(57)【要約】平面光導波路が提供される。プレーナー型光導波路は、ある熱膨張係数を有するポリマー基板、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを含む。コアは、約１２５０〜１７００ｎｍの範囲において、約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損を有するハロゲン化ポリマーである。コアは、熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と屈折率の逆数との積は、前記熱膨張係数の負数にほぼ等しくなる。
2005503583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー基板；
当該基板に配置された第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアが１２５０〜１７００ｎｍの範囲で約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有するハロゲン化ポリマーである、プレーナー型光導波路。
【請求項２】
ハロゲン化が少なくとも５０重量％である、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３】
ハロゲン化ポリマーが約０．００１以下の複屈折を有する、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４】
コアがＣ＝Ｘ結合（ここで、ＸはＣ、Ｎ、ＳおよびＯから成る群から選択されるものである）を実質的に含まないポリマーをさらに含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５】
コアは、Ｘ−Ｈ結合（ここで、ＸはＣ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＳｉから成る群から選択されるものである）を実質的に含まないポリマーをさらに含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項６】
コアは、Ｎ＝Ｏ、Ｃ≡ＮおよびＣ≡Ｃ結合のいずれをも実質的に含まないポリマーをさらに含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項７】
ハロゲンが、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｆから成る群より選択される、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項８】
基板が熱膨張係数を有し、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積が、当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項９】
ハロゲン化ポリマー・コアが、ポリ［２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］、およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］のいずれか１つである、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１０】
ハロゲン化ポリマー・コアがパーハロゲン化ポリマーである、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１１】
パーハロゲン化ポリマーがパーフッ素化ポリマーである、請求項１０に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１２】
ポリマー基板が複数の基板要素を含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１３】
複数の基板要素が一緒にブレンドされている、請求項１２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１４】
複数の基板要素が、第２の基板部に固定的に接続されている第１の基板部を含む、請求項１２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１５】
コアの上に配置されたスーパーストレートをさらに含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１６】
導波路がカプラを含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１７】
導波路が干渉計を含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１８】
導波路がアレイ導波路回折格子を含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項１９】
導波路が導波路ブラッグ格子を含む、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２０】
基板が変性された表面を有する、請求項１に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２１】
変性された表面が酸素化されている、請求項２０に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２２】
ポリマー基板；
基板に配置された第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアがハロゲン化ポリマーであり、ハロゲン化ポリマーが実質的にＣ＝Ｏ結合を含まない、プレーナー型光導波路。
【請求項２３】
コアが０．００１以下の複屈折を有するポリマーをさらに含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２４】
ハロゲン化が少なくとも５０重量％である、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２５】
コアがＣ＝Ｘ結合（ここで、ＸはＮ、ＳおよびＣから成る群から選択されるものである）を実質的に含まないポリマーをさらに含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２６】
コアは、Ｘ−Ｈ結合（ここで、ＸはＣ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＳｉから成る群から選択されるものである）を実質的に含まないポリマーをさらに含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２７】
コアは、Ｎ＝Ｏ、Ｃ≡ＮおよびＣ≡Ｃ結合のいずれをも実質的に含まないポリマーをさらに含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２８】
基板が熱膨張係数を有し、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と屈折率の逆数との積が、当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項２９】
ハロゲン化ポリマー・コアが、ポリ［２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］、およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］のいずれか１つである、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３０】
ハロゲン化ポリマー・コアがパーハロゲン化ポリマーである、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３１】
パーハロゲン化ポリマーがパーフッ素化ポリマーである、請求項３０に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３２】
ポリマー基板が複数の基板要素を含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３３】
複数の基板要素が一緒にブレンドされている、請求項３２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３４】
