專利名稱：光波導(dǎo)芯片以及含有該芯片的光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作光學(xué)元件的構(gòu)成部份的光波導(dǎo)芯片，所述光學(xué)元件被使用于光通信，例如有光合分波器；特別是涉及合適地用于與單模用光纖連接的光波導(dǎo)芯片。
背景技術(shù)：
將具有光波導(dǎo)的光合分波器，與光纖連接時(shí)，為了減少連接部位的光傳輸損耗，使光波導(dǎo)的光軸與光纖的光軸高精度配合是所不可或缺的。
因此，以往提出了用于使光波導(dǎo)的光軸與光纖的光軸配合的技術(shù)。
例如，提出了這樣的光學(xué)設(shè)備即通過(guò)對(duì)支撐體上的感光樹(shù)脂實(shí)施照相平版印刷法，同時(shí)形成光軸配合用波導(dǎo)和光波導(dǎo)(參照日本專利特開(kāi)平1-316710號(hào)公報(bào)和特開(kāi)平2-62502號(hào)公報(bào))。
其中，設(shè)置光軸配合用波導(dǎo)，使與光波導(dǎo)的端面連接的光纖的光軸和光波導(dǎo)的光軸高精度配合。光軸配合用波導(dǎo)的形狀取決于光纖的形狀。
此外，作為光軸配合用波導(dǎo)等材料的感光樹(shù)脂，例如可使用可傳輸波長(zhǎng)為0.66μm的光的甲基丙烯酸酯類樹(shù)脂。
記載于上述文獻(xiàn)的波長(zhǎng)0.66μm的光，通過(guò)單模用光纖傳輸。
另一方面，作為光纖的種類，除多模光纖以外，有一般干線系統(tǒng)使用的用以傳輸波長(zhǎng)1.31μm、1.55μm的單模光的單模用光纖。
由于該單模用光纖的芯部直徑小，約10μm，比起多模用光纖的芯部，直徑小約為1/5，截面積小約為1/25，因此必須有能使光軸之間高精度配合的單模用光學(xué)設(shè)備。
若將記載于上述文獻(xiàn)的技術(shù)適用于單模用裝置，則有如下問(wèn)題。
(1)以(甲基)丙烯酸酯類感放射線性樹(shù)脂用作材料，通過(guò)照相平版印刷法制作單模用光學(xué)元件時(shí)，難以將單模用光學(xué)元件的光波導(dǎo)的光軸，與小直徑的單模用光纖的光軸高精度配合。
(2)使用(甲基)丙烯酸酯類感放射線性樹(shù)脂時(shí)，由于1.31μm、1.55μm波長(zhǎng)的吸光量大，所以不能得到實(shí)用性的傳輸效率。
(3)為提高光學(xué)設(shè)備的可靠性所要求的耐熱性不充分。
尤其是為解決上述(1)的問(wèn)題，為提高基于照相平版印刷法的分辨率，必須用基于堿性水溶液等含堿性物質(zhì)的溶液的堿顯影法來(lái)取代有機(jī)溶劑的顯影方法。但是若將(甲基)丙烯酸酯類感放射線性樹(shù)脂和堿性水溶液并用，則由于堿顯影，樹(shù)脂中必要的酸成分，在單模光的使用波長(zhǎng)(1.31μm、1.55μm)下表現(xiàn)出吸光，從而產(chǎn)生光的傳輸效率下降的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述以往技術(shù)的問(wèn)題，其目的在于提供光波導(dǎo)芯片，所述光波導(dǎo)芯片即使對(duì)于單模用光纖也能使光軸之間高精度配合，也能使單模光的傳輸效率高，并且還具有優(yōu)異的耐熱性。
本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述課題精心研究后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)取代以往的(甲基)丙烯酸酯類樹(shù)脂，改用聚硅氧烷類感放射線性樹(shù)脂，并且設(shè)置用于高精度定位光纖的單元，就可以得到符合上述目的的光波導(dǎo)芯片(特別是能夠適用于與單模用光纖連接的光波導(dǎo)芯片)，從而完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片，其具有光波導(dǎo)芯部、形成于該芯部周圍的包層部、以及連接于上述芯部的用于定位光纖的光纖用引導(dǎo)部分，其特征在于，至少一部份由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化物形成。
如此構(gòu)成的本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片，即使對(duì)于單模用光纖也能使光軸之間高精度配合，也能使單模光的傳輸效率高，并且還具有優(yōu)異的耐熱性。
優(yōu)選由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化物形成上述芯部、上述包層部以及光纖用引導(dǎo)部分來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片。
如此構(gòu)成的光波導(dǎo)芯片具有更優(yōu)異的光軸配合精度、光傳輸效率以及耐熱性，同時(shí)可由簡(jiǎn)易工序高效率地制造。
而且，可以使光纖用引導(dǎo)部分與包層部一體形成，也可以使光纖用引導(dǎo)部分與包層部獨(dú)立形成。
本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片特別合適地被使用于與單模用光纖連接。
本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片可以具有濾光器插孔，所述濾光器插孔用于插入與上述芯部交叉配置的濾光器。
