(57)【要約】内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイス。この光デバイスは、端面で終端するコアを有する第１の導波路を備え、（ａ）導波路の端面が無制御状態（たとえば、滑らかでない状態、光学的に平坦でない状態、および／または有害な後方反射を回避するように最適化された角度でない状態）であるか、または（ｂ）第１の導波路がポリマー導波路であるか、または（ｃ）両方であるかのいずれかである。導波路が光学的に結合されるように、第２の導波路は、第１の導波路の端面から約５０μｍ以内の端面で終端する。ピグテーリング材料は、第１の導波路と第２の導波路の間のギャップに位置し、第１の導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有する。第１の導波路がポリマー導波路である場合、そのコアは、好ましくは、約１．４未満または約１．５７超のいずれかの実効屈折率を有する（１５５０ｎｍにおいて）。
2005539248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスであって、
コアと端面とを有する第１の導波路であって、前記第１の導波路のコアは屈折率を有し、前記コアは前記端面で終端し、および
（ａ）前記導波路の端面は、無制御状態であるか、または
（ｂ）前記第１の導波路は、ポリマー導波路であるか、または
（ｃ）（ａ）と（ｂ）の両方であるか
のいずれかである第１の導波路と、
コアと端面とを有する第２の導波路であって、前記第２の導波路のコアは屈折率を有し、前記第２の導波路のコアは前記端面で終端し、前記第１の導波路の端面は前記第２の導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、前記第１の導波路のコアは前記第２の導波路のコアに実質的に光学的に結合されている第２の導波路と、
前記第１の導波路と前記第２の導波路の間のギャップに位置するピグテーリング材料であって、前記ピグテーリング材料は、前記第１の導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料と
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスであって、
コアと端面とを有するポリマー導波路であって、前記コアは屈折率を有し、前記コアは前記端面で終端するポリマー導波路と、
コアと端面とを有する無機導波路であって、前記無機導波路のコアは屈折率を有し、前記無機導波路のコアは前記端面で終端し、前記ポリマー導波路の端面は前記無機導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、前記ポリマー導波路のコアは前記無機導波路のコアに実質的に光学的に結合されている無機導波路と、
前記ポリマー導波路と前記無機導波路の間のギャップに位置するピグテーリング材料であって、前記ピグテーリング材料は、ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料と
を備え、前記ポリマー導波路のコアの屈折率が、１５５０ｎｍにおいて約１．４未満または約１．５７超であることを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
前記ポリマー導波路のコアの屈折率が、１５５０ｎｍにおいて約１．３５未満または約１．６２超であることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記ピグテーリング材料の屈折率が、前記ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０１以内であることを特徴とする請求項２または３に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記光デバイス中を伝播する光信号の反射減衰量が、約−４０ｄＢよりも負側にあることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記ポリマー導波路が、ペルフルオロポリエーテル主鎖を有するポリマーを含み、かつ前記エネルギー硬化性組成物が、ペルフルオロポリエーテル主鎖を有するモノマーを含むことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記ペルフルオロポリエーテル主鎖が、ウレタン部分により前記ピグテーリング材料の残りの部分に連結されていることを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記エネルギー硬化性組成物が、構造：
Ｅ−ＯＯＣ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ2−Ｒｆ−ＣＨ2−ＯＯＣ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯ−Ｅ
（式中、Ｅは、重合性部分であり、Ｒは、脂肪族または芳香族リンカー部分であり、そしてＲｆは、過フッ素化ポリエーテル部分である）
を有するモノマーを含むことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
コアと端面とを有するポリマー導波路を提供する工程であって、前記コアは屈折率を有し、前記コアは前記端面で終端し、前記ポリマー導波路のコアは１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満または約１．５７超の屈折率を有する工程と、
コアと端面とを有する無機導波路を提供する工程であって、前記無機導波路のコアは屈折率を有する工程と、
前記ポリマー導波路の端面を前記無機導波路の端面と、それらの間に５０μｍ未満のギャップを設けてアラインメントする工程であって、前記ポリマー導波路のコアは前記無機導波路のコアに実質的に光学的に結合される工程と、
前記ギャップをエネルギー硬化性組成物で満たす工程と、
前記エネルギー硬化性組成物を硬化させて、前記ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料を与える工程と
を含むことを特徴とする光デバイスの構築方法。
【請求項１０】
前記ポリマー導波路のコアが、１５５０ｎｍにおいて約１．３５未満または約１．６２超の屈折率を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記高分子材料の屈折率が、前記ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０１以内であることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記無機導波路のコアが１５５０ｎｍにおいて約１．４４超の屈折率を有し、かつ前記ポリマー導波路のコアが１５５０ｎｍにおいて約１．３７未満の屈折率を有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマー導波路が、ペルフルオロポリエーテル主鎖を有するポリマーを含み、かつ前記エネルギー硬化性組成物が、ペルフルオロポリエーテル主鎖を有するモノマーを含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスであって、
コアと端面とを有する第１の導波路であって、前記第１の導波路のコアは屈折率を有し、前記コアは前記端面で終端し、前記導波路の端面は無制御状態である第１の導波路と、
コアと端面とを有する第２の導波路であって、前記第２の導波路のコアは屈折率を有し、前記第２の導波路のコアは前記端面で終端し、前記第１の導波路の端面は前記第２の導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、前記第１の導波路のコアは前記第２の導波路のコアに実質的に光学的に結合されている第２の導波路と、
前記第１の導波路と前記第２の導波路の間のギャップに位置するピグテーリング材料であって、前記ピグテーリング材料は、前記第１の導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料と
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項１５】
前記第１の導波路のコアの屈折率が、１５５０ｎｍにおいて約１．４未満または約１．５７超であることを特徴とする請求項１４に記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記第１の導波路のコアの屈折率が、１５５０ｎｍにおいて約１．３５未満または約１．６２超であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光デバイス。
【請求項１７】
前記ピグテーリング材料が、前記第１の導波路のコアの屈折率の約０．０１以内の屈折率を有することを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１８】
前記無制御状態の端面が、約２００ｎｍ超の粗さ、コルゲーション、または表面形状を有することを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１９】
前記第１の導波路が基材上に形成されており、前記基材は端面を有し、前記端面は角度をなして形成されており、かつ前記無制御状態の端面が、前記基材の端面の角度と少なくとも約２°異なる角度をなして形成されていることを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項２０】
