JPH09197148A - 高分子光導波路 - Google Patents
高分子光導波路Info
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- JPH09197148A JPH09197148A JP8010392A JP1039296A JPH09197148A JP H09197148 A JPH09197148 A JP H09197148A JP 8010392 A JP8010392 A JP 8010392A JP 1039296 A JP1039296 A JP 1039296A JP H09197148 A JPH09197148 A JP H09197148A
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- Silicon Polymers (AREA)
Abstract
る伝搬損失の増大を極力低減させ、性能を低下させるこ
となく屈曲させることができ、かつ簡便な製造工程によ
り製造可能で、歩留りを向上し信頼性の高い高分子光導
波路。 【解決手段】 コア1と、そのコアの周りに配置された
コアより屈折率の低いクラッド2を少なくとも含む平板
型高分子光導波路において、コアの上下に前記クラッド
よりも屈折率の低い低屈折率層3が設けられていること
を特徴とする。
Description
関し、特に、光集積回路、光インタコネクション、ある
いは光合分波器等の光学部品に用いるのに優れた低損失
光導波路に関するものである。
ては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴
を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が
広く使用されている。しかし、近年においては、無機系
の材料に比べて加工性や価格の点で有利であることか
ら、光導波路用材料として、高分子系の材料も注目さ
れ、開発されている。例えば、ポリメチルメタクリレー
ト(PMMA)やポリスチレンのような透明性に優れた
高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高
分子材料をクラッドとしたコア−クラッド構造からなる
平板型光導波路素子が作製されている(特開平3−18
8402号公報)。また、耐熱性の高い透明性高分子で
あるポリイミドやポリシロキサンを用いた平板型光導波
路素子も作製されている。ところで、高分子光導波路で
あると、屈曲な形状とすることが容易に可能であるとい
う利点がある。しかしながら、従来、製造上の制約か
ら、導波路をガラス基板、シリコン基板または厚い高分
子基板上に形成していた為に、その屈曲が可能という利
点を活かすことがなかった。また、屈曲させると伝搬損
失が増加するという問題もある。このような課題を解決
するものとして、屈曲による伝搬損失の増加を低減し、
屈曲性を利用することのできる高分子導波路として、図
2に示すように、クラッド2よりも屈折率の低い低屈折
率層をコア1を囲むように形成し、屈折率分布が上下方
向および水平方向の両側からともW型となる高分子導波
路(以下、「全周W型」と称する。)が考えられる。
周W型導波路であると、屈曲による伝搬損失の増加を低
減でき屈曲性を有した導波路を実現することはできるも
のの、低屈折率層3をコア1の側壁に均一に形成するこ
とが難しく、歩留り良く製造することは困難で、信頼性
は十分ではなかった。本発明は前記課題を解決するため
になされたもので、高分子を用いた光導波路であって、
屈曲による伝搬損失の増大を極力低減させ、性能を低下
させることなく屈曲させることができ、かつ簡便な製造
工程により製造可能で、歩留りを向上し信頼性の高い高
分子光導波路を提供することを目的とする。
導波路の導波特性を検討したところ、屈曲時において、
その損失低減に主として寄与する低屈折率層は、膜厚上
下方向に位置する部分であることを解明した。また、コ
アの上下にのみ低屈折率層を形成するのであれば、スピ
ンコート等の手段により簡便に且つ高歩留りに低屈折率
層を形成することが可能であることを見い出した。即
ち、本発明は、コアと、そのコアの周りに配置されたコ
アより屈折率の低いクラッドを少なくとも含む平板型高
分子光導波路において、コアの上下にクラッドよりも屈
折率の低い低屈折率層が設けられていることを特徴とす
るものである。この高分子光導波路であると、屈曲時の
伝搬損失の低減と製造工程の簡便化を両立することがで
きる。
般式で表される化学構造のうち、2種以上の異なった
繰返し単位からなる共重合体の重水素化またはハロゲン
化ポリアクリレートであることが望ましい。
子、R1は重水素、CD3基(Dは重水素)及びハロゲン