可以通過(guò)將電介體多層濾波器插入固定到所述濾光器插孔，來(lái)制造光學(xué)元件(例如，光合分波器)，所述光學(xué)元件中，電介體多層濾波器安裝于上述光波導(dǎo)芯片。
因?yàn)楸景l(fā)明的光波導(dǎo)芯片至少一部份由具有優(yōu)異加工性、傳輸特性以及耐熱性的感放射線性聚硅氧烷組合物形成，可以容易地使光波導(dǎo)的光軸與光纖的光軸高精度一致，對(duì)于光通信所需的近紅外波長(zhǎng)范圍的光也具有高傳輸效率，并且即使在高溫下放置也可以保持優(yōu)異性能，從而使用時(shí)可以期待高可靠性(性能穩(wěn)定性)。
本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片適合被使用于下述光學(xué)元件的構(gòu)成部份，所述光學(xué)元件的構(gòu)成部份用以連接單模用光纖，所述單模用光纖的芯部直徑尺寸小于多模用光纖。


圖1是表示光波導(dǎo)芯片的一個(gè)例子的立體圖。
圖2是表示在基板上形成了下部包層的狀態(tài)的立體圖。
圖3是表示在下部包層上形成了芯部的狀態(tài)的立體圖。
圖4是表示光波導(dǎo)芯片其它例子的立體圖。
圖5是表示下部包層的一個(gè)例子的平面圖。
圖6是表示在下部包層上形成了芯部的狀態(tài)的平面圖。
圖7是表示在下部包層和芯部上形成上部包層從而得到光波導(dǎo)芯片的狀態(tài)的平面圖。
圖8是表示在圖7的光波導(dǎo)芯片上安裝了濾光器以及光纖的狀態(tài)的平面圖。
組件對(duì)照表
1、10、20光波導(dǎo)芯片6、16、26芯部4、14、21下部包層5、15、27上部包層3、13包層部7、17、22、23、24光纖用引導(dǎo)部分2、12基板(支撐體)8、18、25濾光器插孔28濾光器32光學(xué)元件(光合分波器)29、30、31光纖具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明。
首先，對(duì)于作為本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片的材料而使用的感放射線性聚硅氧烷組合物加以說(shuō)明。
優(yōu)選用于本發(fā)明的感放射線性聚硅氧烷組合物含有下述(A)成分和(B)成分(A)選自由水解性硅烷化合物、水解性硅烷化合物水解物以及水解性硅烷化合物水解物的縮合物組成的組中的至少一種(B)光致產(chǎn)酸劑。
下文對(duì)這些(A)成分以及(B)成分分別說(shuō)明。
(A)成分是選自由水解性硅烷化合物、水解性硅烷化合物水解物以及水解性硅烷化合物水解物的縮合物組成的組中的至少一種。
其中，水解性硅烷化合物是下述式(1)表示的化合物。
(R1)pSi(X)4-p(1)(式中，R1是碳原子數(shù)為1～12的非水解性有機(jī)基團(tuán)，X為水解性基團(tuán)，P是0～3的整數(shù)。)
式(1)中的有機(jī)基團(tuán)R1可選自非水解性的一價(jià)有機(jī)基團(tuán)。其中，非水解性的一價(jià)有機(jī)基團(tuán)可為非聚合性或聚合性。而且，“非水解性”該詞指的是，在水解性基團(tuán)X發(fā)生水解的條件下，具有仍然穩(wěn)定存在的性質(zhì)。
作為非聚合性有機(jī)基團(tuán)R1可以舉出例如烷基、芳基、芳烷基等。這些有機(jī)基團(tuán)可為直鏈、支鏈或環(huán)狀中的任意一種或這些的組合。
其中，作為烷基可以舉出例如甲基、乙基、丙基、丁基、己基、環(huán)己基、辛基、氘代烷基、鹵代烷基等。其中，優(yōu)選甲基。
作為芳基可以舉出例如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯(lián)苯基、氘代芳基、鹵代芳基等。其中優(yōu)選苯基。
作為芳烷基可以舉出例如芐基、苯乙基等。其中，優(yōu)選芐基。
作為非聚合性的有機(jī)基團(tuán)R1的優(yōu)選例可以舉出含雜原子的結(jié)構(gòu)單元。作為該結(jié)構(gòu)單元可以舉出例如醚鍵、酯鍵、硫醚鍵等。此外，含雜原子時(shí)，優(yōu)選非堿性。
聚合性的有機(jī)基團(tuán)R1優(yōu)選在分子中具有自由基聚合性官能團(tuán)和/或陽(yáng)離子聚合性官能團(tuán)。具有該官能團(tuán)時(shí)，由于不僅進(jìn)行光聚合還進(jìn)行自由基聚合或陽(yáng)離子聚合，從而可以使感放射性聚硅氧烷組合物更有效地固化。
在自由基聚合性官能團(tuán)和陽(yáng)離子聚合性官能團(tuán)之中，更優(yōu)選的官能團(tuán)是陽(yáng)離子聚合性官能團(tuán)。若(A)成分中含有陽(yáng)離子聚合性官能團(tuán)，則通過(guò)(B)成分的光致產(chǎn)酸劑，不僅進(jìn)行在硅烷醇基中的固化反應(yīng)，還同時(shí)進(jìn)行在陽(yáng)離子聚合性官能團(tuán)中的固化反應(yīng)，所以可以促進(jìn)固化，提高制造效率。
作為式(1)中的水解性基X可以舉出例如，氫原子、碳原子數(shù)為1～12的烷氧基、苯氧基、芐氧基、乙酰氧基、環(huán)氧丙氧基、苯氧基芐氧基、鹵素原子、氨基等。
其中，作為碳原子數(shù)為1～12的烷氧基的優(yōu)選的具體例，可以舉出例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基乙氧基、2-(甲基)丙烯酰氧基乙氧基、3-(甲基)丙烯酰氧基丙氧基、4-(甲基)丙烯酰氧基丁氧基等，以及2-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)乙氧基等含環(huán)氧基的烷氧基；甲氧雜環(huán)丁基甲氧基、乙氧雜環(huán)丁基甲氧基等含氧雜環(huán)丁基的烷氧基；氧代環(huán)己氧基等具有六員環(huán)醚基的烷氧基等。