前記無機導波路が、光ファイバーであることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項２１】
前記無機導波路が、プレーナー導波路であることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項２２】
前記ピグテーリング材料が、エネルギー硬化性組成物の重合により形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項２３】
前記光デバイス中を伝播する光信号の反射減衰量が、約−５０ｄＢよりも負側にあることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項２４】
内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスであって、
コアと端面とを有するポリマー導波路であって、前記コアは屈折率を有し、前記コアは前記端面で終端するポリマー導波路と、
コアと端面とを有する無機導波路であって、前記無機導波路のコアは屈折率を有し、前記無機導波路のコアは前記端面で終端し、前記ポリマー導波路の端面は前記無機導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、前記ポリマー導波路のコアは前記無機導波路のコアに実質的に光学的に結合されている無機導波路と、
前記ポリマー導波路と前記無機導波路の間のギャップに位置する高分子材料であって、前記高分子材料は、ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有する高分子材料と
を備え、前記ポリマー導波路のコアの屈折率が、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満であることを特徴とする光デバイス。
【請求項２５】
前記ポリマー導波路のコアの屈折率が、１５５０ｎｍにおいて約１．３５未満であることを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項２６】
前記ピグテーリング材料の屈折率が、前記ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０１以内であることを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項２７】
前記無機導波路が、光ファイバーであることを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項２８】
前記無機導波路が、プレーナー導波路であることを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項２９】
前記ピグテーリング材料が、エネルギー硬化性組成物の重合により形成されたものであることを特徴とする請求項２６に記載の光デバイス。
【請求項３０】
前記光デバイス中を伝播する光信号の反射減衰量が、約−４０ｄＢよりも負側にあることを特徴とする請求項２５に記載の光デバイス。
【請求項３１】
前記光デバイス中を伝播する光信号の反射減衰量が、約−５０ｄＢよりも負側にあることを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項３２】
前記無機導波路のコアが１５５０ｎｍにおいて約１．４４超の屈折率を有し、かつ前記ポリマー導波路のコアが１５５０ｎｍにおいて約１．３７未満の屈折率を有することを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項３３】
前記ペルフルオロポリエーテル主鎖が、ウレタン部分により前記ピグテーリング材料の残りの部分に連結されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項３４】
前記エネルギー硬化性組成物が、構造：
Ｅ−ＯＯＣ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ2−Ｒｆ−ＣＨ2−ＯＯＣ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯ−Ｅ
（式中、Ｅは、重合性部分であり、Ｒは、脂肪族または芳香族リンカー部分であり、そしてＲｆは、過フッ素化ポリエーテル部分である）
を有するモノマーを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、光通信デバイスに関し、より特定的には、導波路デバイスの端面結合に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは、メッセージは、レーザーや発光ダイオードのような光源により発生される光周波数の電磁搬送波により伝送される。そのような光通信システムは、従来の通信システムよりも優れたいくつかの利点があるので、関心が払われている。
【０００３】
一方の点から他方の点に光周波数の波を伝送したり案内したりするのに好ましいデバイスの１つは、光導波路である。光導波路の動作は、光透過性媒体が、より低い屈折率を有する外側媒体に取り囲まれているかまたは他の形で境界づけられているとき、外側媒体との境界に実質的に平行な内側媒体の軸に沿って導入された光が、境界で高度に反射されるので、内側媒体中に光がトラップされ、それにより案内作用を生じるという事実に依拠する。そのような導光構造体を光透過性素子として組み入れた多種多様な光デバイスを作製することができる。そのようなデバイスの実例としては、プレーナー光スラブ導波路、チャネル光導波路、リブ導波路、光カプラー、光スプリッター、光スイッチ、光フィルター、アレイ型導波路格子、導波路ブラッグ格子、可変減衰器などがある。特定の周波数の光に対して、光導波路は、内側導光領域の寸法および内側媒体と周囲の外側媒体との屈折率差に依存して、シングル光モードまたはマルチプルモードを支援しうる。
【０００４】
光導波路デバイスおよび他の光相互接続デバイスは、有機高分子材料から構成しうる。ガラス製のプレーナー導波路から構築されるシングルモード光デバイスは、比較的温度による影響を受けないが、有機ポリマー製のデバイスは、温度と共に性質が顕著に変化する可能性がある。これは、有機高分子材料が比較的高い熱光学係数（ｄｎ／ｄＴ）を有するという事実に依拠する。したがって、有機ポリマーが温度変化を生じると、その屈折率はかなり変化する。この性質を利用することにより、有機ポリマー製の光透過性素子が組み込まれた能動的で熱的に同調可能または制御可能なデバイスを作製することができる。熱的に同調可能なデバイスの一例は、熱光学効果により作動する１×２スイッチング素子である。たとえば、抵抗ヒーターにより誘起される熱勾配を適用することによって、入力導波路からの光を２つの出力導波路間で切り換えることが可能である。典型的には、加熱／冷却過程は、１〜数ミリ秒にわたって行われる。
【０００５】
光通信システムでプレーナー導波路デバイスを使用するために、通常、プレーナー導波路に他の導波路（たとえば、光ファイバー）を結合することが必要である。光ファイバーとプレーナー導波路のような２つの導波路の端面を結合するプロセスは、本明細書中ではピグテーリングと記されている。ピグテーリングは、一方の導波路から他方の導波路への光信号の効率的で安定した伝達を可能にする。従来のピグテーリング法では、プレーナー導波路と光ファイバーの両方の端面は、伝播軸に対する垂線から角度をなして形成される。導波路の端面とファイバーの端面は、２つの間に小さいギャップ（典型的には約１０〜３０μｍ）を残して光学的に結合される。ギャップを満たし、かつプレーナー導波路に対して適切な位置に光ファイバーを保持するために、接着剤が使用される。デバイスにおいて低い後方反射率（したがって低い反射減衰量）を有するだけでなくできるかぎり低い追加損失を有する安定した信頼性のある接合部を提供することが望ましい。接着剤は、従来的には、１５５０ｎｍにおいて１．４５〜約１．５２の屈折率を有し、一方、光ファイバーは、典型的には、１５５０ｎｍにおいて約１．４６の屈折率を有する。傾斜端面（典型的には垂線から約８°）を使用すれば、導波路／接着剤およびファイバー／接着剤の境界面において屈折率差により光が反射されたとしても、反射された光は、導波路またはファイバーの伝播モードに結合されないので、反射減衰量が最小限に抑えられることが保証される。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，３０６，５６３号明細書
【特許文献２】米国特許出願第０９／７４５，０７６号明細書
【特許文献３】米国特許出願第０９／７０５，６１４号明細書
【特許文献４】米国特許出願第０９／６８４，９５３号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６１２，３９０号明細書
【特許文献６】米国再発行特許第３５，０６０号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理態様は、内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスに関する。光デバイスは、端面で終端するコアを有する第１の導波路を備え、（ａ）該導波路の端面が無制御状態（これ以降で説明されるように、たとえば、滑らかでない状態、光学的に平坦でない状態、および／または有害な後方反射を回避するように最適化された角度でない状態）であるか、または（ｂ）該第１の導波路がポリマー導波路であるか、または（ｃ）両方であるかのいずれかである。導波路が光学的に結合されるように、第２の導波路は、第１の導波路の端面から約５０μｍ以内の端面で終端する。ピグテーリング材料は、第１の導波路と第２の導波路の間のギャップに位置し、第１の導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有する。
