学材料形成用組成物の第
二の態様は、一般式 Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i または Ｒ1 4Ｓｉ または ＳｉＸ1 4 で表されるケイ素化合物（ただし、ｉ＝１，２，３、Ｒ
1は有機官能基、Ｘ1は加水分解性基を示す）と、 Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j で表されるゲルマニウム化合物（ただし、ｊ＝１，２，
３、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2は加水分解性基を示す）
と、を主要な出発物質とし、これらを加水分解、縮合す
ることによって得られる組成物である。
二の態様は、一般式 Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i または Ｒ1 4Ｓｉ または ＳｉＸ1 4 で表されるケイ素化合物（ただし、ｉ＝１，２，３、Ｒ
1は有機官能基、Ｘ1は加水分解性基を示す）と、 Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j で表されるゲルマニウム化合物（ただし、ｊ＝１，２，
３、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2は加水分解性基を示す）
と、を主要な出発物質とし、これらを加水分解、縮合す
ることによって得られる組成物である。
【００１２】とくに有機官能基Ｒ1、反応性有機基Ｒ2が
アルケニル基であることが望ましく、ケイ素化合物が≡
−メタクリロキシプロピル基を有するケイ素アルコキシ
ドであることが望ましい。またはゲルマニウム化合物は
アリル基を有するゲルマニウム塩化物であることが望ま
しい。
アルケニル基であることが望ましく、ケイ素化合物が≡
−メタクリロキシプロピル基を有するケイ素アルコキシ
ドであることが望ましい。またはゲルマニウム化合物は
アリル基を有するゲルマニウム塩化物であることが望ま
しい。
【００１３】これらの組成物は有機成分を含有している
ことが重要で、これによって材料の熱膨張を屈折率の温
度係数によって補償することが可能となる。これらの組
成物を用いて光学素子を構成することにより、温度変化
に対して安定な素子性能が得られる。
ことが重要で、これによって材料の熱膨張を屈折率の温
度係数によって補償することが可能となる。これらの組
成物を用いて光学素子を構成することにより、温度変化
に対して安定な素子性能が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明を完成する過程では、光路
長の熱膨張による変化を屈折率の温度変化によって補償
することが可能な材料を、アルコキシドを基本として探
索した。まず、下記の一般式（５） Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i （５） (ただし、ｉは１〜３の整数、Ｒ1は有機官能基、Ｘ1は
加水分解性基を示す)で示されるケイ素アルコキシド等
のケイ素化合物からなる光学材料組成物においては、一
般に有機官能基Ｒ1が反応して生成する重合物のｄｎ／
ｄＴが負に大きすぎるため、ｄＳ／ｄＴは負となり、光
路長Ｓの温度依存性は悪くなる。このため、本発明者ら
は、この材料よりもｄｎ／ｄＴを大きく調整することに
より、光路長の温度依存性を低減することを検討した。
長の熱膨張による変化を屈折率の温度変化によって補償
することが可能な材料を、アルコキシドを基本として探
索した。まず、下記の一般式（５） Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i （５） (ただし、ｉは１〜３の整数、Ｒ1は有機官能基、Ｘ1は
加水分解性基を示す)で示されるケイ素アルコキシド等
のケイ素化合物からなる光学材料組成物においては、一
般に有機官能基Ｒ1が反応して生成する重合物のｄｎ／
ｄＴが負に大きすぎるため、ｄＳ／ｄＴは負となり、光
路長Ｓの温度依存性は悪くなる。このため、本発明者ら
は、この材料よりもｄｎ／ｄＴを大きく調整することに
より、光路長の温度依存性を低減することを検討した。
【００１５】その結果、ゲルマニアの屈折率の温度依存
性はｄｎ／ｄＴ＝１８．８×１０-6Ｋ-1であり、比較的
大きな正の値を有することから、ゲルマニウムを含む材
料で光学材料組成物を得ることに想到した。この着想か
ら、下記一般式（６） Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j （６） （ただし、ｊは１〜３の整数、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2
は加水分解性基を示す)で示されるゲルマニウム化合物
と、上記一般式（５）で表されるケイ素化合物とを加
え、これを加水分解、縮合した光学材料組成物を使用す
ることにより、本発明の目的を達成することができる見
通しを得た。
性はｄｎ／ｄＴ＝１８．８×１０-6Ｋ-1であり、比較的
大きな正の値を有することから、ゲルマニウムを含む材