原子のうちの1種、R2はCnY2n+1で表されるハロゲン
化または重水素化アルキル基(Yはハロゲン原子または
重水素、nは5以下の正の整数)である。または、クラ
ッド及びコアは、下記一般式または一般式で表され
る繰返し単位を有するポリシロキサン、若しくは一般式
で表される繰返し単位と一般式で表される繰返し単
位の共重合体であるポリシロキサン、またはこれらの混
合物であるポリマーであることが望ましい。
されるアルキル基(Yはハロゲン原子または重水素、n
は5以下の正の整数)、または、C6Y5(Yは水素、重
水素もしくはハロゲンを示す)で表されるフェニル基、
重水素化フェニル基もしくはハロゲン化フェニル基であ
る。
に示すように、コア1の上下のみにクラッド2よりもさ
らに屈折率の低い低屈折率層3を形成し、コアの厚さ方
向に対してのみ屈折率分布がW型になるものである。低
屈折率層としては、クラッド、コア間でインターミキシ
ングを起こさない材料であればどのような材料でも可能
であるが、低損失かつ易加工性を有する材料が望まし
い。例えば、PMMAのフッ素化合物の共重合体、シリ
コーン共重合体、SOG(Spinon Glass)などである。
低屈折率層の厚さは、コア・クラッドの厚さの1/10
程度の厚さが好適で、クラッドよりも屈折率の低い材料
をスピンコート等により塗布することにより容易に形成
される。
「通常型」と称する)と、本発明に相当する上下のみに
低屈折率層を形成した光導波路において、導波路中の電
界分布のシミュレーションの結果を図3に示す。図3に
おいて、(A)に示すものが通常型光導波路、(B)が
本発明に相当するコア1の上下のみに低屈折率層3を形
成した光導波路のものである。こららは共に、コアサイ
ズは8×8μmとし、コアの屈折率は1.484、クラ
ッドの屈折率は1.480とし、光の波長を1.31μm
としたものである。また、(B)において、コア1の上
下に設けた低屈折率層3の屈折率は1.394で、その
厚みは1μmである。図3から、(A)においては、光
の電界はほぼ同心円状になっているのに対し、(B)で
は低屈折率層の存在により上下方向に強く閉じ込められ
ているのがわかる。高分子光導波路をフレキシブル光導
波路として使用する場合、例えば、光インタコネクショ
ンに用いる場合、想定される曲げの方向は上下方向のみ
なので、上下方向に強い光閉じ込めができれば、たとえ
光導波路が曲っても曲げ損失は小さく抑えられ、損失の
少ない光導波路が達成できることがわかる。
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 [実施例1]図1に示すように、コア1とクラッド2を
有し、コア1の上下のみにクラッド2よりも屈折率の低
いポリマーからなる低屈折率層3を形成し、屈曲性のあ
る平板型高分子光導波路を製造した。本実施例において
は、コア1を重水素化ポリメチルメタクリレートで構成
し、クラッド2を重水素化メチルメタクリレートとフッ
素化メタクリレート(モル比9:1)の共重合体で構成
し、低屈折率層3を重水素化メチルメタクリレートとフ
ッ素化メタクリレート(モル比 7:3)の共重合体で
構成した。これらは特開平2−92908号公報に記載
されている製法により作製した。即ち、上記3種のポリ
マーをそれぞれメチルイソブチルケトンとキシレンの混
合溶液に溶かして溶液に調製しておき、シリコン基板に
銅をスパッタリングした基板上にクラッド成分ポリマー
を約25μmスピンコートで塗布した。そして、ベー
ク、乾燥処理後、その上に低屈折率層成分ポリマーを層
厚が約0.5μmになるようにスピンコートで塗布し
た。続いて、その上にコア成分ポリマーを層厚が約8μ
mになるようにスピンコートで塗布し、さらにその上に
低屈折率層成分ポリマーを約0.5μmスピンコートで
塗布した。次に、フォトリソグラフィー、ドライエッチ
ングによりコア成分ポリマーを8×8μm2の直線矩形
パターンに加工した。加工後、クラッド成分を塗布し、
埋込み型導波路を得た。この導波路を希塩酸(塩化水素
20%)中で基板より剥離、シート状にしてフレキシブ
ル高分子光導波路を得た。
導波路と、低屈折率層を含まない通常のフレキシブル導
波路(通常型)とを作製し、これら3種の各高分子光導
波路について、その導波路特性(波長1.31μm)を
測定した。なお、測定は、50mmの導波路の損失(結合
損失を含む)を測定し、導波路を曲げない状態(通常
時)と曲げた場合(曲げ半径:10mm)において測定を
行った。測定結果を表1に示す。
まで損失が増大するのに対して、全周W型は1.5d
B、実施例1のものでは1.6dBと共に損失増加が小
さかった。すなわち、全周W型構造に比べて本実施例の