【０００８】
本発明の一態様は、内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスに関する。光デバイスは、コアと端面とを有するポリマー導波路を備え、コアは屈折率を有し、コアは端面で終端する。光デバイスはまた、コアと端面とを有する無機導波路を備え、無機導波路のコアは屈折率を有し、無機導波路のコアは端面で終端し、ポリマー導波路の端面は無機導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、ポリマー導波路のコアは無機導波路のコアに実質的に光学的に結合されている。ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料は、ポリマー導波路と無機導波路の間のギャップに位置する。ポリマー導波路のコアの屈折率は、１５５０ｎｍにおいて約１．４未満または約１．５７超である。
【０００９】
本発明の他の態様は、内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスに関する。光デバイスは、コアと端面とを有するポリマー導波路を備え、コアは、屈折率を有し、コアは端面で終端する。光デバイスはまた、コアと端面とを有する無機導波路を備え、無機導波路のコアは屈折率を有し、無機導波路のコアは端面で終端し、ポリマー導波路の端面は無機導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、ポリマー導波路のコアは無機導波路のコアに実質的に光学的に結合されている。ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料は、ポリマー導波路と無機導波路の間のギャップに位置する。ポリマー導波路のコアの屈折率は、１５５０ｎｍにおいて約１．４未満である。
【００１０】
本発明の他の態様は、光デバイスの構築方法に関する。コアと端面とを有するポリマー導波路を提供する。ここで、ポリマー導波路のコアは屈折率を有し、コアは端面で終端し、コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満または約１．５７超の屈折率を有する。また、コアと端面とを有する無機導波路を提供する。ここで、無機導波路のコアは屈折率を有する。ポリマー導波路の端面を無機導波路の端面と、それらの間に５０μｍ未満のギャップを設けてアラインメントする。ここで、ポリマー導波路のコアは無機導波路のコアに実質的に光学的に結合される。ギャップをエネルギー硬化性組成物で満たす。エネルギー硬化性組成物を硬化させて、ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料を与える。
【００１１】
本発明の他の態様は、内部を伝播する光信号と共に使用するための光デバイスに関する。光デバイスは、コアと端面とを有する第１の導波路を備え、第１の導波路のコアは屈折率を有し、コアは端面で終端し、導波路の端面は無制御状態である。光デバイスはさらに、コアと端面とを有する第２の導波路を備え、第２の導波路のコアは屈折率を有し、第２の導波路のコアは端面で終端し、第１の導波路の端面は第２の導波路の端面から約５０μｍ以内にあり、第１の導波路のコアは第２の導波路のコアに実質的に光学的に結合されている。第１の導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有するピグテーリング材料は、第１の導波路と第２の導波路の間のギャップに位置する。
【００１２】
本発明のデバイス、方法、および組成物を用いれば、先行技術のデバイス、方法、および組成物よりも優れたいくつかの利点が得られる。たとえば、本発明のデバイスは、非常に低い反射減衰量を呈しうる。さらに、さまざまなデバイスでおよび共通のデバイス上の異なる導波路間で一貫性のある反射減衰量を保証することが可能である。本発明で使用される接着剤組成物は、とくにポリマー導波路材料との相溶性をもたせるように配合することができるので、接着性を改良することができる。本発明のデバイスおよび方法では、端面の幾何学形状および品質の制御がそれほど必要とされないので、製造プロセスが単純化される。これまでの方法と比較して、本発明は、脆い導波路材料、結晶性導波路材料、または軟質導波路材料を使用したとき、改良された反射減衰量を有するデバイスを提供する。
【００１３】
本発明のさらなる特徴および利点について、以下の詳細な説明に記載するが、当業者であれば、その説明から部分的には容易に理解されるかまたは本明細書に記載の説明および特許請求の範囲ならびに添付の図面に記載されているように本発明を実施することにより認識されよう。
【００１４】
当然のことながら、以上の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも、本発明の単なる例示にすぎず、特許請求された本発明の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものである。
【００１５】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために添えられており、本明細書に組み入れられてその一部を構成する。図面は、本発明の１つ以上の実施形態を例示したものであり、明細書と共に本発明の原理および動作を説明するのに役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一態様において、ピグテールドポリマー導波路デバイスおよびピグテールドポリマー導波路デバイスの作製方法を提供する。ポリマー導波路は、多種多様な材料から慣例に従って作製される。Ｃ−Ｈ結合の濃度が高いと通信波長における光損失が増大する傾向があるので、有意な濃度のＣ−Ｈ結合を含まないポリマーから導波路を構築することが望ましい。たとえば、高フッ素化ポリマーをポリマー導波路に使用することが可能である。フッ素化により、ポリマーの屈折率が減少する傾向を示すので、結果として、標準的な光ファイバーや光学用接着剤よりもかなり低い屈折率を有する導波路が得られる。他の選択肢として、高塩素化されたポリマー、高濃度の芳香環を有するポリマー、および高濃度の硫黄原子を有するポリマーを、ポリマー導波路に使用することも可能である。塩素化、芳香族性、および硫黄により、ポリマーの屈折率が増大する傾向を示すので、結果として、標準的な光ファイバーや光学用接着剤よりもかなり高い実効屈折率を有する導波路が得られる。
【００１７】
プレーナーポリマー導波路をピグテーリングする際に従来のピグテーリング接着剤および方法を用いると、さまざまなデバイスでおよび共通のデバイス上の異なる導波路間で反射減衰量の大きな変動を生じることを本発明者らは見いだした。本発明は、低いかつ一貫性のある反射減衰量を有するピグテールドポリマー導波路ならびにピグテールドポリマー導波路の作製方法およびピグテールドポリマー導波路の作製に使用するための接着剤組成物を提供する。本発明の光デバイスは、４０ｄＢよりも負側またはさらには５０ｄＢよりも負側の反射減衰量を有しうる。
【００１８】
本発明者らは、従来の光学用接着剤と高分子導波路材料の間の屈折率差が光デバイスのピグテーリングで問題になる可能性があることを見いだした。従来のピグテーリング材料は、通信に一般に使用される１５５０ｎｍ波長域で約１．４５〜１．５２の間の屈折率を有する。先に記載したように、ポリマー導波路材料は、非常に低い屈折率または非常に高い屈折率のいずれかを有しうる。低屈折率ポリマー導波路は、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満またはさらには約１．３５未満の屈折率を有しうる。高屈折率ポリマー導波路は、１５５０ｎｍにおいて約１．５７超またはさらには約１．６２超の屈折率を有しうる。本発明者らは、低いかつ一貫性のある反射減衰量を有するピグテールドデバイスを作製するためにポリマー導波路の屈折率をピグテーリング材料の屈折率に一致させることが望ましいことを確認した。本明細書中で使用する場合、ピグテーリング材料とは、端面結合された２つの導波路の端面間のギャップを満たす高分子材料である。たとえば、ピグテーリング材料の屈折率をポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内にすることが望ましい。ピグテーリング材料の屈折率をポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０１以内にすることがさらに望ましい。
【００１９】
本発明者らは、反射減衰量の変動の改良が導波路の端面の品質と関係すると推測している。ほとんどの無機導波路は、ダイシング（または「劈開」）して、制御された幾何学形状を有する端面、たとえば、既知のかつ制御可能な角度を有する端面を与えることが可能である。無機導波路の端面は、ダイシングまたはポリシングにより比較的滑らかにすることが可能である。反対に、ほとんどのポリマー材料は軟質であるため、ポリマー導波路をダイシングしたりポリシングしたりすることが非常に困難である。一般的には、ダイシングにより作製されるポリマー導波路の端面の角度および平滑性を制御することはほとんど不可能である。この問題は、水素化または塩素化された対応物よりもかなり軟質の傾向を示す高フッ素化ポリマー導波路のような低モジュラス材料で、とくに顕在化する。本発明者らは、ピグテーリング材料の屈折率をポリマー導波路の屈折率に一致させることにより、無制御状態のポリマー導波路端面／ピグテーリング材料境界面が光学的に隠されてポリマー導波路端面の変動の影響が最小限に抑えられると推測している。