作為鹵素原子優(yōu)選的具體例，可以舉出例如氟、氯、溴、碘等。
而且，使用水解性基團(tuán)是鹵素原子的水解性硅烷化合物作為(A)成分時(shí)，由于水解產(chǎn)生鹵化氫，從而使感放射線性聚硅氧烷組合物的保存穩(wěn)定性變差，所以雖然也根據(jù)鹵化氫產(chǎn)生量的多少而有時(shí)無(wú)需除去所產(chǎn)生的鹵化氫，但優(yōu)選通過(guò)中和、蒸餾等操作除去鹵化氫。
接著對(duì)于本發(fā)明使用的水解性硅烷化合物的具體例加以說(shuō)明。
首先，作為式(1)中p為0的不具有非水解性有機(jī)基團(tuán)R1的水解性硅烷化合物，可以舉出，四氯硅烷、四氨硅烷、四乙酰氧硅烷、四甲氧硅烷、四乙氧硅烷、四丁氧硅烷、四苯氧硅烷、四芐氧硅烷、三甲氧硅烷、三乙氧硅烷等的由四個(gè)水解性基團(tuán)取代的硅烷化合物。
作為式(1)中p為1的水解性硅烷化合物，可以舉出，甲基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三異丙氧基硅烷、乙基三丁氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、五氟苯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、氘代甲基三甲氧基硅烷、九氟丁基乙基三甲氧基硅烷、三氟甲基三甲氧基硅烷等。
此外，作為式(1)中p為2的水解性硅烷化合物，可以舉出，二甲基二氯硅烷、二甲基二氨基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、二丁基二甲氧基硅烷等。
進(jìn)一步，作為式(1)中p為3的水解性硅烷化合物，可以舉出，三甲基氯硅烷、六甲基二硅氨烷、三甲基硅烷、三丁基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、三丁基乙氧基硅烷等。
本說(shuō)明書(shū)中，水解性硅烷化合物的“水解物”不僅指的是在式(1)表示的水解性硅烷化合物中，水解性基團(tuán)X全部水解的物質(zhì)，也指水解性基團(tuán)X的僅只一部份水解，殘余部分未水解的物質(zhì)。
此外，本發(fā)明書(shū)中，水解性硅烷化合物的“水解物的縮合物”不僅指的是通過(guò)水解由烷氧基轉(zhuǎn)化的硅烷醇基的全部縮合物質(zhì)，也指一部份硅烷醇基之間縮合的部份縮合物。
本發(fā)明中，通過(guò)適當(dāng)選擇水解性硅烷化合物的種類，可以使光波導(dǎo)中的折射率值大幅變化。例如，為了得到較高折射率值(大于等于1.50)時(shí)，在上述水解性硅烷化合物中，優(yōu)選使用苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷等。
另一方面，欲得到較低的折射率值(小于1.50)時(shí)，在上述水解性硅烷化合物中，優(yōu)選使用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、九氟丁基乙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基二氨基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟癸基三氯硅烷、3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟癸基三甲氧基硅烷等。
通常通過(guò)將式(1)表示的水解性硅烷化合物加熱來(lái)調(diào)制(A)成分。具體的調(diào)制方法無(wú)特殊限定，可以舉出例如，下文中含有1)～3)的工序的方法。
1)將式(1)表示的水解性硅烷化合物和酸催化劑放入具有攪拌單元的容器內(nèi)。
2)接著，邊調(diào)節(jié)容器內(nèi)溶液的粘度，邊加入有機(jī)溶劑形成混合溶液。
3)空氣氛圍氣中，在小于等于有機(jī)溶劑和水解性硅烷化合物的沸點(diǎn)的溫度下攪拌所得混合溶液，同時(shí)將水滴入，然后在150℃或更低的溫度下，邊攪拌邊加熱1小時(shí)～24小時(shí)。而且，攪拌時(shí)根據(jù)必要也可以蒸餾濃縮混合溶液，或置換有機(jī)溶劑。
調(diào)制(A)成分時(shí)，為調(diào)整感放射線性聚硅氧烷組合物的固化性、粘度等物性，或?yàn)榱苏{(diào)整該組合物的固化物的折射率等，可以不僅僅使用1種上述式(1)表示的水解性硅烷化合物，還可并用多種。此時(shí)，上述1)的工序中，可以將式(1)表示的多種水解性硅烷化合物放入容器內(nèi)混合。
作為在上述1)的工序中使用的酸催化劑，可以舉出例如一元或多元有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、路易斯酸等。
其中，作為有機(jī)酸，可以舉出例如甲酸、乙酸、草酸等。作為無(wú)機(jī)酸，可以舉出例如鹽酸、硝酸、硫酸等。作為路易斯酸，可以舉出例如金屬化合物，Ti、Zr、Al、B等的無(wú)機(jī)鹽、醇鹽、羧酸鹽等。
作為上述2)、3)的工序中使用的有機(jī)溶劑，可以舉出例如，醚類有機(jī)溶劑、酯類有機(jī)溶劑、酮類有機(jī)溶劑、烴類有機(jī)溶劑、醇類有機(jī)溶劑等。