複数の基板要素が、第２の基板部に固定的に接続されている第１の基板部を含む、請求項３２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３５】
コアの上に配置されたスーパーストレートをさらに含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３６】
導波路がカプラを含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３７】
導波路が干渉計を含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３８】
導波路がアレイ導波路回折格子を含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項３９】
導波路が導波路ブラッグ格子を含む、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４０】
基板が変性された表面を有する、請求項２２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４１】
変性された表面が酸素化されている、請求項４０に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４２】
ポリマー基板；
当該基板に配置された第１クラッド；
第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアが実質的にポリイミドおよびアクリレートを含まないハロゲン化ポリマーである、プレーナー型光導波路。
【請求項４３】
コアがさらにポリエーテルケトンを実質的に含まない、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４４】
ハロゲンが、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｆから成る群より選択される、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４５】
基板が熱膨張係数を有し、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と屈折率の逆数との積が、当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４６】
ハロゲン化ポリマー・コアが、ポリ［２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］、およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］のいずれか１つである、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４７】
ハロゲン化ポリマー・コアがパーハロゲン化ポリマーである、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４８】
パーハロゲン化ポリマーがパーフッ素化ポリマーである、請求項４７に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項４９】
ポリマー基板が複数の基板要素を含む、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５０】
複数の基板要素が一緒にブレンドされている、請求項４９に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５１】
複数の基板要素が、第２の基板部に固定的に接続されている第１の基板部を含む、請求項４９に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５２】
導波路がカプラを含む、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５３】
導波路が干渉計を含む、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５４】
導波路がアレイ導波路回折格子を含む、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５５】
導波路が導波路ブラッグ格子を含む、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５６】
基板が変性された表面を有する、請求項４２に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５７】
変性された表面が酸素化されている、請求項５６に記載のプレーナー型光導波路。
【請求項５８】
熱膨張係数を有するポリマー基板；
当該基板に配置された第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアが１２５０〜１７００ｎｍの範囲で約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有し、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積が、当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、プレーナー型光導波路。
【請求項５９】
熱膨張係数を有するポリマー基板；
当該基板に配置された第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアがハロゲン化ポリマーであり、ハロゲン化ポリマーが実質的にＣ＝Ｏ結合を含んでおらず、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積が、当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、プレーナー型光導波路。
【請求項６０】
熱膨張係数を有するポリマー基板；
当該基板に配置された第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアがポリイミドおよびアクリレートを除くハロゲン化ポリマーであって、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積が、当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、プレーナー型光導波路。
【請求項６１】
基板およびハロゲン化ポリマー導波路コア材料を有し、当該コア材料がハロゲン化された非複屈折性のポリマーであって、ハロゲン化が少なくとも５０重量％である、プレーナー型光導波路を製造する方法であって、
導波路コア材料を供給すること；
導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を決定すること；
導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しい熱膨張係数を有する基板材料を選択すること；
基板材料から基板を形成すること；
第１クラッド層を基板の上に配置すること；
導波路コア材料を基板の上に配置すること；および
導波路コアを導波路コア材料から形成すること
を含む方法。
【請求項６２】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板を変性することをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
変性することが基板の表面をガスでエッチングすることをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
ガスがアルゴンおよび酸素から成る群より選択される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板の表面を酸素化することをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
基板およびハロゲン化ポリマー導波路コア材料を有し、当該コア材料がハロゲン化された非複屈折性のポリマーであって、ハロゲン化が少なくとも５０重量％である、プレーナー型光導波路を製造する方法であって、
熱膨張係数を有する基板を供給すること；