【００２０】
図１に示される本発明の一実施形態では、光デバイス２０は、ポリマー導波路２２を備える。ポリマー導波路は、たとえば、米国特許公報（特許文献１）および同一所有権者の同時係属の米国特許公報（特許文献２）に記載されているような高フッ素化材料、同一所有権者の同時係属の米国特許公報（特許文献３）に記載されているような高塩素化材料、同一所有権者の同時係属の米国特許公報（特許文献４）および米国特許公報（特許文献５）に記載されているような高屈折率ポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリ（トリフルオロビニルエーテル）、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスルホン、ならびにチオール−エンポリマーをはじめとする当業者に公知の任意の材料系から作製可能である。材料系に応じて、スピンコーティング、反応性イオンエッチング、フォトリソグラフィー、マイクロ成形、エンボス加工、および転写印刷のような標準的方法を用いて、ポリマー導波路を作製することが可能である。
【００２１】
ポリマー導波路２２は、光信号を伝播するためのコア２４を有する。ポリマー導波路コア２４は、導波路を構成する高分子材料の特性により主に決定される屈折率を有する。ポリマー導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．５７超またはさらには約１．６２超の屈折率を有しうる。このほか、ポリマー導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満またはさらには約１．３５未満の屈折率を有しうる。たとえば、高フッ素化ポリマー導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．３４の屈折率を有しうる。高芳香族性チオエーテルポリマーは、１５５０ｎｍにおいて約１．７５の屈折率を有しうる。
【００２２】
端面２６は、ポリマー導波路２２に形成されており、コア２４は、端面２６で終端する。端面は、たとえば、ダイシングにより、作製可能である。本発明では、ポリマー端面の品質は重要ではない。典型的には、ダイシングされたポリマー導波路は、粗い端面を有する傾向がある。さらに、端面の角度は、正確にはわからない可能性があり、端面に沿って変化する可能性もある。たとえば、所与の光学デザインにおいて、ポリマー導波路コアの伝播軸の垂線に対して８°の角度をなす端面を形成することが望ましいこともある。しかしながら、８°の角度でダイシングすることにより得られる端面は、抑制できずに数度の変化を生じて、望ましくない粗さ、コルゲーション、または他の表面形状を含む可能性がある。本願の図では、無制御状態の導波路端面は、曲がった線として模式的に示されている。
【００２３】
光デバイス２０は、無機導波路３２をも備える。無機導波路３２は、図１に示されるように、光ファイバーであってもよい。たとえば、無機導波路３２は、従来のシングルモード光ファイバーであってもよい。他の選択肢として、無機導波路３２は、プレーナー導波路であってもよい。無機導波路は、光信号を伝播するための屈折率を有するコア３４を含む。端面３６は、無機導波路に形成されており、コア３４は、端面で終端する。端面は、たとえば、導波路軸の垂線に対して７．３°の角度をなして作製可能である。従来の無機ドープドシリカ導波路は、１５５０ｎｍにおいて約１．４４〜約１．４９の間の屈折率を有する。
【００２４】
本発明では、ポリマー導波路コア２４の屈折率を無機導波路コア３４の屈折率に厳密に一致させる必要はない。たとえば、ポリマー導波路コアの屈折率と無機導波路コアの屈折率との差の絶対値は、約０．０７超またはさらには約０．１０超であってもよい。
【００２５】
光デバイス２０では、導波路端面２６および３６は、互いに約５０μｍ以内にあり、実質的に光学的に相互に結合されている。端面間に形成されたギャップには、高分子ピグテーリング材料４０がある。本明細書中で使用する場合、ピグテーリング材料とは、結合された導波路端面間のギャップを満たす材料である。ピグテーリング材料の屈折率は、ポリマー導波路コア２４の屈折率に厳密に一致する。たとえば、ピグテーリング材料は、ポリマー導波路コア２４の屈折率の約０．０３以内の屈折率を有しうる。好ましくは、ピグテーリング材料は、ポリマー導波路コア２４の屈折率の約０．０１以内の屈折率を有する。ピグテーリング材料は、好ましくは、接着性を有し、ポリマー導波路に対して無機導波路を所定の位置に保持するのに役立つ。しかしながら、ギャップに位置するピグテーリング材料は、有意な接着性を有していなくてもよい。その場合には、図２に示されるように、独立した接着剤４２を用いてピグテールドデバイスに機械的強度を付与することが可能である。理想的には、ピグテーリング材料は、完全に光透過性でなければならない。しかしながら、ピグテーリング材料中の光信号の経路長は非常に短いので、比較的高い損失の材料（たとえば、１〜３ｄＢ／ｃｍ（１００〜３００  ｄＢ／ｍ））を使用することができる。
【００２６】
ギャップを満たすピグテーリング材料は、ポリマー導波路コアの屈折率に厳密に一致する屈折率およびポリマー導波路と相溶的な性質を有するように配合しなければならない。好ましくは、ギャップを満たすピグテーリング材料はさらに、接着性を有する。当業者であればわかるであろうが、ポリマー導波路の作製に用いられるモノマーおよびポリマーは、多くの場合、ギャップを満たすピグテーリング材料に使用するのに好適であろう。たとえば、エネルギー硬化性組成物を用いてポリマー導波路を作製する場合、同一または類似の組成物を用いて導波路端面間のギャップを満たすことができるであろう。他の選択肢として、オルガノシランカップリング剤のような接着促進添加剤を、ポリマー導波路の作製に使用されるモノマーおよびポリマーと組み合わせることも可能である。
【００２７】
ギャップを満たすピグテーリング材料に使用するための新しいモノマーおよびポリマーを合成することが望ましいこともある。これらの新しいモノマーおよびポリマーをデザインする際、ポリマー導波路に使用されるポリマー中に見いだされる分子構造モチーフを使用することが有利である。たとえば、以下の実施例に記載されているように、ポリマー導波路のポリマーが過フッ素化ポリエーテルをベースとする場合、過フッ素化ポリエーテルをベースとしたギャップを満たすピグテーリング材料を使用することが望ましいであろう。他の選択肢として、芳香族チオール−エン組成物を用いてポリマー導波路を作製する場合、ピグテーリング材料のベースとして芳香族チオール−エン組成物を使用することが望ましいであろう。当業者であれば、ピグテーリング材料により大きな接着性または凝集性を付与するように、ピグテーリング材料に使用されるモノマーおよびポリマーをデザインすることが可能である。
【００２８】
本発明の他の実施形態では、光デバイスの構築方法を提供する。先に記載したようにコアと端面とを有するポリマー導波路を提供する。上記のデバイスに関連して記載したように、ポリマー導波路端面は、十分に制御された幾何学形状を有する必要はない。先に記載したようにコアと端面とを有する無機導波路を提供する。ポリマー導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．５７超またはさらには約１．６２超の屈折率を有しうる。このほか、ポリマー導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満またはさらには約１．３５未満の屈折率を有しうる。ポリマー導波路コアの屈折率と無機導波路コアの屈折率との差の絶対値は、約０．０７超またはさらには約０．１０超であってもよい。
【００２９】
ポリマー導波路の端面を、無機導波路の端面に、２つの間に５０μｍ未満のギャップを設けてアラインメントする。ポリマー導波路のコアが無機導波路のコアに実質的に光学的に結合されるように、導波路端面をアラインメントする。このアラインメントは、当業者によく知られた方法を用いて受動的または能動的に行うことが可能である。たとえば、２つの４軸精密ステージと、無機導波路に結合された光源と、ポリマー導波路に結合された検出器とを備えた従来のピグテーリングベンチを用いて、アラインメントを行うことが可能である。４軸ステージを用いて、検出器により検出されるシグナルを最大化するように導波路の相対位置を最適化することにより、導波路端面間の結合を最適化する。
【００３０】
端面間に形成されたギャップをエネルギー硬化性組成物で満たす。先に記載したように、エネルギー硬化性組成物は、硬化させたときポリマー導波路コアの屈折率に厳密に一致する屈折率を有するように選択される。エネルギー硬化性組成物は、たとえば、シリンジを用いてギャップ中に導入可能である。エネルギー硬化性組成物は、ピグテーリング材料を与えるのに適したエネルギー源を用いて硬化される。たとえば、化学線、熱、または電子ビーム線を用いて、エネルギー硬化性組成物を硬化させることが可能である。いくつかのエネルギー硬化性組成物は、適正時間で周囲温度で硬化させることが可能である。さまざまなタイプのエネルギー硬化性組成物を本発明で使用することが可能である。たとえば、アクリレート、メタクリレート、エポキシ、およびチオール−エンの組成物を使用することが可能である。得られるピグテーリング材料は、ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有する。好ましくは、得られるピグテーリング材料は、ポリマー導波路のコアの屈折率の約０．０１以内の屈折率を有する。
【００３１】