料で光学材料組成物を得ることに想到した。この着想か
ら、下記一般式（６） Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j （６） （ただし、ｊは１〜３の整数、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2
は加水分解性基を示す)で示されるゲルマニウム化合物
と、上記一般式（５）で表されるケイ素化合物とを加
え、これを加水分解、縮合した光学材料組成物を使用す
ることにより、本発明の目的を達成することができる見
通しを得た。
【００１６】（５）、（６）式で表される本発明の出発
物質は、有機官能基、反応性有機基、加水分解性基を含
む。ここで反応性有機基とは反応性を有する有機官能基
を意味する。したがってＲ1、Ｒ2はともに反応性有機基
であってもよい。これらを加水分解、縮合して得られる
光学材料組成物、さらにはその光学材料組成物を重合処
理等して最終的に作製される光学素子中に、未反応の有
機基を残存させることができる。シリカ、ゲルマニアそ
れ自体は正のｄＳ／ｄＴを有するが、残存させた未反応
の有機基等に負のｄｎ／ｄＴを持たせることは可能であ
る。この点を考慮し、加水分解、縮合反応の調整あるい
は重合反応を調整して有機成分を残留させることによ
り、温度依存性の小さい光学素子を形成することができ
る。
物質は、有機官能基、反応性有機基、加水分解性基を含
む。ここで反応性有機基とは反応性を有する有機官能基
を意味する。したがってＲ1、Ｒ2はともに反応性有機基
であってもよい。これらを加水分解、縮合して得られる
光学材料組成物、さらにはその光学材料組成物を重合処
理等して最終的に作製される光学素子中に、未反応の有
機基を残存させることができる。シリカ、ゲルマニアそ
れ自体は正のｄＳ／ｄＴを有するが、残存させた未反応
の有機基等に負のｄｎ／ｄＴを持たせることは可能であ
る。この点を考慮し、加水分解、縮合反応の調整あるい
は重合反応を調整して有機成分を残留させることによ
り、温度依存性の小さい光学素子を形成することができ
る。
【００１７】なお、出発物質が有機官能基を含まない場
合においても、本発明の光学材料組成物から作製される
光学素子中に、未反応の加水分解性基等を残存させるこ
とができ、これに負のｄｎ／ｄＴを持たせることが可能
である。したがって、（５）式のケイ素化合物に対する
ゲルマニウム化合物は、反応性有機基Ｒ2かまたは加水
分解性基Ｘ2のいずれか一方を含まない、 Ｒ2 4Ｇｅ または ＧｅＸ2 4 （７） であってもよい。またゲルマニウム化合物が（６）式で
表される場合には、ケイ素化合物は有機官能基Ｒ1かま
たは加水分解性基Ｘ1のいずれか一方を含まない、 Ｒ1 4Ｓｉ または ＳｉＸ1 4 （８） であってもよい。
合においても、本発明の光学材料組成物から作製される
光学素子中に、未反応の加水分解性基等を残存させるこ
とができ、これに負のｄｎ／ｄＴを持たせることが可能
である。したがって、（５）式のケイ素化合物に対する
ゲルマニウム化合物は、反応性有機基Ｒ2かまたは加水
分解性基Ｘ2のいずれか一方を含まない、 Ｒ2 4Ｇｅ または ＧｅＸ2 4 （７） であってもよい。またゲルマニウム化合物が（６）式で
表される場合には、ケイ素化合物は有機官能基Ｒ1かま
たは加水分解性基Ｘ1のいずれか一方を含まない、 Ｒ1 4Ｓｉ または ＳｉＸ1 4 （８） であってもよい。
【００１８】Ｒ1、Ｒ2として使用できる代表的な反応性
有機基はアルケニル基である。具体的にはビニル基、≡
−メタクリロキシプロピル基、アリル基などが挙げられ
る。アルケニル基は紫外線等の照射により重合させるこ
とができる。この他、Ｒ1として使用できる有機官能基
としては、メチル基、フェニル基などが挙げられる。加
水分解性基としては、アルコキシル基、塩素等のハロゲ
ン基、水酸基などが挙げられる。
有機基はアルケニル基である。具体的にはビニル基、≡
−メタクリロキシプロピル基、アリル基などが挙げられ
る。アルケニル基は紫外線等の照射により重合させるこ
とができる。この他、Ｒ1として使用できる有機官能基
としては、メチル基、フェニル基などが挙げられる。加
水分解性基としては、アルコキシル基、塩素等のハロゲ
ン基、水酸基などが挙げられる。
【００１９】たとえば、一般式（５）で示されるケイ素
化合物には、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリエ
トキシシラン、≡−メタクリロキシプロピルトリエトキ
シシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエト
キシシラン、フェニルトリエトキシシランなど、一般式
（８）で示されるケイ素化合物には、テトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。一般式
（６）で示されるゲルマニウム化合物には、アリルトリ
クロロゲルマン、メタクリロキシトリエチルゲルマン、
メチルトリクロロゲルマン、アリルトリクロロゲルマン
など、一般式（７）で示されるゲルマニウム化合物に