構造では、大幅に作製工程が簡便になるにもかかわら
ず、同程度の曲げ損失低減の効果があることになる。
示される繰返し単位からなる重合体をコア材料とし、ク
ラッドを重水素化メチルメタクリレートとし、他は実施
例1と同様にして作製した導波路について、通常時と屈
強時(曲げ半径:10mm)の損失差を測定した。測定結
果を表2に示す。
する構造とすることによる効果が大きいことがわかる。
(e)で示される構造の繰返し単位からなるポリシロキ
サンをアニソールに10重量%溶かした溶液を使用し、
コアとして、下記化学式(f)で示される繰返し単位と
化学式(g)で示される繰返し単位の共重合体をアニソ
ールに10重量%溶かした溶液を使用し、低屈折率層と
して無機SOGを使用して実施例1と同様のフレキシブ
ル高分子光導波路を作製した。またさらに、同材料を使
用して通常型および全周W型の高分子光導波路を作製し
た。
m)を120℃で100時間加熱した後の曲げ損失(結
合損失を含む)を測定した。測定結果を表3に示す。
の曲げ損失の増加も非常に小さく、測定誤差範囲内であ
ることがわかる。
レキシブル高分子光導波路を作製した。但し、クラッド
として、下記化学式(h)で示される構造の繰返し単位
からなるポリシロキサンをアニソールに10重量%溶か
した溶液を使用し、コアとして、下記化学式(i)で示
される繰返し単位と化学式(j)で示される繰返し単位
の共重合体をアニソールに10重量%溶かした溶液を使
用した。また、同材料を使用して通常型および全周W型
の高分子光導波路を作製した。
31μm、長さ:50mm)を120℃、100時間加熱
した後の曲げ損失(結合損失を含む)を測定した。測定
結果を表4に示す。
加熱後の曲げ損失の増加が非常に小さく、測定誤差範囲
内であることがわかる。
レキシブル高分子光導波路を作製した。但し、クラッド
として、下記化学式(k)で示される構造の繰返し単位
からなるポリシロキサンをアニソールに10重量%溶か
した溶液を使用し、コアとして、下記化学式(l)で示
される繰返し単位と化学式(m)で示される繰返し単位
の共重合体をアニソールに10重量%溶かした溶液を使
用した。また、低屈折率層として下記化学式(n)で示
される高分子材料を使用した。また、同材料を使用して
通常型および全周W型の高分子光導波路も作製した。
31μm、長さ:50mm)を120℃、100時間加熱
した後の曲げ損失(結合損失を含む)を測定した。測定
結果を表5に示す。
定誤差範囲内であることがわかる。
路は、フレキシブルで低損失な素子が従来より簡便なプ
ロセスで実現可能なため、例えば、光コネクタ間の接続
等の光インターコネクションを構築する上で重要な素子
となる。
である。
る。
結果を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 コアと、そのコアの周りに配置されたコ
アより屈折率の低いクラッドを少なくとも含む平板型高
分子光導波路において、 前記コアの上下に前記クラッドよりも屈折率の低い低屈
折率層が設けられていることを特徴とする高分子光導波
路。 - 【請求項2】 前記クラッド及びコアが、下記一般式
で表される化学構造のうち、2種以上の異なった繰返し
単位からなる共重合体の重水素化またはハロゲン化ポリ
アクリレートであることを特徴とする請求項1記載の高
分子光導波路。 【化1】 ここで、X1及びX2はそれぞれ重水素またはハロゲン原
子、 R1は重水素、CD3基(Dは重水素)及びハロゲン原子
のうちの1種、 R2はCnY2n+1で表されるハロゲン化または重水素化ア
ルキル基(Yはハロゲン原子または重水素、nは5以下
の正の整数)である。 - 【請求項3】 前記クラッド及びコアが、下記一般式
または一般式で表される繰返し単位を有するポリシロ
キサン、若しくは一般式で表される繰返し単位と一般
式で表される繰返し単位の共重合体であるポリシロキ
サン、またはこれらの混合物であるポリマーであること
を特徴とする請求項1記載の高分子光導波路。 【化2】 【化3】 ここで、R1とR2は同一または異なり、CnY2n+1で表
されるアルキル基(Yはハロゲン原子または重水素、n
は5以下の正の整数)、または、C6Y5(Yは水素、重
水素もしくはハロゲンを示す)で表されるフェニル基、
重水素化フェニル基もしくはハロゲン化フェニル基であ
る。
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- 1996-01-24 JP JP01039296A patent/JP3206638B2/ja not_active Expired - Fee Related
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