其中，優(yōu)選的有機(jī)溶劑在大氣壓下沸點(diǎn)為50℃～200℃，并且能使各成分均一溶解。作為這樣的有機(jī)溶劑的具體例，可以舉出例如丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁酮、甲基戊基酮、甲苯、二甲苯、甲醇等。
接著，對(duì)于作為(A)成分使用的水解性硅烷化合物的水解物，及其縮合物的重均分子量加以說(shuō)明。
本說(shuō)明書(shū)中是以聚苯乙烯換算的值來(lái)表示該重均分子量，所述聚苯乙烯換算的值通過(guò)使用凝膠滲透色譜法(以下略稱″GPC″)來(lái)得到，所述凝膠滲透色譜法中，流動(dòng)相使用四氫呋喃。
該重均分子量?jī)?yōu)選500～10000，更優(yōu)選1000～5000。若該重均分子量不足500則涂膜的成膜性的變差，若該重均分子量超出10000，則光固化性下降。
將感放射線性聚硅氧烷組合物所含的(B)成分光致產(chǎn)酸劑定義為，通過(guò)照射光等能量線可以放出酸性活性物質(zhì)的化合物，所述酸性活性物質(zhì)，用于使(A)成分水解性硅烷化合物等光固化(交聯(lián))。
其中，作為能量線，可以舉出例如，可見(jiàn)光、紫外線、紅外線、X線、α線、β線、γ線等。其中，由于紫外線有一定能級(jí)(energy level)，固化速度快，此外照射裝置相對(duì)廉價(jià)并且小型，所以優(yōu)選使用紫外線。
作為(B)成分光致產(chǎn)酸劑的種類，可以舉出例如下述式(2)的表示的鎓(onium)鹽、下述式(3)表示的磺酸衍生物。
+m[MZm+n]-m(2)(式(2)中，陽(yáng)離子為鎓離子，W為S、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、Cl或-N N，R2、R3、R4和R5為相同或不同的有機(jī)基團(tuán)，a、b、c和d分別為0～3的整數(shù)，(a+b+c+d)等于W的價(jià)數(shù)。此外，M是構(gòu)成螯合物[MZm+n]的中心原子的金屬或類金屬(metalloid)，例如B、P、As、Sb、Fe、Sn、Bi、Al、Ca、In、Ti、Zn、Sc、V、Cr、Mn、Co。Z是F、Cl、Br等鹵素原子或芳基，m是螯合物離子的凈電荷，n為M的原子價(jià)。)Qs-[S(＝O)2-R6]t(3)(式(3)中，Q為一價(jià)或二價(jià)有機(jī)基團(tuán)，R6為碳原子數(shù)為1～12的一價(jià)有機(jī)基團(tuán)，s為0或1，t為1或2。)(B)成分光致產(chǎn)酸劑的添加量無(wú)特殊限制，相對(duì)于100重量份(A)成分，優(yōu)選為0.1重量份～15重量份，更優(yōu)選為1重量份～10重量份。若該添加量不足0.1重量份則光固化性差，有得不到充分的固化速度的傾向。若該添加量超出15重量份，則所得固化物的耐候性、耐熱性有下降的傾向。
本發(fā)明中，將含(A)成分和(B)成分的感放射線性聚硅氧烷組合物涂布到支撐體上，通過(guò)照相平版印刷法進(jìn)行光固化來(lái)制造光波導(dǎo)芯片。
其中，照相平版印刷法如下，隔著具有規(guī)定形狀圖案的光掩模(photomask)等，將紫外線等能量線照射到支撐體上的感放射線性組合物后，利用顯影液對(duì)照射部份與非照射部份溶解度差，例如，將非照射部份去除，通過(guò)僅留下照射部份作為固化物來(lái)形成具有特定形狀圖案的成形體(例如光波導(dǎo))。
感放射線性聚硅氧烷組合物由于在加工性、傳輸特性、耐熱性方面優(yōu)異，通過(guò)作為用以連接單模用光纖的光波導(dǎo)芯片的材料使用時(shí)，可使光波導(dǎo)芯片中的芯部(光波導(dǎo))光軸與單模用光纖的光軸以高精度配合，同時(shí)還可提高單模光的傳輸效率，并且，即使在高溫下放置也能保持優(yōu)異性能。
接著基于附圖對(duì)本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片的構(gòu)造以及制造方法加以說(shuō)明。圖1是表示光波導(dǎo)芯片的一個(gè)例子的立體圖，圖2是表示在基板上形成了下部包層的狀態(tài)的立體圖，圖3是表示在下部包層上形成了芯部的狀態(tài)的立體圖，圖4是表示光波導(dǎo)芯片其它例子的立體圖，圖5是表示下部包層的一個(gè)例子的平面圖，圖6是表示在下部包層上形成了芯部的狀態(tài)的平面圖，圖7是表示在下部包層和芯部上形成上部包層從而得到光波導(dǎo)芯片的狀態(tài)的平面圖。圖8是表示在圖7的光波導(dǎo)芯片上安裝了濾光器以及光纖的狀態(tài)的平面圖。
圖1中，本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片1具有光波導(dǎo)芯部6、包層部3、和與包層部3一體形成的光纖用引導(dǎo)部分7。所述包層部3由形成于芯部6周圍的上部包層5和下部包層4構(gòu)成。
設(shè)置芯部6，使其和插入光纖用引導(dǎo)部分7的光纖(未圖示)的光軸之間一致。
包層部3用以支持并保護(hù)芯部6，基于制造上的理由，構(gòu)成的包層部3具有形成于基板(支撐體)2上的下部包層4，和層壓于下部包層4上的上部包層5的2層構(gòu)造。而且，雖然期待形成包層部3使其遮蓋芯部6的全部周圍，但是也可以僅在芯部6周圍的一部份(例如，僅為除上部以外的側(cè)部及下部)形成包層部3。
光纖用引導(dǎo)部分7是用以將連接于芯部6的光纖定位的引導(dǎo)單元。光纖用引導(dǎo)部分7是由與包層部3一體形成的感放射線性聚硅氧烷組合物形成的固化體，并且形成的光纖用引導(dǎo)部分7具有可以將光纖的定位并固定的形狀。