は、テトラエトキシゲルマン、テトラメトキシゲルマ
ン、テトライソプロポキシゲルマンなどが挙げられる。
化合物には、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリエ
トキシシラン、≡−メタクリロキシプロピルトリエトキ
シシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエト
キシシラン、フェニルトリエトキシシランなど、一般式
（８）で示されるケイ素化合物には、テトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。一般式
（６）で示されるゲルマニウム化合物には、アリルトリ
クロロゲルマン、メタクリロキシトリエチルゲルマン、
メチルトリクロロゲルマン、アリルトリクロロゲルマン
など、一般式（７）で示されるゲルマニウム化合物に
は、テトラエトキシゲルマン、テトラメトキシゲルマ
ン、テトライソプロポキシゲルマンなどが挙げられる。
【００２０】本発明の光学材料組成物は、ケイ素化合物
とゲルマニウム化合物の割合を任意に変えることが可能
である。さらに、必要に応じて、金属アルコキシド、及
び金属アルコキシドから誘導される化合物、光反応開始
剤等の触媒を添加することができる。つぎに、本発明の
光学材組成物から、光学素子を作製した実施例について
説明する。
とゲルマニウム化合物の割合を任意に変えることが可能
である。さらに、必要に応じて、金属アルコキシド、及
び金属アルコキシドから誘導される化合物、光反応開始
剤等の触媒を添加することができる。つぎに、本発明の
光学材組成物から、光学素子を作製した実施例について
説明する。
【００２１】［実施例］本発明の光学材料組成物を用い
て光導波路を作製するため、光反応開始剤を含む第１の
光学材料組成物と含まない第２の光学材料組成物を調製
する。
て光導波路を作製するため、光反応開始剤を含む第１の
光学材料組成物と含まない第２の光学材料組成物を調製
する。
【００２２】≡−メタクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン：１３ミリモル、イソブトキシアルミノキシトリ
エトキシシラン：３ミリモル、アリルトリクロロゲルマ
ン：１ミリモル、０．１規定塩酸水溶液：２３．５ミリ
モル、イソプロパノール：７ミリモルからなる溶液を室
温で撹拌し、均一溶液とし、これを第２の光学材料組成
物とする。つぎにこの組成物に光反応開始剤として２−
ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−
オンを1滴滴下し、光反応性を有する第１の光学材料組
成物を得た。
シラン：１３ミリモル、イソブトキシアルミノキシトリ
エトキシシラン：３ミリモル、アリルトリクロロゲルマ
ン：１ミリモル、０．１規定塩酸水溶液：２３．５ミリ
モル、イソプロパノール：７ミリモルからなる溶液を室
温で撹拌し、均一溶液とし、これを第２の光学材料組成
物とする。つぎにこの組成物に光反応開始剤として２−
ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−
オンを1滴滴下し、光反応性を有する第１の光学材料組
成物を得た。
【００２３】第１の光学材料組成物をシリコン基板上に
スピンコートし乾燥させたところ、膜厚９．８≡ｍの塗
布膜が得られた。この塗布膜表面に第２の光学材料組成
物をスピンコートし乾燥させると、さらに膜厚３μmの
塗布膜が得られた。この２層の塗布膜に高圧水銀ランプ
を照射すると、光反応開始剤を含有する第１層中の反応
性有機基が重合し、第１層の屈折率が上昇する。第２層
は光反応性を有さないため屈折率が変化せず、第１層と
の間で屈折率差が生じる。すなわち、第1層をコア、第
２層をクラッドとする光導波路を作製することができ
る。
スピンコートし乾燥させたところ、膜厚９．８≡ｍの塗
布膜が得られた。この塗布膜表面に第２の光学材料組成
物をスピンコートし乾燥させると、さらに膜厚３μmの
塗布膜が得られた。この２層の塗布膜に高圧水銀ランプ
を照射すると、光反応開始剤を含有する第１層中の反応
性有機基が重合し、第１層の屈折率が上昇する。第２層
は光反応性を有さないため屈折率が変化せず、第１層と
の間で屈折率差が生じる。すなわち、第1層をコア、第
２層をクラッドとする光導波路を作製することができ
る。
【００２４】この光導波路に二光束干渉露光法によって
ブラッグ回折格子を形成させた。使用した二光束干渉露
光法の光学系を図１に示す。Ｈｅ−Ｃｄレーザ１０から
の波長３２５ｎｍのレーザ光４０を反射鏡２０を折り返
し、ビームスプリッタ２２により２つの光束４２，４４
に分ける。この２光束をそれぞれ反射鏡２４，２６によ
って基板３０上で交差させ、干渉させる。発生する干渉
縞パターンにより基板上の塗布膜第１層のコア層の重合
をさらに進行させ、屈折率が周期的に変化する構造を生
成した。その後、１１０ Cで熱処理を行い、ブラッグ回
折格子を有する平板型光導波路を得た。
ブラッグ回折格子を形成させた。使用した二光束干渉露
光法の光学系を図１に示す。Ｈｅ−Ｃｄレーザ１０から
