光波导和用于制造该光波导的方法技术

一种光波导，包括： 第一包层； 第二包层；以及 纤芯， 其中，纤芯被嵌入到第一包层中，以便暴露在与第二包层相对的第一包层的一个主表面上， 第一包层和第二包层被设置为将纤芯夹在中间， 该纤芯是通过一种反应形成的产品，在该反应中，一种包含有支链聚硅烷和聚硅氧烷的聚合物材料经过了至少选自加热和紫外线照射其中之一的处理过程，以及 该纤芯的折射率高于第一包层和第二包层的折射率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种主要用在例如光通信中的光波导，以及一种用于制造这种光波导的方法。光波导的制造需要非常精细准确的模型。对于单模光波导来说，模型规格的精确性尤其严格。用于形成这种模型的一般方法是干蚀刻法，其通常在半导体加工中被使用。下面将参考附图描述用于光通信的单模光波导的常规制造方法。附图说明图12A和12B示出了一般的单模石英玻璃光波导的构造。图12A是光波导的一个平面图，以及图12B是沿着图12A中的A-A线的一个剖面图。充当波导层的纤芯121在包层122中形成。纤芯121的折射率高于包层122的折射率。在一定条件下的光被俘获并且在纤芯121中沿着箭头123的方向传播。例如，如果导引光波具有1.3μm到1.55μm的波长，那么纤芯121在横截面上通常大约8μm2，如图12B所示。纤芯121能被构图为所希望的形状，例如，Y形分支，从而提供各种光电路结构。纤芯的形状和表面粗糙度对光传播性能有着重要的影响。图13A到13C示出了一种用于制造常规石英光波导的一般方法的工艺。首先，如图13A所示，通过火焰水解法(FHD)在石英基底上形成纤芯膜131，该石英基底也被用作下包层132。在FHD方法中，H2和O2的火焰在空气中产生，同时SiCl4和少量的GeCl4在火焰中被混合并且被水解以形成掺Ge的SiO2(纤芯膜131)。该合成的SiO2在石英基底上以细微粉末状的形式被淀积，在不超过1000℃的温度处被加热，从而变为玻璃。玻璃SiO2是该纤芯膜131。当使用一个基底而不是石英基底时，下包层132应当通过FHD在基底上被形成，然后形成纤芯膜131。接下来，通过光刻蚀法和干蚀刻法将纤芯膜131(图13A)构图为一个所希望的形状，从而形成纤芯131a(图13B)。此外，上包层133在下包层132和纤芯131a上通过FHD(图13C)形成。因此，产生的光波导能够实现低损耗和良好特性。除了石英材料以外，近来树脂作为一种光波导材料已经开始研究。目前，树脂在传输性能和稳定性方面不如石英。然而，与石英相比，树脂容易被塑造而且对于650nm到850nm范围的波长的光显示出高的传输性能。因此，树脂是一种用于光波导的非常有希望的材料。树脂材料的实例包括具有出色的透明性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。通过丙烯酸树脂，环氧树脂或者聚酰亚胺树脂的重氢化而获得的树脂材料近年来也被使用。这种树脂材料吸收少量的在1.3μm到1.5μm波长范围内的光。因此，上述材料能够提供一种低损耗的光波导。利用树脂材料制造光波导的一般方法包括，主要通过旋涂法形成一个纤芯层和一个包层，以及通过干蚀刻法模型化该纤芯层。如上所述，无论是石英还是树脂，常规的方法不得不重复淀积小于20μm厚度的包层。然后，纤芯层被形成并且通过干蚀刻法被模型化为中凸形。然而，实现干蚀刻法需要复杂的装备。因此，常规方法存在成本和效率的问题。为了解决这些问题，各种制造光波导的方法已经提出。这些方法的一个典型实例是凹槽填充技术。具有可填充式凹槽的光波导的一个实例在JP63(1988)-139304A，JP8(1996)-320420A或者JP11(1999)-305055A中被公开。将参考附图14A到14D来描述填充凹槽技术，图14A到14D示出了用于制造具有可填充式凹槽的光波导的方法工艺。如图14A所示，对应于所希望的纤芯模型的凹槽142在包层141(玻璃或者树脂基底)中形成。