雖然沿垂直于基板的方向切斷光纖用引導(dǎo)部分7的截面形狀無(wú)特殊限制，但是可以舉出例如U字底形、V字底形、平底形等。
優(yōu)選光纖用引導(dǎo)部分7至少有一對(duì)對(duì)向的壁體，所述對(duì)向的壁體，對(duì)于光纖外徑尺寸隔著大略一致的距離來(lái)設(shè)置。通過(guò)設(shè)置這種壁體，可以更確實(shí)地防止插入于光纖用引導(dǎo)部分7后的光纖的松脫、偏軸。
光波導(dǎo)芯片1具有濾光器插孔8，設(shè)置所述濾光器插孔8時(shí)，使濾光器插孔8從包層部3的頂面垂下到下方來(lái)遮斷芯部6。濾光器插孔8是用以插入固定濾光器的孔，所述濾光器例如有電介體多層濾波器。
光波導(dǎo)芯片1各構(gòu)成部份的尺寸優(yōu)選例如下部包層4的厚度為3μm～100μm，芯部6的厚度為3μm～20μm，芯部6的寬度為1μm～50μm，上部包層5的厚度為3μm～100μm，構(gòu)成光纖用引導(dǎo)部分7的一對(duì)壁體間的距離(缺口部份的寬度)為125μm～130μm，濾光器插孔8的深度為10μm～200μm。
而且，構(gòu)成光纖用引導(dǎo)部分7的一對(duì)壁體間的距離(缺口部份的寬度)取決于光纖的外徑。
圖1中的構(gòu)成光波導(dǎo)芯片1的各構(gòu)成部份(芯部6、包層部3和光纖用引導(dǎo)部分7)由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化物形成。
但是本發(fā)明中，光波導(dǎo)芯片1的所有構(gòu)成部份(芯部6、包層部3及光纖用引導(dǎo)部分7)未必都必須由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化體形成，也可以僅這些構(gòu)成部份的一部份由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化體形成。例如，芯部6可由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化體形成，包層部3和光纖用引導(dǎo)部分7可由其它材料(例如石英玻璃等)形成。
光波導(dǎo)芯片1中的芯部6的折射率值，必須大于包層部3(下部包層4和上部包層5)的折射率值。
具體而言，芯部6的折射率值，優(yōu)選比包層部3的折射率值大0.002～0.5。
特別是為了得到優(yōu)異的波導(dǎo)特性，優(yōu)選例如對(duì)于波長(zhǎng)為1300nm～1600nm的光，將芯部6的折射率調(diào)整為1.450～1.650，并且將下部包層4和上部包層5的折射率調(diào)整為1.400～1.648。
而且，本發(fā)明中，作為光波導(dǎo)芯片1的材料，也可以使用感放射線性聚硅氧烷組合物的同時(shí)，并用感放射線性聚酰亞胺組合物等。
本發(fā)明中，也可以如圖4，使光纖用引導(dǎo)部分17與包層部13獨(dú)立形成。此時(shí)，可以在分別形成下部包層14和上部包層15的同時(shí)，依次層壓來(lái)形成光纖用引導(dǎo)部分17，還可以在形成下部包層14和上部包層15中的任意一個(gè)的同時(shí)一次形成光纖用引導(dǎo)部分17。
而且圖4中，光波導(dǎo)芯片10是由下部包層14、光纖用引導(dǎo)部分17、芯部16、上部包層15構(gòu)成的；所述下部包層14和光纖用引導(dǎo)部分17形成于基板12上；所述芯部16和上部包層15層壓形成于下部包層14上。此外，在光波導(dǎo)芯片10上，形成的從上部包層15頂面延伸至下部包層14底面而貫通的濾光器插孔18，與芯部16的光軸方向大致垂直交叉來(lái)遮斷芯部16。
接著，基于圖5～圖8對(duì)本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片的制造方法的一個(gè)例子加以說(shuō)明。
本發(fā)明光波導(dǎo)芯片的制造方法包括，(a)下部包層的形成工序，(b)芯部的形成工序，以及(c)上部包層的形成工序。通過(guò)這些工序(a)～(c)，同時(shí)形成光纖用引導(dǎo)部分、濾光器插孔、下部包層等。
此工序中，在例如硅基板、玻璃基板等具有平坦面的基板(支撐體)頂面，形成下部包層21(參考圖5)。
該工序中，首先在基板(未圖示)頂面，涂布下部包層用的感放射線性聚硅氧烷組合物然后進(jìn)行干燥或預(yù)烘烤(作為前處理的加熱處理)來(lái)形成下部包層用的薄膜。
其中，作為涂布下部包層用的感放射線性聚硅氧烷組合物的方法，可以使用例如旋涂法、浸涂法、噴涂法、棒涂法、輥涂法、幕涂法、照相凹版印刷法、絲網(wǎng)法、噴墨法等。其中由于可以得到厚度均一的薄膜，優(yōu)選旋涂法。
對(duì)于下部包層用的薄膜，隔著具有規(guī)定形狀的光掩模，以光照射，可以使構(gòu)成薄膜的材料部份固化。
其中，用于照射的光無(wú)特殊限制，通常使用200nm～450nm的紫外～可見(jiàn)范圍的光，優(yōu)選含波長(zhǎng)365nm的紫外線的光。按規(guī)定圖案照射于被照射體(感放射線性聚硅氧烷組合物)的光，其波長(zhǎng)為200nm～450nm，照度為1mW/cm2～1000mW/cm2，照射量為0.01mJ/cm2～5000mJ/cm2，優(yōu)選為0.1mJ/cm2～1000mJ/cm2。
作為按規(guī)定圖案照射光的方法，除了使用具有透光部和非透光部的光掩模的方法以外，可以舉出例如下文所示的a～c的方法。
a.利用如下單元的方法，所述單元利用與液晶顯示裝置相同的原理并且根據(jù)規(guī)定圖案以光電學(xué)方式形成掩模像，所述掩模像包括透光部分和不透光部分。