本発明の一実施形態では、ポリマー導波路は、米国特許公報（特許文献１）および同一所有権者の同時係属の米国特許公報（特許文献２）に記載されている過フッ素化ポリエーテルアクリレートをベースとした高フッ素化導波路である。過フッ素化ポリエーテルをベースとしたポリマー導波路のコアは１５５０ｎｍにおいて約１．３４の屈折率を有する。そのような導波路は、１５５０ｎｍにおいて約１．３１〜約１．３７の範囲の屈折率を有するギャップを満たすピグテーリング材料を用いて、本発明に従って、ピグテーリングすることが可能である。
【００３２】
ピグテーリング用のエネルギー硬化性組成物の配合に使用するのに望ましいモノマーの１つは、構造： 
Ｅ−ＯＯＣ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ2−Ｒｆ−ＣＨ2−ＯＯＣ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯ−Ｅ
（式中、Ｅは、重合性部分であり、Ｒは、脂肪族または芳香族リンカー部分であり、そしてＲｆは、過フッ素化ポリエーテル部分である）
を有する。たとえば、Ｅは、２−アクリルオキシエチル、２−メタクリルオキシエチル、グリシジル、または２，３−ジメルカプト−１−プロピルであってもよい。リンカー部分Ｒは、たとえば、１，５−イソホロニル部分または２，４−トリレン部分であってもよい。Ｒｆは、
−ＣＦ2Ｏ−［（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）m（ＣＦ2Ｏ）n］−ＣＦ2−、
−ＣＦ（ＣＦ3）Ｏ（ＣＦ2）4Ｏ［ＣＦ（ＣＦ3）ＣＦ2Ｏ］pＣＦ（ＣＦ3）−、または
−ＣＦ2Ｏ−（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）m−ＣＦ2−、
（式中、ｍおよびｎは、それぞれ、ランダムに分布したペルフルオロエチレンオキシおよびペルフルオロメチレンオキシ主鎖反復サブユニットの数を表し、ｐは、−ＣＦ（ＣＦ3）ＣＦ2Ｏ−主鎖反復サブユニットの数を表す）
であってもよい。これらの過フッ素化ポリエーテルウレタンモノマーの使用は、硬化された高分子材料にウレタン基のＮ−Ｈ結合が水素結合を介して接着性および凝集性を付与するという点でとくに有利である。これらのモノマーは、当業者によく知られた方法および実施例に記載の方法を用いて生成可能である。これらの過フッ素化ポリエーテルウレタン材料は、アクリレート、エポキシ、およびチオール−エンをベースとしたエネルギー硬化性組成物を配合するために使用することが可能である。
【００３３】
本発明の他の実施形態では、ポリマー導波路は、同一所有権者の同時係属の米国特許公報（特許文献４）および米国特許公報（特許文献５）に記載されている芳香族硫黄含有ポリマーベースとした高屈折率ポリマー導波路である。芳香族硫黄含有ポリマー導波路のコアは１５５０ｎｍにおいて約１．６６の屈折率を有しうる。そのような導波路は、１５５０ｎｍにおいて約１．６３〜約１．６９の範囲の屈折率を有するギャップを満たすピグテーリング材料を用いて、本発明に従って、ピグテーリングすることが可能である。たとえば、ポリマー導波路クラッドの作製に用いられる芳香族硫黄含有エネルギー硬化性組成物を少量用いて、無機導波路端面とポリマー導波路端面の間のギャップを満たすことが可能である。エネルギー硬化性組成物は、硬化させて、ピグテーリング材料を与えることが可能である。次に、図２に関連して先に記載したように、従来の接着剤を用いてピグテールに所与の機械的強度を付与することが可能である。
【００３４】
ポリマー導波路のピグテーリングに関して先に記載した本発明はまた、他の導波路のピグテーリングにも有利に使用可能である。本発明の他の態様において、無制御状態の端面を有する導波路をピグテーリングする方法を提供する。本明細書中で使用する場合、無制御状態の端面とは、所望の波長の光信号を劣化させるのに十分な程度に粗い端面、または導波路が構築される基材の端面に実質的に一致する角度で形成されていない端面である。たとえば、無制御状態の端面は、所望の波長の光信号を劣化させるのに十分な程度に大きい表面粗さ、表面コルゲーション、または他の表面形状を有する実質的に非平面状の端面であってもよい。たとえば、１５５０ｎｍの波長を有する光信号を伝播するデバイスでは、約２００ｎｍ超の粗さ、コルゲーション、または表面形状は、光信号を有意に劣化させるであろう。また、無制御状態の端面は、実質的に平面状であって、導波路が形成される基材の端面の角度と約２°超異なる角度をなして形成されたものであってもよい。たとえば、図３は、基材８４上に作製された導波路８２を示している。導波路８２の端面８６は、基材８４の端面８８とは実質的に異なる角度で形成されている。先に記載したように、ダイシングにより作製される高分子導波路デバイスは、無制御状態の端面を有する傾向がある。脆い無機材料、高応力状態の無機材料、または結晶性の無機材料から作製された導波路もまた、ダイシングまたはポリシングすると無制御状態の端面を有する可能性がある。当業者であれば、ポリマー導波路のピグテーリングに関連して記載した教示を、無制御状態の端面を有する導波路をピグテーリングするより一般的なケースに適用されよう。
【００３５】
図４に示される本発明の一実施形態では、ピグテールド導波路デバイスを提供する。光デバイス１２０は、第１の導波路１２２を備える。第１の導波路１２２は、光信号を伝播するためのコア１２４を含む。第１の導波路コア１２４の屈折率は、第１の導波路を構成する材料の特性により主に決定される。第１の導波路コア１２４は、１５５０ｎｍにおいて約１．５７超またはさらには約１．６２超の屈折率を有しうる。このほか、導波路コア１２４は、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満またはさらには約１．３５未満の屈折率を有しうる。端面１２６は、第１の導波路１２２に形成されており、コア１２４は、端面１２６で終端する。端面は、たとえば、ダイシングにより、作製可能である。第１の導波路の端面は、先に記載したようにおよび図４に凹凸のある線で示されるように、無制御状態である。
【００３６】
光デバイス１２０はまた、第２の導波路１３２を備える。第２の導波路１３２は、たとえば、光ファイバーであってもプレーナー導波路であってもよい。第２の導波路は、光信号を伝播するための屈折率を有するコア１３４を含む。端面１３６は、第２の導波路に形成されており、コア１３４は、端面で終端する。
【００３７】
光デバイス１２０では、第１の導波路コア１２４および第２の導波路コア１３４の端面は、実質的に光学的に相互に結合されており、導波路端面１２６および１３６は、互いに約５０ｍｍ以内にある。端面間に形成されたギャップには、高分子ピグテーリング材料４０がある。ピグテーリング材料の屈折率は、第１の導波路コア１２４の屈折率に厳密に一致する。たとえば、ピグテーリング材料は、第１の導波路コア１２４の屈折率の約０．０３以内の屈折率を有しうる。好ましくは、ピグテーリング材料は、第１の導波路コア１２４の屈折率の約０．０１以内の屈折率を有する。本発明者らは、無制御状態の端面が、屈折率の一致した接着剤により光学的に隠されるので、無制御状態の端面に起因したデバイスの挿入損失および反射減衰量が低減されると推測している。
【００３８】
本発明の他の実施形態では、光デバイスの構築方法を提供する。先に記載したようにコアと無制御状態の端面とを有する第１の導波路を提供する。先に記載したようにコアと端面とを有する第２の導波路を提供する。第１の導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．５７超またはさらには約１．６２超の屈折率を有しうる。このほか、第１の導波路コアは、１５５０ｎｍにおいて約１．４０未満またはさらには約１．３５未満の屈折率を有しうる。第１の導波路コアの屈折率と第２の導波路コアの屈折率との差の絶対値は、約０．０７超またはさらには約０．１０超であってもよい。
【００３９】
第１の導波路の端面を、第２の導波路の端面に、２つの間に５０μｍ未満のギャップを設けてアラインメントする。第１の導波路のコアが第２の導波路のコアに実質的に光学的に結合されるように、導波路端面をアラインメントする。このアラインメントは、当業者によく知られた方法を用いて受動的または能動的に行うことが可能である。たとえば、２つの４軸精密ステージと、無機導波路に結合された光源と、ポリマー導波路に結合された検出器とを備えた従来のピグテーリングベンチを用いて、アラインメントを行うことが可能である。４軸ステージを用いて、検出器により検出されるシグナルを最大化するように導波路の相対位置を最適化することにより、導波路端面間の結合を最適化する。
【００４０】
端面間に形成されたギャップをエネルギー硬化性組成物で満たす。先に記載したように、エネルギー硬化性組成物は、硬化させたとき第１の導波路コアの屈折率に厳密に一致する屈折率を有するように選択される。エネルギー硬化性組成物は、たとえば、シリンジを用いてギャップ中に導入可能である。エネルギー硬化性組成物は、ピグテーリング材料を与えるのに適したエネルギー源を用いて硬化される。たとえば、化学線、熱、または電子ビーム線を用いて、エネルギー硬化性組成物を硬化させることが可能である。指定の時間にわたり周囲温度に暴露することにより、いくつかのエネルギー硬化性組成物を硬化させることが可能である。さまざまなタイプのエネルギー硬化性組成物を本発明で使用することが可能である。たとえば、アクリレート、メタクリレート、エポキシ、およびチオール−エンの組成物を使用することが可能である。得られるピグテーリング材料は、第１の導波路のコアの屈折率の約０．０３以内の屈折率を有する。好ましくは、得られるピグテーリング材料は、第１の導波路のコアの屈折率の約０．０１以内の屈折率を有する。
【実施例】