の波長３２５ｎｍのレーザ光４０を反射鏡２０を折り返
し、ビームスプリッタ２２により２つの光束４２，４４
に分ける。この２光束をそれぞれ反射鏡２４，２６によ
って基板３０上で交差させ、干渉させる。発生する干渉
縞パターンにより基板上の塗布膜第１層のコア層の重合
をさらに進行させ、屈折率が周期的に変化する構造を生
成した。その後、１１０ Cで熱処理を行い、ブラッグ回
折格子を有する平板型光導波路を得た。
【００２５】図２に示すように、得られた光導波路５０
の端面５２に波長１３００ｎｍを中心とするＬＥＤ光４
６を結合し、導波させた。光導波路５０の他端面５４か
らの出射光４８のスペクトルを観測するとディップ４５
が生じているのがわかった。これは、導波光の波長域の
うち一定の波長のみがブラッグ回折格子５４により反射
されたことを示すものである。光導波路の温度を変え
て、同様にブラッグ回折格子による反射波長(λB)を測
定したところ、λBの温度依存性(ｄλB／ｄＴ)は、−
０．７７×１０-10ｍＫ-1であった。
の端面５２に波長１３００ｎｍを中心とするＬＥＤ光４
６を結合し、導波させた。光導波路５０の他端面５４か
らの出射光４８のスペクトルを観測するとディップ４５
が生じているのがわかった。これは、導波光の波長域の
うち一定の波長のみがブラッグ回折格子５４により反射
されたことを示すものである。光導波路の温度を変え
て、同様にブラッグ回折格子による反射波長(λB)を測
定したところ、λBの温度依存性(ｄλB／ｄＴ)は、−
０．７７×１０-10ｍＫ-1であった。
【００２６】［比較例］≡−メタクリロキシプロピルト
リメトキシシラン：１４ミリモル、イソブトキシアルミ
ノキシトリエトキシシラン：３ミリモル、０．１規定塩
酸水溶液２３．５ミリモル、イソプロパノール：７ミリ
モル、水：３０ミリモルからなる溶液を室温で撹拌し、
均一溶液とし、これを第２の光学材料組成物とする。つ
ぎにこの組成物に光反応開始剤として２−ヒドロキシ−
２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンを1滴滴
下し、光反応性を有する第１の光学材料組成物を得た。
リメトキシシラン：１４ミリモル、イソブトキシアルミ
ノキシトリエトキシシラン：３ミリモル、０．１規定塩
酸水溶液２３．５ミリモル、イソプロパノール：７ミリ
モル、水：３０ミリモルからなる溶液を室温で撹拌し、
均一溶液とし、これを第２の光学材料組成物とする。つ
ぎにこの組成物に光反応開始剤として２−ヒドロキシ−
２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンを1滴滴
下し、光反応性を有する第１の光学材料組成物を得た。
【００２７】第１の光学材料組成物をシリコン基板上に
スピンコートし乾燥させたところ、膜厚９．５≡ｍの塗
布膜が得られた。この塗布膜表面に第２の光学材料組成
物をスピンコートし乾燥させて膜厚３μmの第２の塗布
膜を得た。この２層の塗布膜に高圧水銀ランプを照射
し、第1層をコア、第２層をクラッドとする光導波路を
作製した。この光導波路に上記同様に二光束干渉露光法
によってブラッグ回折格子を形成させた。光導波路の温
度を変えて、同様にブラッグ回折格子による反射波長
(λB)を測定したところ、λBの温度依存性(ｄλB／ｄ
Ｔ)は、−１．５９×１０-10ｍＫ-1であった。
スピンコートし乾燥させたところ、膜厚９．５≡ｍの塗
布膜が得られた。この塗布膜表面に第２の光学材料組成
物をスピンコートし乾燥させて膜厚３μmの第２の塗布
膜を得た。この２層の塗布膜に高圧水銀ランプを照射
し、第1層をコア、第２層をクラッドとする光導波路を
作製した。この光導波路に上記同様に二光束干渉露光法
によってブラッグ回折格子を形成させた。光導波路の温
度を変えて、同様にブラッグ回折格子による反射波長
(λB)を測定したところ、λBの温度依存性(ｄλB／ｄ
Ｔ)は、−１．５９×１０-10ｍＫ-1であった。
【００２８】上記実施例と比較例の差異はアリル基を有
するゲルマニウム塩化物であるアリルトリクロロゲルマ
ンを含有するか否かである。すなわち、反応性有機基お
よび加水分解性基をもつシリコン化合物のみからなる光
学材料組成物を用いた光学素子に比べて、このようなシ
リコン化合物とゲルマニウム化合物とを混合した光学材
料組成物を用いると、光学素子の光路長の温度依存性を
極めて小さくすることができる。これは光学素子を形成
している材料中に有機成分が残留しているため、屈折率
の温度変化が材料の熱膨張係数による寸法変化を補償す
る適当な値に調整されるためである。
するゲルマニウム塩化物であるアリルトリクロロゲルマ
ンを含有するか否かである。すなわち、反応性有機基お
よび加水分解性基をもつシリコン化合物のみからなる光
学材料組成物を用いた光学素子に比べて、このようなシ
リコン化合物とゲルマニウム化合物とを混合した光学材
料組成物を用いると、光学素子の光路長の温度依存性を
極めて小さくすることができる。これは光学素子を形成
している材料中に有機成分が残留しているため、屈折率
の温度変化が材料の熱膨張係数による寸法変化を補償す
る適当な値に調整されるためである。