b.使用多根光纖集束而形成導(dǎo)光元件，通過(guò)對(duì)應(yīng)于該導(dǎo)光元件中的規(guī)定圖案的光纖來(lái)照射光的方法。
c.邊以激光或得自透鏡、反射鏡等聚光性光學(xué)系統(tǒng)的集束光掃描，邊照射到光固化性組合物的方法。
對(duì)于下部包層用的薄膜，必要時(shí)也可于光的照射后，在50℃～200℃進(jìn)行預(yù)烘烤。
光照射后，通過(guò)顯影液將非照射部份(未曝光部份)顯影來(lái)去除未固化的不需要部份，并且可以在基板上形成下部包層21(即，具有光纖用引導(dǎo)部分22、23、24以及濾光器插孔25的規(guī)定厚度的固化體層)，所述下部包層21由帶有圖案的固化膜形成。
作為顯影用的顯影液，可以使用將堿性物質(zhì)以溶劑稀釋而成的溶液。
其中，作為堿性物質(zhì)，可以舉出例如，氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、硅酸鈉、偏硅酸鈉、氨、乙胺、正丙胺、二乙胺、二正丙胺、三乙胺、甲基二乙胺、乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺、氫氧化四甲銨、氫氧化四乙銨、氫氧化四丁銨、膽堿、吡咯、哌啶、1，8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]-7-十一碳烯、1，5-二氮雜雙環(huán)[4.3.0]-5-壬烷等。
作為溶劑，可以舉出例如水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、辛醇、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、N-甲基吡咯烷酮、甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺等。
顯影液中堿性物質(zhì)的濃度通常為0.05重量％～25重量％，優(yōu)選0.1重量％～3.0重量％。
顯影時(shí)間通常為30秒～600秒。作為顯影方法可以采用例如，涌液法、浸沾法、噴淋顯影法等。
使用有機(jī)溶劑作為顯影液溶劑時(shí)，直接風(fēng)干、蒸發(fā)有機(jī)溶劑，形成圖案狀的薄膜。
使用水(或水溶液)作為顯影液的溶劑時(shí)，例如，以流水清洗30秒～90秒后，用壓縮空氣、壓縮氮?dú)獾蕊L(fēng)干去除水分，形成圖案狀的薄膜。
而曝光后為促進(jìn)曝光部份的固化，優(yōu)選進(jìn)行加熱處理。其加熱條件隨感放射線性聚硅氧烷組合物的成份組成或添加劑的種類等而不同，通常為30℃～200℃，優(yōu)選50℃～150℃。
除了曝光后的加熱處理以外，還優(yōu)選進(jìn)行后烘烤(后處理的加熱處理)來(lái)使薄膜全面充分固化。該加熱條件隨感放射線性聚硅氧烷組合物的成分組成及添加劑的種類等而不同，通常系30℃～400℃，優(yōu)選50℃～300℃。加熱時(shí)間無(wú)特殊限制，例如5分鐘～72小時(shí)。
下部包層的形成工序(a)中，感放射線性聚硅氧烷組合物的涂布方法、曝光時(shí)的光(能量線)照射量以及照射方法等，也適用于后述的芯部形成工序(b)、上部包層的形成工序(c)。
是在上述工序(a)得到的下部包層21上，形成芯部26的工序(參考圖6)。
該工序中，首先，在下部包層21上，涂布芯部形成用的感放射線性聚硅氧烷組合物，并加以干燥，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)烘烤，形成芯部用的薄膜。
然后，對(duì)于芯部用的薄膜頂面，隔著具有規(guī)定線條圖案的光掩模等，通過(guò)規(guī)定圖案的形成方法，進(jìn)行光的照射。照射后，以顯影液顯影，去除未固化的不需要部份，形成僅由曝光部份(固化部份)所成的芯部26。
接著，如同下部包層21，使用加熱板、烘箱等加熱單元，在例如30℃～400℃的溫度下進(jìn)行5分鐘～600分鐘的后烘烤，從而可以得到固化狀態(tài)良好的芯部26。
該工序是在由芯部26和下部包層21形成的固化體上，形成上部包層27的工序(參考圖7)，所述芯部26通過(guò)上述工序(b)得到。
該工序中，首先在由芯部26和下部包層21形成的固化體上方，涂布上部包層形成用的感放射線性聚硅氧烷組合物，并加以干燥，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)烘烤來(lái)形成上部包層用的薄膜。
接著，對(duì)于上部包層用薄膜的頂面，隔著具有規(guī)定線條圖型的光掩模等，通過(guò)規(guī)定的圖案的形成方法，進(jìn)行光的照射。照射后以顯影液顯影，去除未固化的不需要部份，從而形成僅由曝光部份(固化部份)所成的上部包層27。
對(duì)于上部包層27，根據(jù)必要，優(yōu)選實(shí)施與上述工序(a)中的加熱處理(后烘烤)一樣的加熱處理(后烘烤)。通過(guò)加熱處理(后烘烤)可以得到在硬度和耐熱性方面優(yōu)異的上部包層27。
形成光波導(dǎo)芯片20的各構(gòu)成部份(上部包層27、芯部26、下部包層21)時(shí)，使用可形成濾光器插孔25等的規(guī)定光掩模，邊正確配合位置邊層壓各層來(lái)制作光波導(dǎo)芯片20，從而可以形成貫通全層或部份層的光纖用引導(dǎo)部分22、23、24和濾光器插孔25。
通過(guò)將濾光器28插入固定到光波導(dǎo)芯片20的濾光器插孔25，可以完成光學(xué)元件(光合分波器)32(參考圖7和圖8)。而且作為濾光器28的優(yōu)選種類，可以舉出例如電介體多層濾波器等。
