环烯烃共聚物光通讯元件制造技术

本发明专利技术涉及一种环烯烃共聚物（ＣＯＣ）光通讯元件，包括：一核心区用以传输光，其材质为一官能化的茂金属触媒－环烯烃共聚物（ｆ－ｍＣＯＣ），具有一折射率ｎ↓［１］；以及一包覆层形成于上述核心区周围，其材质为一茂金属触媒－－环烯烃共聚物（ｍＣＯＣ；Ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅ　　ｂａｓｅｄ　　ＣＯＣ）材料，具有一折射率ｎ↓［２］，其中ｎ↓［２］小于ｎ↓［１］，且上述核心区与该包覆层共同组成一同材质的光波导结构；本发明专利技术的光通讯元件由同质的ＣＯＣ材料构成，可避免讯号在不同质界面传递时引发的损失，而且应用ＣＯＣ材质制作光通讯元件，具有优异光学性质及良好的加工特性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种光通讯元件，特别有关一种由环烯烃共聚物构成的全高分子光通讯元件。
技术介绍
随着近年来光通讯产业不断地蓬勃发展，光通讯元件中合适材料的选择、元件及模块的设计部成为各公司推出的产品是否具有竞争力的关键要素，其中在光通讯元件的材料选用方面，传统的玻璃材料虽然有优良的光学特性，但由于易碎及不易加工等缺点，使其渐被新兴的高分子材料所取代。高分子材料具有耐冲击强度高及加工成型性佳的优点，能以压出或射出成型的方式制作，可帮助大量生产、降低成本，故其重要性与日俱增。作为光通讯方面应用的高分子材料，若具有高透明度、低双折光性、低色散(dispersion)、高尺寸安定性、机械性质优良、耐热性与耐久性佳、容易加工以及成本低的特点，那么将是极为理想的光学材料。然而目前市面上找不出这种理想材料，比较著名的商业化光学高分子如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)以及CR-39树脂各有其优缺点。例如PMMA的透明度高，双折光性低且加工容易，但其耐热性及防水性不佳；PC的透明度高、耐冲击强度高、耐热性佳、加工性良好，但其双折光性偏高；CR-39(主要成份为diethylene glycol diallyl carbonate)为热固性树脂，固化后的CR-39可耐到高于100℃的温度，硬度高，还适合于研磨加工，在某些应用领域有其特色，但不适于射出成型加工。为了符合更严苛的需求，近年来已有许多厂商致力于新材料的开发。其中，环烯烃共聚物(cycloolefin copolymer，COC)便是一种新世代的光学高分子材料。典型的环烯烃共聚物如日本三井化学公司(Mitsui Chemicals，Inc.)的APEL、日本合成橡胶公司(JSR)的ARTON、日本Zeon公司的ZEONEX等。COC材料与其他光学高分子材料如PMMA、PC、PS相较下，其最大的特点为构成原料简单，主要利用乙烯(ethylene)、单烯类(mono-olefin)或多烯类(poly-olefin)，且成品具高透明性，低吸水性，并具有非常优异的物理及机械特性。虽然COC材料在光通讯领域具有相当大的应用潜力，目前COC材料在光通讯方面应用仍属罕见。美国专利U55637400中揭示COC在光波导方面的应用，该专利在光波导元件中采用COC以确保低粘度及低光传输损耗，然而此处光波导仍限于光纤型组件。在选择光通讯元件的材料时，不适合的材料可能带来缺陷，如目前光通讯元件的材质多由多种材料互相搭配，容易形成不相容界面，而此不相容界面容易造成传输信号的损失，如利用不同材质构成的光波导的核心部及包覆层之间，可能形成不相容界面，而适用材质的掌握不易，因此在光通讯元件的制作方面面临问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为扩展COC材料在光通讯方面的应用，且利用由同质材料构成的全高分子光通讯元件(all polymeric opticai component)，消除界面不相容问题而造成的传输信号的损失。本专利技术的另一目的为提供一COC光通讯元件，利用相同材质构成元件中的不同部分，并可系统化的归纳出由不同组成、不同比例合成出的COC与其折射率的关系，在元件的一部分材质决定同时，亦可同时决定出元件的另一部分材质的合成配方。通过这个系统化配方的建立，加上高分子材料加工容易的优点，有利于大量生产且能适应不同规格的需求。