【００４１】
以下の実施例は、本発明を例示するのに役立つが、本発明を限定しようとするものではない。
【００４２】
実施例１には、ポリマー導波路の好適な作製方法について記載する。実施例２および３には、過フッ素化ポリエーテルをベースとした新規なモノマーの合成について記載する。実施例４には、フッ素化光開始剤の合成について記載する。実施例５、６、および７には、実施例１のポリマー導波路のピグテーリングに好適なエネルギー硬化性組成物について記載する。実施例８には、実施例５、６、および７のエネルギー硬化性組成物を用いる実施例１のポリマー導波路のピグテーリングについて記載する。実施例９は、高屈折率ポリマー導波路系の例を提供する。
【００４３】
ＵＶ−Ｄ１０は、約１２００ｇ／ｍｏｌの分子量を有し、構造：
ＣＨ2＝ＣＨＣＯ2ＣＨ2ＣＦ2Ｏ−［（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）m（ＣＦ2Ｏ）n］−ＣＦ2ＣＨ2Ｏ2ＣＣＨ＝ＣＨ2
を有する。
【００４４】
ＵＶ−Ｔは、約２４００ｇ／ｍｏｌの分子量を有し、以下の構造を有する。
【００４５】
【化１】
2005539248.tif 000003
【００４６】
ＵＶ−８は、構造：ＣＨ2＝ＣＨＣＯ2−ＣＨ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＨ2−Ｏ2ＣＣＨ＝ＣＨ2を有する。
【００４７】
ダロキュア（ＤＡＲＯＣＵＲ）１１７３は、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンであり、ドイツ国ダルムシュタットのエー・メルク（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ  ｏｆ  Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能である。イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）２９５９は、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オンであり、スイス国バーゼルのチバ・アディティブス（Ｃｉｂａ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｏｆ  Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能である。イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）９０７は、２−メチル−１−［（４−メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オンであり、スイス国バーゼルのチバ・アディティブス（Ｃｉｂａ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｏｆ  Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能である。イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）１８４は、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンであり、スイス国バーゼルのチバ・アディティブス（Ｃｉｂａ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｏｆ  Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能である。
【００４８】
四官能性ポリオールのフルオロリンク（ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ）Ｔは、ニュージャージー州ソロフェアのアウシモント・ユーエスエー・インコーポレーテッド（Ａｕｓｉｍｏｎｔ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．，ｏｆ  Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ，ＮＪ）から入手可能である。フルオロリンク（ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ）Ｔは、約２２００ｇ／ｍｏｌの分子量を有し、以下の構造を有する。
【００４９】
【化２】
2005539248.tif 000004
【００５０】
ＦＰＩは、米国特許公報（特許文献６）に記載されているフッ素化光開始剤である。ＦＰＩは、以下の構造を有する。
【００５１】
【化３】
2005539248.tif 000005
【００５２】
（実施例１）
本明細書に記載の方法をシリコンウェーハ上のプレーナーポリマー導波路のアレイの作製に適用した。本方法が使いやすさおよび拡張のしやすさの利点を有することを実証した。さらに、本方法により、層の厚さおよび導波路の幾何学形状のような物理的特徴の均一性が高く、かつ約１．３μｍ〜１．５５μｍの重要通信導波路で非常に低い光学的挿入損失を有する、二次加工された導波路を作製した。
【００５３】
厚さ５００ｎｍの酸化物層を有する直径１００ｍｍの４”シリコンウェーハをウェーハ製造業者からクリーンな状態で入手した。４Ｍ  ＮａＯＨ溶液中に１時間浸漬することによりシリコン基材を処理し、続いて、脱イオン水を１５分間流動させてすすいだ。ＮａＯＨ処理は、ＯＨ基を有する酸化ケイ素表面の完全な官能化を保証することが目的である。過剰の水をブローイング除去することによりシリコンウェーハを乾燥させ、１２０℃のホットプレート上で１０分間焼成した。ニートな（３−アクリルオキシプロピル）トリクロロシランをスワブに吸収させ、ウェーハの表面上を完全に覆うようにコーティングした。スワビングの直後、エタノールを吸収させたクリーンルーム布で表面上を穏やかにラビングすることにより、トリクロロシラン材料の迅速加水分解反応から生じた大粒子を完全に除去した。次に、ウェーハにエタノールを溢れるまで注ぎ、１０００ｒｐｍで３０秒間回転させた。大粒子が残存しないことを検査により確認した後、（３−アクリルオキシプロピル）トリクロロシランの完全な硬化を保証しかつ残留エタノールが完全に除去されるように、ウェーハを１２０℃で３分間アニーリングした。
【００５４】
３種の異なる光重合性材料組成物を事前に混合し、濾過し、一晩静置して濾過に由来するバブルを散逸させた。コア混合物は、９２重量部のＵＶ−Ｔ、８重量部のＵＶ−８、および１重量部のダロキュア（ＤＡＲＯＣＵＲ）１１７３であった。クラッド混合物は、１００重量部のＵＶ−Ｔおよび１重量部のダロキュア（ＤＡＲＯＣＵＲ）１１７３であった。バッファー混合物は、７５重量部のＵＶ−Ｔ、２５重量部のＵＶ−Ｄ１０、および２重量部のＦＰＩであった。これらの混合物は、それぞれ１．３３６および１．３２９の屈折率を有するマッチングしたコアおよびクラッドならびに１．３１３の屈折率を有するバッファーからなるシステムコンポーネントを形成する。すべての混合物を予備濾過して０．１ミクロンを超える粒子を取り除いた。選択された材料は、固形分１００％であり、シリコンウェーハ上へのニートな状態でのスピンコーティングを可能にする１００〜５００ｃＰの粘度を有していた。
【００５５】
次に、ウェーハをスピンコーティング装置のチャックの中央に配置した。
【００５６】
体積０．７ｍＬのバッファー材料をウェーハ上に送出した。モノマーの溜りを低回転速度３００ｒｐｍで拡げ、次に、１８秒間で１３００ｒｐｍまで加速し、１０μｍの測定厚さを有する湿潤皮膜を形成した。スピンサイクルの終了時、エッジビード除去サイクルを実施した。ここで、ウェーハの外側１ｃｍ上に送出されるように、回転ウェーハのエッジの上からキャピラリチューブを介してアセトンを送出した。この領域の材料をこのようにして除去した。最後に、アセトンによる裏面リンス工程を実施して、ウェーハの裏面から残留物質を取り除いた。非接触干渉薄膜測定法を用いて厚さを確認した。次に、ウェーハを真空パージチャンバー内に移した。３リットルの内容積を有するリークフリーチャンバーを使用した。チャンバーは、アルミニウム壁、ビトン（ＶＩＴＯＮ）Ｏリング、および石英窓から構成され、空気の排出および窒素のパージングの両方が可能であった。ボックス蓋上のクランプおよびチェックバルブを用いて、パージング時に窒素の正圧を確保できるようにした。また、これにより、パージサイクル時に空気が漏れないようにした。同様に、チャンバーがリークフリーであることを保証することにより、真空サイクルで容易に空気を取り除くことが可能であった。典型的には、標準的なロータリーベーンメカニカルポンプを用いて、０．２トル以下までチャンバーを排気することが可能であった。プロセスの一貫性を得るために、標準的なパージサイクルを設定した。５トルのレベルに達するまで、真空を３０秒間適用した。この後、１０Ｌ／分で１．５分間の窒素パージングを行った。次に、平行ＵＶ光源下でサンプルに光を照射した。さらに、ブランケット露光工程では、５度ディフューザープレートを用いて、ＵＶ光源からのスプリアス光反射のイメージングを防止するとともに光重合性材料内での平行放射線の自己集束を防止した。３１７ｍＪ／ｃｍ2の照射量をバッファーに適用した。バッファーの厚さが１０μｍであることを確認した。次に、アンダークラッド層を適用した。この層は、所要のより薄い皮膜厚さが得られるようにスピン工程でより速い回転速度を選択して、上記のバッファー層に対して記載したのと類似の方法で適用した。このアンダークラッド層の湿潤時の測定厚さは、約２μｍであった。再び、サンプルを真空パージチャンバー内に配置した。５トルのレベルに達するまで、真空を３０秒間適用した。