【００２９】上記のような機能を果たすものであれば、
反応性有機基はアリル基に限定されるものではなく、加
水分解基もハロゲン（塩素）基に限定されない。使用で
きる基の例は上記の通りである。また光反応開始剤等の
添加すべき触媒も、必要な機能に応じて選択できる。
反応性有機基はアリル基に限定されるものではなく、加
水分解基もハロゲン（塩素）基に限定されない。使用で
きる基の例は上記の通りである。また光反応開始剤等の
添加すべき触媒も、必要な機能に応じて選択できる。
【００３０】また、上記実施例では光学素子として光導
波路型ブラッグ回折格子の作製について説明し、その反
射波長が温度変化に対して安定になる効果について説明
したが、光学素子およびその改善される特性はこれに限
られない。本発明の光学材料組成物は光路長を利用する
広い範囲の光学素子の作製に適用できる。光路長を利用
する光学素子には光導波路型の各種光機能素子（例え
ば、アレイ導波路回折格子やマッハ・ツェンダ型干渉素
子など）や、プリズムやエタロンなどのバルク型光学素
子がある。
波路型ブラッグ回折格子の作製について説明し、その反
射波長が温度変化に対して安定になる効果について説明
したが、光学素子およびその改善される特性はこれに限
られない。本発明の光学材料組成物は光路長を利用する
広い範囲の光学素子の作製に適用できる。光路長を利用
する光学素子には光導波路型の各種光機能素子（例え
ば、アレイ導波路回折格子やマッハ・ツェンダ型干渉素
子など）や、プリズムやエタロンなどのバルク型光学素
子がある。
【００３１】
【本発明の効果】本発明の有機官能基と加水分解性基を
有するケイ素化合物とゲルマニウム化合物とから合成さ
れ、有機成分を含有することを特徴とする光学材料組成
物を用いることにより、光路長の温度依存性が小さい光
学素子を作製することが可能となる。
有するケイ素化合物とゲルマニウム化合物とから合成さ
れ、有機成分を含有することを特徴とする光学材料組成
物を用いることにより、光路長の温度依存性が小さい光
学素子を作製することが可能となる。
【図１】 本発明の実施例の光学素子を作製するための
二光束干渉露光法の光学系を示す概略図である。
二光束干渉露光法の光学系を示す概略図である。
【図２】 本発明の実施例の光学素子を示す模式図であ
る。
る。
４６ ＬＥＤ光
４８ 出射光
５０ 光導波路
５４ ブラッグ回折格子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
// Ｃ０８Ｇ 77/58 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｆ
Ｎ
(72)発明者 山本 博章
大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号
日本板硝子株式会社内
Ｆターム(参考） 2H047 KA02 LA02 PA30 QA05 TA11
2H049 AA34 AA43 AA44 AA51 AA59
AA62
4J027 AF05 BA04 CB10 CC05 CD00
4J030 CB03 CB13 CB17 CB18 CC15
CC16 CC19 CD11 CE02 CE07
CE11 CG06
4J035 HA05 HB03 LB20
Claims (8)
- 【請求項１】有機官能基と加水分解性基の少なくともい
ずれか一方を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加
水分解性基の少なくともいずれか一方を有するゲルマニ
ウム化合物とから合成され、有機成分を含有することを
特徴とする光学材料組成物。 - 【請求項２】前記ケイ素化合物が、一般式 Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i （ただし、ｉ＝１，２，３、Ｒ1は有機官能基、Ｘ1は加
水分解性基を示す）、前記ゲルマニウム化合物が、一般
式 Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j または Ｒ2 4Ge または ＧｅＸ2 4 （ただし、ｊ＝１，２，３、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2は
加水分解性基を示す）でそれぞれ表され、これらを加水
分解、縮合することによって得られる請求項１に記載の
光学材料組成物。 - 【請求項３】前記ケイ素化合物が、一般式 Ｒ1 iＳｉＸ1 4-i または Ｒ1 4Ｓｉ または ＳｉＸ1 4 （ただし、ｉ＝１，２，３、Ｒ1は有機官能基、Ｘ1は加
水分解性基を示す）、前記ゲルマニウム化合物が、一般
式 Ｒ2 jＧｅＸ2 4-j （ただし、ｊ＝１，２，３、Ｒ2は反応性有機基、Ｘ2は
加水分解性基を示す）でそれぞれ表され、これらを加水
分解、縮合することによって得られる請求項１に記載の
光学材料組成物。 - 【請求項４】前記有機官能基Ｒ1、および反応性有機基
Ｒ2がアルケニル基である請求項１、２または３に記載
の光学材料組成物。 - 【請求項５】前記ケイ素化合物が≡−メタクリロキシプ
ロピル基を有するケイ素アルコキシドである請求項１、