当該熱膨張係数が導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しくなるように、導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を有する導波路材料を選択すること；
第１クラッド層を基板の上に配置すること；
基板の上に導波路コア材料を配置すること；および
導波路コア材料から導波路コアを形成すること
を含む、方法。
【請求項６７】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板を変性することをさらに含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
変性することが基板の表面をガスでエッチングすることをさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
ガスがアルゴンおよび酸素から成る群より選択される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板の表面を酸素化することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
基板およびハロゲン化ポリマー導波路コア材料を有し、当該コア材料がハロゲン化された実質的にＣ＝Ｏ結合を含まないポリマーである、プレーナー型光導波路を製造する方法であって、
導波路コア材料を供給すること；
導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を決定すること；
導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しい熱膨張係数を有する基板材料を選択すること；
基板材料から基板を形成すること；
第１クラッド層を基板の上に配置すること；
導波路コア材料を基板の上に配置すること；および
導波路コアを導波路コア材料から形成すること
を含む方法。
【請求項７２】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板を変性することをさらに含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
変性することが基板の表面をガスでエッチングすることをさらに含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
ガスがアルゴンおよび酸素から成る群より選択される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板の表面を酸素化することをさらに含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
基板およびハロゲン化ポリマー導波路コア材料を有し、当該コア材料が、実質的にＣ＝Ｏ結合を含まない、ハロゲン化された非複屈折性のポリマーである、プレーナー型光導波路を製造する方法であって、
熱膨張係数を有する基板を供給すること；
当該熱膨張係数が導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しくなるように、導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を有する導波路材料を選択すること；
第１クラッド層を基板の上に配置すること；
基板の上に導波路コア材料を配置すること；および
導波路コア材料から導波路コアを形成すること
を含む、方法。
【請求項７７】
第１クラッド層を基板の上に配置する前に、基板を変性することをさらに含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
変性することが基板の表面をガスでエッチングすることをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
ガスがアルゴンおよび酸素から成る群より選択される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
第１クラッド層を基板の上に形成する前に、基板の表面を酸素化することをさらに含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
熱膨張係数を有するポリマー基板；
当該基板に配置される第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されるコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアがハロゲン化ポリマーであり、当該ハロゲン化ポリマーが有害な振動倍音を約１２００〜１７００ｎｍの間で有しておらず、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積が当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、プレーナー型光導波路。
【請求項８２】
熱膨張係数を有するポリマー基板；
当該基板に配置される第１クラッド；および
第１クラッドの少なくとも一部に配置されるコア
を含むプレーナー型光導波路であって、コアがハロゲン化ポリマーであり、当該ハロゲン化ポリマーが約１２００〜１７００ｎｍの間で約９５％／ｃｍ以上の透過率を有し、コアが熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積が当該熱膨張係数の負数にほぼ等しい、プレーナー型光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、２００１年９月１４日に出願された米国仮特許出願６０／３２２，１６２号、２００２年２月２５日に出願された米国仮特許出願６０／３５９，３４５号、および２００２年３月１５日に出願された米国仮特許出願６０／３６４，０２７号の利益を主張する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、ポリマー基板およびポリマー導波路材料を使用するプレーナー型（または２次元的な）光導波路に関する。
【０００３】
（背景技術）
プレーナー型光導波路は、コアポリマーおよびクラッドポリマーを使用することにより、ポリマー中に形成され得る。コアポリマーの屈折率は、約１２００〜１７００ｎｍである光遠距離通信のウィンドウの近赤外領域にわたって、クラッドポリマーのそれよりも僅かに高い。そのようなポリマー光導波路を製作する一般的な方法は、アンダークラッド・ポリマーフィルム層をシリコン基板の上に配置し、それからポリマー・コア層をアンダークラッド層の上面に配置する。ポリマー・コア層はそれから、リソグラフィおよびエッチングプロセスのようなパターニング処理に付され、それにより矩形断面のチャンネルが形成される。オーバークラッド・ポリマーフィルム層がそれから導波路コアおよび露出したアンダークラッド・フィルム層の上面に配置される。
【０００４】
集積スプリッタ、カプラ、アレイ導波路回折格子、および光導波路アンプのような種々の光学デバイスを、光導波路を用いて形成することができる。方向性カプラ、マッハツェンダ干渉計、およびアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）等の位相弁別光導波路デバイスにおいて、デバイスの波長応答特性は図１に示すように環境温度が変化するとともに有意に変化する。この変化は、ポリマー材料の大きな熱膨張係数および大きな光学係数に起因する。これらの大きい係数に起因して、これらの光導波路のデバイスの操作は温度制御を必要とし、それにより操作の複雑さおよび製造コストが上昇する。
【０００５】
Ｋｅｉｌらの「アサーマルのオールポリマーのアレイ導波路回折格子マルチプレクサ（Athermal all-polymer arrayed-waveguide grating multiplexer）」（Electronics Letters，Vol. 37, No. 9, ２００１年４月２６日）は、ポリマー基板の上にＡＷＧとして配置されたフルオロアクリレートタイプのポリマー（例えば、ペンタフルオロスチレン、トリフルオロエチルメタクリレートおよびグリシジルメタクリレートのターポリマー）を論じている。しかしながら、フルオロアクリレートタイプのポリマーは多くのＣ−Ｈ結合を含む。Ｃ−Ｈ結合を有するポリマーは、光通信信号が約１．５μｍに存する場合に、赤外領域にて高い吸収作用を一般的には有する。この吸収作用は光通信信号の損失を招く。
【０００６】