この後、１０Ｌ／分で１．５分間の窒素パージングを行った。５度ディフューザーを用いて、２８ｍＪ／ｃｍ2の照射量をアンダークラッドに適用した。サンプルを再びスピンコーターに戻し、先に記載した方法により、厚さ６μｍのコア材料の層を適用した。コーティングしエッジビードを除去した後、ウェーハをウェーハフォトマスクアライニングジグ上に配置した。ジグは、一体化されたウェーハ真空チャックを含有していた。ウェーハをフラットに保持しかつウェーハ平面に対して特定の方向を向くように、真空チャックをデザインした。次に、スペーサーとして作用するようにワイヤーをウェーハ上に配置した。バッファー、クラッド、およびコアを含む全皮膜厚さが１８μｍの状態で、エッジビードの除去された領域のシリコンウェーハ上にワイヤーを配置した。したがって、２５μｍのワイヤーにより、約７μｍの近接間隔を提供した。このほか、３５μｍのワイヤーにより、１７μｍの近接間隔を提供した。次に、高さ１／２”の楔形スペーサーをウェーハの隣りに配置した。次に、ウェーハの上方に高解像度クロムイメージ面を下向きにして６”×６”のフォトマスクを配置し、そのアラインメントをウェーハ−フォトマスクアラインメントジグにより確保した。マスクの一方のエッジを楔形スペーサーにより持ち上げて保持した。パージサイクル時に光重合性材料とマスクとの接触の可能性を最小化するために、マスクをウェーハから離して保持した。より温和な真空およびパージサイクルを用いて、コア層をパージングした。一度に真空を１秒間適用し、３００トルまで真空度を減少させた。次に、チャンバーを窒素でパージングして大気圧に戻した。１００秒間が経過するまで、この真空−パージサイクルを２０秒間に１回の割合で６回行った。最後に、窒素パージをさらに３２０秒間継続させた。より穏やかな真空サイクルを用いると、蒸発したモノマーによるフォトマスクの汚染が防止される。パージングが終了した後、真空密封直線運動フィードスルーを用いてウェッジを移動させることにより、マスクを降下させた。マスクは、このようにしてワイヤースペーサー上に着座し、ウェーハにも湿潤光重合性材料層にも直接接触することはなかった。平行ＵＶ光源を用いて、１７ｍＪ／ｃｍ2の照射量を適用した。次に、ウェーハを移動させてスピンコーターに戻し、そこで、適切な溶媒を用いて、露光されなかった湿潤コア層の領域をスピン現像した。アウシモント（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）により販売されているフッ素化溶媒ガルデン（ＧＡＬＤＥＮ）ＨＴ−１１０をこの目的のために使用した。現像後、顕微鏡および高さプロファイリング計を用いてコアリブを分析した。６×６μｍの称呼寸法を有するリブでは、高さおよび幅は、いずれも、ウェーハ全体にわたり０．２μｍの最大偏差以内に保持された。マスクは液状コア材料と接触しなかったので、コアの厚さ均一性は優れていた。ウェーハチャックおよびマスクはいずれも非常にフラットであり、反りや狂いがないので、近接露光プロセスに通して得られる幅均一性もまた優れていた。次に、先に記載した方法を用いてオーバークラッド材料をスピニングした。この場合、エッジビード除去は省略可能である。レジストはスピニング時に乾燥しなかったので、オーバークラッド材料はコアリブを越えて流動し、コアリブ上の表面はきわめて良好に平坦化された。オーバークラッドの下のコアリブの残留隆起は、高さ約０．５μｍであった。再び、サンプルを真空パージチャンバー内に配置した。５トルのレベルに達するまで、真空を３０秒間適用した。この工程の後、１０Ｌ／分で１．５分間の窒素パージングを行った。５度ディフューザーを用いて、４４００ｍＪ／ｃｍ2の照射量をオーバークラッドおよび下側材料層に適用した。次に、サンプルを１００℃のオーブン内に３時間配置して揮発性成分を追い出した。
【００５７】
（実施例２）
約３０００ｇ／ｍｏｌの分子量および下記構造を有する好適なペルフルオロポリエーテルジイソシアネートであるポリ（テトラフルオロエチレンオキシド−ｃｏ−ジフルオロメチレンオキシド）α，ω−ジイソシアネートを、ウィスコンシン州ミルウォーキーのシグマ・アルドリッチ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から購入した。
【００５８】
【化４】
2005539248.tif 000006
【００５９】
このジイソシアネート（３．０ｇ）を約１０ｍＬのエチルノナフルオロブチルエーテル中で２．２当量（０．２５５ｇ）のヒドロキシエチルアクリレートおよび５０ｍｇのジブチルスズジラウレートと共に還流状態で２時間加熱した。ＦＴＩＲによりイソシアネート伸縮バンドの消失およびカルボニルバンドの成長をモニターすることにより、反応を追跡した。反応の終了時、混合物を水で十分に洗浄し、ロータリーエバポレーションにより濃縮させ、以下の理想化構造を有する非常に粘稠な油を得た。
【００６０】
【化５】
2005539248.tif 000007
【００６１】
このマクロモノマーに頭字語ＰＦＥＤＡを与えた。
【００６２】
（実施例３）
実施例２に記載されているペルフルオロポリエーテルジイソシアネートを、５０ｍｇのジブチルスズジラウレートを含む約１５ｍＬの１：１エチルペルフルオロブチルエーテル／ジメチルホルムアミド中で、２．２当量（０．２７２ｇ）の２，３−ジメルカプト−１−プロパノールと共に還流状態で４時間加熱した。ＦＴＩＲによりイソシアネート伸縮バンドの消失およびカルボニルバンドの成長をモニターすることにより、反応を追跡した。反応の終了時、混合物を水で十分に洗浄し、ロータリーエバポレーションにより濃縮させ、以下の理想化構造を有する非常に粘稠な油を得た。
【００６３】
【化６】
2005539248.tif 000008
【００６４】
このマクロモノマーに頭字語ＰＦＥＴＭＰを与えた。
【００６５】
（実施例４）
１当量のイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）２９５９および１当量のヘプタフルオロ酪酸無水物をＴＨＦに溶解させ、暗所において還流状態で１６時間加熱した。反応混合物を水中に注ぎ、エチルノナフルオロブチルエーテルで抽出した。溶媒を真空下で蒸発させ、下記構造を有するフッ素化光開始剤を得た。
【００６６】
【化７】
2005539248.tif 000009
【００６７】
このフッ素化光開始剤に頭字語ＦＢＰＩを与えた。
【００６８】
（実施例５）
８９重量部のＦＰＥＤＡ、１０重量部のヘプタデカフルオロデシルアクリレート、０．６重量部のＦＢＰＩ、０．２重量部のイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）９０７、および０．２重量部のイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）１８４を組み合わせることにより、エネルギー硬化性組成物を配合した。この配合物は、本明細書中ではＡＤ５と記されている。ＡＤ５配合物を真空下で注意深く脱ガスし、窒素で満たされたグローブボックス内でシリンジ中に充填した。ＡＤ５配合物は、酸素感受性であり、配合の２時間以内で最も良好に使用される。ＵＶ線を用いてＡＤ５配合物を硬化させることにより、１５５０ｎｍにおいて約１．３６の屈折率を有する高分子材料を得ることができる。
【００６９】
（実施例６）
８４重量部のＦＰＥＤＡ、１０重量部のＵＶ−８，５重量部のヘプタデカフルオロデシルアクリレート、０．６重量部のＦＢＰＩ、０．２重量部のイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）９０７、および０．２重量部のイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）１８４を組み合わせることにより、エネルギー硬化性組成物を配合した。この配合物は、本明細書中ではＡＤ６と記されている。ＡＤ６配合物を真空下で注意深く脱ガスし、窒素で満たされたグローブボックス内でシリンジ中に充填した。ＡＤ６配合物は、酸素感受性であり、配合の２時間以内で最も良好に使用される。ＵＶ線を用いてＡＤ６配合物を硬化させることにより、１５５０ｎｍにおいて約１．３６の屈折率を有する高分子材料を得ることができる。
【００７０】
（実施例７）
三つ口フラスコにディーン・スターク凝縮器および磁気攪拌機を取り付けた。フラスコにフルオロリンク（ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ）Ｔ（８２ｇ）および３−メルカプトプロピオン酸を添加した。混合物に１滴のポリリン酸および１００ｍＬのトルエンを添加した。エステル化反応で生成した水をディーン・スターク凝縮器で捕集しながら、還流状態でフラスコを加熱した。２日後、混合物を室温まで冷却させ、トリエチルアミン（１ｍＬ）を添加して未反応の酸を中和した。混合物を９０ｇのメタノールと１０ｇの水との混合物で３回洗浄した。残留溶媒をロータリーエバポレーションにより除去した。この比較的高い吸光度（１５５０ｎｍで０．０８５ｃｍ-1）の物質は、不完全なエステル化に起因するものであり、赤外分光法により、残留ヒドロキシル基の存在が確認された。この物質をＴ−ＳＨと命名した。これは、以下の構造を有するものとして記述することができる。
【００７１】
【化８】
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【００７２】
上記式中、ｍ：ｎの比は、約０．５：１〜１．４：１の範囲で変化し、ｍは、平均して約６．４５〜約１８．３４の範囲で変化し、ｎは、平均して約５．９４〜約１３．９３の範囲で変化する。望ましい材料のｍ：ｎ比は約１であり、ｍの平均およびｎの平均は約１０．３である。
【００７３】