假如这样的话，干蚀刻法一般能被用于形成凹槽142。然后，利用纤芯材料143来填充凹槽142，该纤芯材料143的折射率高于包层141(图14B)的折射率。来自凹槽的溢出部分143b被除掉，同时在基底141(图14C)中形成纤芯143a。最后，包层144在纤芯143a和基底141(图14D)上形成，从而产生一个具有可填充式凹槽的光波导。尽管这种方法类似于图13A到13C中示出的干蚀刻法的使用，但与图13A到13C中示出的方法相比，这种方法能够实现较高的效率和生产率。然而，当石英材料被用作纤芯材料时，和以丙烯酸树脂，环氧树脂或者聚茚树脂为代表的树脂材料被用作纤芯材料时，该填充凹槽技术带来了各种问题。下面是石英玻璃材料问题的说明。在光波导的凹槽中填充纤芯材料的一种方法的典型实例包括FHD，CVD，真空淀积法以及反应溅射法。对于单模光波导，纤芯应该具有大约8μm的厚度。对于多模光波导来说，纤芯应该具有多达几十μm的厚度。形成这样厚的膜要花相当长的时间，这导致一个产品缺点。下面是诸如丙烯酸树脂，环氧树脂或者聚酰亚胺树脂这样的树脂材料问题的解释。当树脂材料被用作纤芯材料时，容易实现必要的膜厚度，例如通过旋涂法。然而，除掉如图14C中所示的溢出部分143b则是一个问题。树脂材料具有低硬度，因此由于抛光而在纤芯143a的表面上会产生小的缺陷。这些缺陷引起了导引光波的散射同时带来了大的波导损耗。作为一种可选择的方法，干蚀刻法能被用于除掉溢出部分。然而，干蚀刻法具有如前所述的的成本方面的缺点。因此，即使通过填充凹槽技术来生产使用石英材料或者诸如丙烯酸树脂，环氧树脂或者聚茚树脂这样的树脂材料的光波导，光波导也不能实现高生产率和高性能。本专利技术的光波导包括第一包层、第二包层以及纤芯。纤芯被嵌入到第一包层中以便暴露在与第二包层相对的第一包层的一个主表面上。第一包层和第二包层被设置为将纤芯夹在中间。纤芯是通过一种反应形成的产品，在该反应中，一种包含有支链聚硅烷和聚硅氧烷的聚合物材料经过了至少选自加热和紫外线照射其中之一的处理过程。纤芯的折射率高于第一包层和第二包层的折射率。这种光波导能够减少损耗并实现高性能。第二包层的折射率可以基本上等于第一包层的折射率。第一包层和第二包层可以是玻璃。最好在包括纤芯的第一包层和第二包层之间形成粘接层。这将允许第一包层和第二包层不用加热就可结合，因此各个部件的特性不被改变。粘接层可以包括一个包含有支链聚硅烷和聚硅氧烷的聚合物材料。粘接层的折射率最好是基本上等于或者高于第二包层的折射率。这将使得被导引的光波可以在该纤芯中被束缚和传播。本专利技术的用于制造光波导的一种方法，包括加热和软化第一包层；通过将一个成型压模压在第一包层上，而在第一包层中形成一个与纤芯一样的凹槽；用一种纤芯材料来填充该凹槽，该纤芯材料包括一种包含有支链聚硅烷和聚硅氧烷的聚合物材料；加热纤芯材料以引起一个改变该纤芯材料折射率的反应；以及将第二包层结合到具有凹槽的第一包层的表面。根据该方法，可以有效地生产一种高性能的光波导，其中的纤芯表面没有缺陷。第一包层和第二包层可以是玻璃。第二包层的折射率可以基本上等于第一包层的折射率。纤芯材料最好是包括聚合物材料和一种溶剂的树脂溶液；该树脂溶液的纤芯材料被涂覆在具有凹槽的第一包层的表面，并且利用该纤芯材料填充凹槽；加热该纤芯材料以改变折射率，以及通过抛光来除掉填充到凹槽中的纤芯材料之外的纤芯材料；以及在抛光后，通过直接结合使第二包层与具有凹槽的第一包层的表面相结合。根据该方法，可以容易地生产低损耗、高性能的光波导。该方法同样有利于控制纤芯的折射率。优选的是，在通过抛光除掉纤芯材料后，将粘接剂涂覆于具有凹槽的第一包层的表面和结合到第一包层的第二包层表面的至少其中之一个表面上，第一包层和第二包层经由该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：是永继博，日比野邦男，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：