本专利技术可通过如下措施来实现本专利技术提供一种环烯烃共聚物(COC)光通讯元件，包括一核心区用以传输光，其材质为一官能化的茂金属触媒-环烯烃共聚物(f-mCOC)，具有一折射率n1；以及一包覆层形成于上述核心区周围，其材质为一茂金属触媒-环烯烃共聚物mCOC(metallocene-COC)材料，具有一折射率n2，n2小于n1，且上述核心区与该包覆层共同组成一同材质的光波导结构。上述f-mCOC可为在茂金属触媒催化下，由乙烯、冰片烯(norbornene)、具活性点的第三单体聚合而得。上述具活性点的第三单体可为4-甲基-苯乙烯、5-乙烯基-2-冰片烯或亚乙基-冰片烯(5-ethylidene-norbornene)。上述的茂金属触媒-环烯烃共聚物材料为在茂金属触媒催化下，乙烯和冰片烯的聚合产物。上述包覆层的mCOC材料的折射率n2较佳介于1.5200到1.5400之间；f-mCOC的折射率n1则依多模(multi-mode，MM)元件或单模(single-mode，SM)元件实际需求而定。该官能化茂金属触媒-环烯烃共聚物的折射率n1为1.5215～1.5631。上述光通讯元件还包括U型凹槽(U-groove)及封装组合机构(packagingmechanics)。U型凹槽是为被动式对准装置(passive alignment)。上述光通讯元件可为一多模元件，且该核心区与该包覆层的折射率差Δn(＝n1-n2)为0.8％至1.5％，较佳为1.0％至1.2％；本专利技术的光通讯元件也可为一单模元件，且该核心区与该包覆层的折射率差Δn(＝n1-n2)介于0.1到0.84％之间，较佳为0.3％至0.35％间。本专利技术提供的COC光通讯元件，其核心区与包覆层的折射率n1与n2可利用控制核心区与包覆层的组成成分加以调整。所述的封装组合机构为一微镜片或一微镜片阵列。所述的官能化的茂金属触媒-环烯烃共聚物与该茂金属触媒-环烯烃共聚物材料对可见光的穿透率大于90％。本专利技术相比现有技术具有如下优点本专利技术的光通讯元件由同质的COC材料构成，可避免讯号在不同质界面传递时引发的损失；而应用COC材质制作光通讯元件，具有优异光学性质及良好加工特性，且利用调整核心区与包覆层的组成成分、合成硬化条件等等，可控制核心区与包覆层的折射率n1与n2，以符合光通讯元件各种规格的应用。附图说明图1为本专利技术COC光通讯元件的结构；图2为实施例1中的材料折射率随光波长变化情形；图3为构成本专利技术光通讯元件的材料经UV-Vis-IR光谱测定结果；图4为实施例1中的f-mCOC材料的折射率与其中的PMS含量的关系；图5为实施例2中的f-mCOC材料折射率与其中EHN重量百分含量的关系；以及图6为实施例2的f-mCOC材料固化前、后的折射率与其中EHN重量百分含量的关系。具体实施例方式实施例1首先制备COC光通讯元件的材料。主要材料分成核心区材料(core sectionmaterial)及包覆层材料(cladding material)二部分。核心区材料乃在特有的茂金属触媒作用下，让乙烯、冰片烯和具活性点的第三单体聚合，形成官能化的f-mCOC材料，本实施例1中具活性点的第三单体采用4-甲基-苯乙烯(PMS)形成f-mCOC材料YLC-099，YLC-087，YLC-116，YLC-105等，其各组分的重量百分比(wt％)见表2。包覆层材料可利用自行合成的mCOC材料，如利用乙烯与冰片烯合成的mCOC材料或一般商业化mCOC材料如TOPAS 5013。而在包覆层材料选定后，可弹性地依实际需求合成核心区的官能化的f-mCOC材料，以共同组成光波导结构。接着制作COC光通讯元件。本实施例元件的结构如图1所示，含光波导结构的f-mCOC核心区1、光波导结构的mCOC包覆层2、被动式U型凹槽及封装组合机构3，其中封装组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环烯烃共聚物光通讯元件，其特征在于，它包括：　　　　一核心区，用以传输光，其材质为官能化的茂金属触媒－环烯烃共聚物，具有一折射率ｎ↓［１］；以及　　　　一包覆层，形成于该核心区周围，其材质为茂金属触媒－环烯烃共聚物，具有一折射率ｎ↓［２］，其中ｎ↓［２］小于ｎ↓［１］，且上述核心区与该包覆层共同组成一同材质的光波导结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄招财，施希弦，吴建宗，苏忠杰，杨丰瑜，陈重裕，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]