作為將濾光器28固定的方法，可以舉出例如，通過(guò)UV粘合劑粘合。因?yàn)樵谑覝叵驴梢远虝r(shí)間固定，并且光反射所致?lián)p耗小，所以優(yōu)選使用UV粘合劑。作為UV粘合劑的具體例，可以舉出例如，紫外線固化型丙烯酸酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等。
光學(xué)元件32例如適合用作光合分波器，所述光合分波器用于連接單模用光纖。
實(shí)施例以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于實(shí)施例的記載，也可以包含不脫離權(quán)利要求的種種實(shí)施方式。
(1)感放射線性聚硅氧烷組合物的調(diào)制①芯部形成用感放射線性組合物的調(diào)制在帶有攪拌機(jī)的容器內(nèi)，放入苯基三甲氧基硅烷(68.4克，0.34摩爾)、甲基三甲氧基硅烷(131.6克，0.96摩爾)、離子交換水(70.8克，3.94摩爾)以及草酸(0.1克，1.1×10-3摩爾)后，通過(guò)在60℃攪拌6小時(shí)，來(lái)進(jìn)行苯基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的水解。
接著，在容器內(nèi)加入丙二醇單甲醚后，使用蒸發(fā)裝置(evaporator)去除水解副產(chǎn)物甲醇。然后最終將固體成分調(diào)整為67重量％，得到含聚硅氧烷的丙二醇單甲醚溶液。下文稱該溶液為“芯部形成用聚硅氧烷溶液”。通過(guò)GPC分析求得的聚硅氧烷溶液1的重均分子量為2500。
將149.2克芯部形成用聚硅氧烷溶液(固體成分含量100克)、50.2克丙二醇單甲醚、1.0克三苯锍三氟甲磺酸鹽、0.20克羥甲基蒽以及0.5克含2重量％的三辛胺的丙二醇單甲醚溶液混合成均一溶液，從而得到25℃的粘度為45毫帕斯卡秒的芯部形成用感放射線性組合物201.2克(固體成分含有率50重量％)。
如下測(cè)定所得芯部形成用感放射線性組合物的折射率。
首先，在硅片上將芯部形成用感放射線性組合物旋涂成10μm厚度后，在120℃預(yù)烘烤(前處理的加熱)10分鐘，然后用高壓水銀燈(500mJ/cm2)進(jìn)行光的照射(曝光)。曝光后在100℃烘烤(加熱)1分鐘，在200℃后烘烤(后處理的加熱)1小時(shí)，制作固化膜。固化膜的折射率是棱鏡耦合法測(cè)定的值，對(duì)于30μm波長(zhǎng)的光為1.471，對(duì)于1.55μm波長(zhǎng)的光為1.469。
②包層部形成用感放射線性組合物的調(diào)制在帶有攪拌機(jī)的容器內(nèi)放入甲基丙烯酸甲酯(450克，4.50摩爾)，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(50克，0.20摩爾)，丙二醇單甲醚(600克)以及2，2′-偶氮雙(2，4-二甲基戊腈)(35克，0.14摩爾)后，系統(tǒng)內(nèi)以氮?dú)庵脫Q。然后將容器內(nèi)的溫度設(shè)定為70℃，攪拌6小時(shí)。最終將固體成分濃度調(diào)整為45重量％，得到含丙烯酸聚合物的丙二醇單甲醚溶液(丙烯酸聚合物溶液)。
將所得丙烯酸聚合物溶液(133.33克)，甲基三甲氧基硅烷(231.36克，1.70摩爾)，苯基三甲氧基硅烷(193.48克，0.97摩爾)，離子交換水(108.48克，6.0摩爾)以及草酸(0.30克，3.32×10-3摩爾)放入容器內(nèi)后，通過(guò)在60℃攪拌6小時(shí)來(lái)進(jìn)行苯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和丙烯酸聚合物溶液的水解以及縮聚。
其次，使用蒸發(fā)器來(lái)去除水解副產(chǎn)物甲醇。最終調(diào)整固體成分為70重量％，得到含聚硅氧烷的丙二醇單甲醚溶液(聚硅氧烷溶液)。以下稱所得聚硅氧烷溶液為“包層部形成用聚硅氧烷溶液”。
將142.8克包層部形成用聚硅氧烷溶液(固體成分含量100克)、20.5克丙二醇單甲醚、2.0克三苯锍三氟甲磺酸鹽、0.67克羥甲基蒽以及0.5克含2重量％的三辛胺的丙二醇單乙醚溶液混合成均一溶液，從而得到25℃的粘度為2500毫帕斯卡秒的包層部形成用感放射線性組合物166.6克(固體成分含有率61重量％)。
如下測(cè)定所得包層部形成用感放射線性組合物的折射率。
在硅片上將包層部形成用感放射線性組合物旋涂成10μm的厚度后，在100℃預(yù)烘烤(前處理的加熱)5分鐘，然后用高壓水銀燈(500mJ/cm2)進(jìn)行光照射曝光后，在100℃烘烤(加熱處理)2分鐘，在200℃后烘烤(后處理的加熱)1小時(shí)，制作固化膜。固化膜的折射率是棱鏡耦合法測(cè)定的值，對(duì)于1.30μm波長(zhǎng)的光為1.465，對(duì)于1.55μm波長(zhǎng)的光為1.463。
(2)光合分波器的制造利用上述芯部形成用感放射線性組合物和包層部形成用感放射線性組合物，如下制造光合分波器。以下參照?qǐng)D5～圖8加以說(shuō)明。
通過(guò)光學(xué)平版印刷加工，在硅片上形成包層部形成用感放射線性組合物所成的下部包層21(參照?qǐng)D5)。
下部包層21具有三個(gè)光纖用引導(dǎo)部分和濾光器插孔25；所述三個(gè)光纖用引導(dǎo)部分分別對(duì)應(yīng)于入射、反射、透射三個(gè)端口(即，入射端口側(cè)光纖用引導(dǎo)部分22、反射端口側(cè)光纖用引導(dǎo)部分23、透射端口側(cè)光纖用引導(dǎo)部分24)；所述濾光器插孔25用以插入電介體多層濾波器。下部包層21的厚度為58.5μm。