１．０ｇのＵＶ−Ｔ、０．８ｇのＴ−ＳＨ、０．１５ｇのＰＦＥＴＭＰ、０．０５ｇのＦＢＰＩ、０．０３ｇの（３−アクリルオキシプロピル）トリメトキシシラン、および０．０３ｇの（３−グリシジルオキシプロピル）トリメトキシシランを組み合わせることにより、エネルギー硬化性組成物を配合した。この配合物は、本明細書中ではＡＤ７と記されている。ＡＤ７配合物を真空下で注意深く脱ガスし、窒素で満たされたグローブボックス内でシリンジ中に充填した。ＡＤ７配合物は、少なくとも約３週間の保存寿命を有する。ＵＶ線を用いてＡＤ７配合物を硬化させることにより、１５５０ｎｍにおいて約１．３４の屈折率を有する高分子材料を得ることができる。
【００７４】
（実施例８）
４つの露出した導波路コアを有する端面を提供するように、実施例１に記載されているポリマー導波路をダイシングした。ダイシングは、図２に示されるように、垂線に対して８°であった。シリコンＶ溝基材をベースとしたファイバーブロックに、４つの光ファイバー（コーニング・インコーポレーテッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から入手可能で、１５５０ｎｍにおいて１．４６５のコア屈折率を有するＳＭＦ２８）をローディングし、図４に示されるように、垂線に対して８°の角度でダイシングした。２つの４軸精密ステージと、無機導波路に結合された光源と、ポリマー導波路に結合された検出器とを備えた従来のピグテーリングベンチ上で、アクティブアラインメント法を用いて、ファイバーブロックを導波路コアにアラインメントした。４軸ステージを用いて、検出器により検出されるシグナルを最大化するように導波路の相対位置を最適化させた。この方法では、ファイバーとポリマー導波路の端面間に約１０μｍ未満のギャップを残した。エネルギー硬化性組成物（ＡＤ５、ＡＤ６、またはＡＤ７）のうちの１つを用いてギャップを満たし、高圧水銀ランプ（〜１０Ｗ／ｃｍ２）を用いてデバイスの上面および底面からのＵＶ線でエネルギー硬化性組成物を２分間硬化させた。６５℃で１２時間かけてデバイスを後焼成した。
【００７５】
ＡＤ５を用いてピグテーリングされたデバイスの反射減衰量は、−４８±５ｄＢであった。ＡＤ６を用いてピグテーリングされたデバイスの反射減衰量は、−４８±３ｄＢであった。ＡＤ７を用いてピグテーリングされたデバイスの反射減衰量は、−５２±３ｄＢであった。比較として、１５５０ｎｍにおいて約１．５０の屈折率を有する接着剤を用いてピグテーリングされたデバイスの反射減衰量は、−４３±７ｄＢおよび−４６±７ｄＢであった。
【００７６】
（実施例９）
イソプロペニル二重結合の反応の終了が赤外分光法により確定されるまでメシチレン（３．３１６ｇ）中において４，４’−チオビスベンゼンチオール（３．７６２ｇ）および１，３−ジイソプロピエニルベンゼン（２．１４２ｇ）を８５℃で加熱することにより、芳香族硫黄含有オリゴマーを調製することが可能である。エチレングリコールジメタクリレート（０．６０６ｇ）を添加し、チオールの反応の終了が赤外分光法により確定されるまで混合物を６０℃で加熱する。ｐ−メトキシフェノール（０．００８ｇ）、イルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ）１０３５としてチバ（Ｃｉｂａ）から入手可能なチオジエチレンビス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシ）ヒドロシンナメート（０．１４６ｇ）、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン（０．００３ｇ）、およびラーン・ユーエスエー（Ｒａｈｎ  ＵＳＡ）（０．０１７ｇ）から入手可能なアクリル酸エステル中の重合防止剤ゲノラッド（ＧＥＮＯＲＡＤ）１６を添加する。オリゴマーは、以下の推定上の構造を有する。
【００７７】
【化９】
2005539248.tif 000011
【００７８】
上記のオリゴマー溶液（６．１５ｇ）を、ビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィド（３．５１６ｇ）およびスイス国バーゼルのチバ・アディティブス（Ｃｉｂａ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｏｆ  Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能なイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）１８５０（５０重量％の１−ベンゾイル−１−ヒドロキシシクロヘキサン＋５０重量％のビス（２，５−ジメトキシベンゾイル）（２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィンオキシド）（０．２２ｇ）と混合することにより、高屈折率導波路コアの作製に好適なエネルギー硬化性組成物を作製することが可能である。上記のオリゴマー溶液（５．６７ｇ）を、ビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィド（３．７０ｇ）、サートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）からＳＲ−３４９として入手可能なエトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート（０．４０ｇ）、およびスイス国バーゼルのチバ・アディティブス（Ｃｉｂａ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｏｆ  Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能なイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）１８５０（５０重量％の１−ベンゾイル−１−ヒドロキシシクロヘキサン＋５０重量％のビス（２，５−ジメトキシベンゾイル）（２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィンオキシド）（０．２４ｇ）と混合することにより、高屈折率導波路クラッドの作製に好適なエネルギー硬化性組成物を作製することが可能である。
【００７９】
当業者によく知られたポリマー導波路作製手順を用いることにより、これらの組成物を使用して高屈折率導波路を作製することが可能である。たとえば、液体組成物を透明基材に適用し、工具でパターン化し、そして硬化させるＵＶエンボス加工マイクロレプリカ作製法で、この実施例の組成物を使用することが可能である。工具に接触する組成物の領域にＵＶ線を照射しながら液体組成物を横切って回転する円筒ドラム上に工具を置くことが可能である。工具を回転させ、硬化されたポリマー組成物から引き剥がすと、硬化されたポリマー中に導波路パターンが残る。スピンコーティングし、続いて硬化させることにより、導波路にクラッド組成物をオーバークラッディングすることが可能である。この導波路のコアは、１５５０ｎｍにおいて約１．６５２の屈折率を有する。
【００８０】
このようにして構築された高屈折率ポリマー導波路をダイシングし、１５５０ｎｍにおいて約１．６２〜約１．６８の範囲の屈折率を有するピグテーリング材料を用いて光ファイバーにピグテーリングすることが可能である。この実施例では、導波路自体の材料は、良好な接着性を有し、ピグテーリング法に適している。したがって、ピグテーリング材料を形成するための先に詳述したクラッド用エネルギー硬化性組成物を用いて、導波路をピグテーリングすることが可能である。
【００８１】
当業者には自明なことであろうが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正および変更を加えることが可能である。したがって、添付の特許請求およびその等価物の範囲内に含まれるかぎり、本発明の修正および変更は、本発明に包含されるものとみなされる。
【００８２】
本明細書に記載の発明の背景に関する考察は、本発明の前後関係を説明するために含まれている。文献または情報が「公知」として参照される場合、いずれの場合も、本出願日の前にどこかの少なくとも１人の一般人に知られていたことを容認するにすぎない。参照の内容がとくに明記されていないかぎり、いずれかの特定の国（ＰＣＴの加盟国であるか否かにかかわらず）の一般の人々または本発明の関連する技術の専門家にそのような知識が利用可能であったことを容認するものではなく、本発明が行われる前またはいずれかの特許請求日の前に知られていたかまたは開示されていたことを容認するものでもない。さらに、いずれかの文献または情報が世界的にみてまたはいずれかの国において当技術分野の一般常識の一部を形成することを容認するものでもなく、いずれについてもそうであるとは考えられない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態に係るピグテールドポリマー導波路デバイスの概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る機械的安定性を得るための接着剤を用いたピグテールドポリマー導波路デバイスの概略側面図である。
【図３】基材の角度と異なる角度をなして形成された無制御状態の端面の概略側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る無制御状態の端面を有するピグテールド導波路デバイスの概略側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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