２または３に記載の光学材料組成物。 - 【請求項６】前記ゲルマニウム化合物がアリル基を有す
るゲルマニウム塩化物である請求項１、２または３に記
載の光学材料組成物。 - 【請求項７】請求項１ないし６に記載の光学材料組成物
少なくとも１種類を重合した薄層材料からなり、前記薄
層材料中に有機成分を含有することを特徴とする光学素
子。 - 【請求項８】前記薄層材料を複数層積層した光学素子に
おいて、前記薄層材料の少なくともいずれか１層を光重
合反応により加工したことを特徴とする光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001373066A JP2003172802A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 光学材料組成物およびそれを用いて作製される光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001373066A JP2003172802A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 光学材料組成物およびそれを用いて作製される光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003172802A true JP2003172802A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19181848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001373066A Pending JP2003172802A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 光学材料組成物およびそれを用いて作製される光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003172802A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010518234A (ja) * | 2007-02-08 | 2010-05-27 | ダウ・コーニング・コーポレイション | ヘテロ元素を含むシロキサン化合物およびポリマー |
| US7901784B2 (en) | 2002-06-07 | 2011-03-08 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Optical waveguide, optical transmitter and receiver module, and laminated structure |
| WO2018123537A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | Jsr株式会社 | 感放射線性組成物、パターン形成方法及び金属酸化物 |
| WO2019111665A1 (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | Jsr株式会社 | レジストパターン形成方法及びレジスト膜形成用組成物 |
-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001373066A patent/JP2003172802A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7901784B2 (en) | 2002-06-07 | 2011-03-08 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Optical waveguide, optical transmitter and receiver module, and laminated structure |
| JP2010518234A (ja) * | 2007-02-08 | 2010-05-27 | ダウ・コーニング・コーポレイション | ヘテロ元素を含むシロキサン化合物およびポリマー |
| US9187602B2 (en) | 2007-02-08 | 2015-11-17 | Dow Corning Corporation | Heteroelement siloxane compounds and polymers |
| WO2018123537A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | Jsr株式会社 | 感放射線性組成物、パターン形成方法及び金属酸化物 |
| WO2019111665A1 (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | Jsr株式会社 | レジストパターン形成方法及びレジスト膜形成用組成物 |
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