光纖用引導(dǎo)部分22、23、24是與下部包層一體形成的溝狀部份。光纖用引導(dǎo)部分22、23、24的尺寸如下，寬度(對(duì)于光纖的光軸方向垂直切開(kāi)的截面寬度)為125μm，厚度為58.5μm。濾光器插孔25的寬度(對(duì)于芯部26的光軸垂直切開(kāi)的截面寬度)為20μm。
通過(guò)照相平版印刷方法在下部包層21上形成芯部形成用感放射線性組合物所成的Y字形芯部26(寬度為8μm、高度為8μm)(圖6)。
而且，在芯部26的近中央部(Y字形的“Y”的中心附近)，在與上述工序1形成的濾光器插孔25相同的位置，設(shè)置芯部的遮斷部份(未形成芯部形成用感放射線性組合物的部份)。

通過(guò)照相平版印刷方法在下部包層21以及芯部26上，形成包層部形成用感放射線性組合物所成的上部包層27(厚度為30μm)(圖7)。
形成上部包層27使其與下部包層21的圖案形狀一致。形成的光波導(dǎo)芯片20中，入射端口側(cè)光纖用引導(dǎo)部分22、反射端口側(cè)光纖用引導(dǎo)部分23、透射端口側(cè)光纖用引導(dǎo)部分24以及濾光器插孔25分別具有光滑內(nèi)面。
將濾光器(電介體多層濾波器)28插入通過(guò)工序3得到的光波導(dǎo)芯片20的濾光器插孔25，用UV粘合劑固定，從而得到光學(xué)元件(光合分波器)32(圖8)。
而且，作為電介體多層濾波器28，使用具有1.31μm的光可透過(guò)，且1.55μm的光不透過(guò)而反射的特性的物質(zhì)。此時(shí)，若使1.31μm的光從入射端口側(cè)的光纖29入射到光波導(dǎo)芯片20內(nèi)，則入射的光主要穿透透射側(cè)(光纖31的側(cè))，而在反射端口側(cè)(光纖30的側(cè))反射射出的光量減少。另一方面，若使1.55μm的光從入射端口側(cè)的光纖29射入光波導(dǎo)芯片20內(nèi)，則入射光主要在反射端口側(cè)(光纖30的側(cè))反射射出，而穿透透射端口側(cè)(光纖31的側(cè))的光量減少。
將研磨端面后外徑為125μm(芯徑10μm)的三根單模用石英光纖29、30、31插入三個(gè)光纖用引導(dǎo)部分22、23、24，用UV粘合劑固定(圖8)。
(3)光波導(dǎo)芯片光學(xué)特性的評(píng)估使用所得的光合分波器32，如下評(píng)估光波導(dǎo)芯片20的光學(xué)特性。
①損失量的測(cè)定使波長(zhǎng)1.31μm或1.55μm的光從入射端口側(cè)的光纖29射入光波導(dǎo)芯片20，用光量計(jì)(ANRITSU社制；MT9810)的功率計(jì)測(cè)定由反射端口側(cè)的光纖30和透射端口側(cè)的光纖31射出的光量，再與入射光量比較來(lái)求出損失量。下文將反射端口的光纖30測(cè)定的損失量稱為“反射端的插入損失”，將透射端口側(cè)的光纖31測(cè)定的損失量稱為“透射端的插入損失”。
結(jié)果列于表1。


將單模用的1.31μm以及1.55μm的2種波長(zhǎng)的光射入射到光學(xué)元件32，則基于薄膜電介體多層膜濾波器28的特性，這2種波長(zhǎng)的光在透射端側(cè)及反射端側(cè)分離。此時(shí)，通過(guò)表1可知，波長(zhǎng)1.31μm的光在透射端的插入損失的值和波長(zhǎng)1.55μm的光在反射端的插入損失的值都十分小，本發(fā)明的光波導(dǎo)芯片20具有連接單模用光纖所需的合適加工精度以及傳輸效率。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)芯片，其具有光波導(dǎo)的芯部、形成于該芯部周圍的包層部以及光纖用引導(dǎo)部，所述光纖用引導(dǎo)部連接于上述芯部用以定位光纖，其特征在于，至少有一部份由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化體形成。
2.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的光波導(dǎo)芯片，其中，所述芯部、所述包層部以及光纖用引導(dǎo)部由感放射線性聚硅氧烷組合物的固化體形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光波導(dǎo)芯片，其中，所述光波導(dǎo)芯片用以連接單模用光纖。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)芯片，其中，在所述芯部具有交叉配置的濾光器插孔，所述濾光器插孔用以插入濾光器。
5.一種光學(xué)元件，其特征在于，其通過(guò)將電介體多層濾波器插入固定到如權(quán)利要求4所述的光波導(dǎo)芯片中的所述濾光器插孔來(lái)形成。
全文摘要
光波導(dǎo)芯片1具有光波導(dǎo)芯部6、下部包層4和上部包層5所成的包層部3、以及光纖用引導(dǎo)部7；所述光纖用引導(dǎo)部7連接于芯部6用以定位單模用光纖，并且與包層部3一體形成。通過(guò)照相平版印刷法將感放射線性聚硅氧烷組合物層壓來(lái)形成光波導(dǎo)芯片1的各構(gòu)成部份。為使芯部6的折射率大于包層部3，使用至少2種感放射線性聚硅氧烷組合物。
文檔編號(hào)G02B6/12GK1768283SQ20048000891
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者玉木研太郎, 高瀨英明, 江利山祐一, 大羽伸治, 藤原英之 申請(qǐng)人:Jsr株式會(huì)社