Ｓｕｃｈらの米国特許第６，１００，３７１号は、ポリイミドポリマーを使用することを開示している。しかしながら、Ｍａｔｓｕｕｒａらによって開示されているポリイミドは多くのＣ＝Ｏ結合を含む。
【０００７】
Ｊｏｏ−Ｈｅｏｎ  Ａｈｎらの「１５５０ｎｍにてフッ素化ポリ（エーテルケトン）を用いる、ポリマーの１×８アレイ導波路回折格子マルチプレクサ（Polymeric 1x8 Arrayed Wavelength Grating Multiplexer using Fluorinated Poly(ether ketone）」（Proceedings of SPIE, Terahertz and Gigahertz Photonics, Vol. 3795, 第５６８〜５７５頁, デンバー, コロラド州（１９９９年７月））は、シリコン基板を有する導波路回折格子を開示し、コア材料として合成ポリエーテルケトンを使用する。
【０００８】
本質的にアサーマルである（または温度依存特性を有しない）ポリマー導波路デバイスを有すること、即ち、デバイスの波長応答特性が環境温度変化に対して小さい感応性（または感度）を有するが、約１．５μｍの赤外通信波長付近で低い吸収損失を示し、かつ小さい複屈折を示すことが好ましい。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、プレーナー型光導波路を提供する。プレーナー型光導波路は、ポリマー基板（またはポリマー・サブストレート）、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを含む。コアは、約１２５０〜１７００ｎｍの範囲において約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有する、ハロゲン化ポリマーである。
【００１０】
一つの形態において、プレーナー型光導波路は、ポリマー基板、基板上に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを含む。コアはハロゲン化ポリマーであり、当該ハロゲン化ポリマーは実質的にＣ＝Ｏ結合を含まない。
【００１１】
一つの別の形態において、プレーナー型光導波路は、ポリマー基板、基板上に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを含む。コアは実質的にポリイミドおよびアクリレートを含まないハロゲン化ポリマーである。
【００１２】
別の形態において、プレーナー型光導波路は、ある熱膨張係数を有するポリマー基板、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを含む。コアは、約０．００１以下の複素屈折率を有するハロゲン化ポリマーである。コアは、約１２５０〜１７００ｎｍの範囲において約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有する。コアは、ある熱光学係数と屈折率とを有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積は前記熱膨張係数の負数とほぼ等しくなる。
【００１３】
別の形態において、プレーナー型光導波路は、ある熱膨張係数を有するポリマー基板、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に形成されたコアを含む。コアは、実質的にＣ＝Ｏ結合を含まないハロゲン化ポリマーである。コアは、ある熱光学係数と屈折率とを有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積は前記熱膨張係数の負数とほぼ等しくなる。
【００１４】
別の形態において、プレーナー型光導波路は、ある熱膨張係数を有するポリマー基板、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを含む。コアは、ポリイミドおよびアクリレートをのぞくハロゲン化ポリマーである。コアは、ある熱光学係数と屈折率とを有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積は熱膨張係数の負数とほぼ等しくなる。
【００１５】
さらに、プレーナー型光導波路を製造する方法が開示される。導波路は、基板、および約１２５０〜１７００ｎｍの範囲において約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有するハロゲン化ポリマーの導波路コア材料を有する。当該方法は、導波路コア材料を供給すること；導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を決定すること；導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しい熱膨張係数を有する基板材料を選択すること；基板を基板材料から形成すること；第１クラッド層を基板に配置すること；導波路コア材料を基板上に配置すること；および導波路コア材料から導波路コアを形成することを含む。
【００１６】
別の形態において、導波路が、基板、および約１２５０〜１７００ｎｍの範囲において約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有するハロゲン化ポリマーの導波路コア材料を有するプレーナー型光導波路を製造する方法がある。当該方法は、ある熱膨張係数を有する基板を供給すること；導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を有する導波路材料を、当該熱膨張係数が導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しくなるように選択すること；第１クラッド層を基板に配置すること；導波路コア材料を基板の上に配置すること；および導波路コア材料から導波路コアを形成することを含む。
【００１７】
別の形態において、導波路が、基板、および実質的にＣ＝Ｏ結合を含まないハロゲン化ポリマーの導波路コア材料を有する、プレーナー型光導波路を製造する方法がある。当該方法は、導波路コア材料を供給すること；導波路コア材料の熱光学係数および屈折率を決定すること；導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しい熱膨張係数を有する基板材料を選択すること；基板材料から基板を形成すること；第１クラッド層を基板に配置すること；導波路コア材料を基板に配置すること；および導波路コア材料から導波路コアを形成することを含む。
【００１８】
別の形態において、導波路が、基板、およびハロゲン化された非複屈折性のポリマーであって、実質的にＣ＝Ｏ結合を含まないハロゲン化ポリマーの導波路コア材料を有する、プレーナー型光導波路を製造する方法がある。当該方法は、ある熱膨張係数を有する基板を供給すること；導波路コア材料の熱光学係数と屈折率とを有する導波路材料を、前記熱膨張係数が導波路コア材料の熱光学係数と屈折率の逆数との積の負数にほぼ等しくなるように選択すること；第１クラッド層を基板に配置すること；導波路コア材料を基板に配置すること；および導波路コア材料から導波路コアを形成することを含む。
【００１９】
別の形態において、プレーナー型光導波路は、ある熱膨張係数を有するポリマー基板、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを有する。コアは、約１２００〜１７００ｎｍの間で有害な振動倍音を有しないハロゲン化ポリマーである。コアは熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と屈折率の逆数との積は前記熱膨張係数の負数にほぼ等しくなる。
【００２０】
別の形態において、プレーナー型光導波路は、ある熱膨張係数を有するポリマー基板、基板に配置された第１クラッド、および第１クラッドの少なくとも一部に配置されたコアを有する。コアは、約１２００〜１７００ｎｍの間で、センチメートルあたり約９５％以上の透過率（または伝送率）を有するハロゲン化ポリマーである。コアは、熱光学係数および屈折率を有し、当該熱光学係数と当該屈折率の逆数との積は、前記熱膨張係数の負数にほぼ等しい。
【００２１】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する、添付した図面は、本発明の好ましい形態を示し、また、上述した一般的な説明および下記に示す詳細な説明とともに、本発明の特徴を説明する役割をする。
【００２２】
（発明の詳細な説明）
図面において、同じ符号は全体にわたって同じ要素を示している。２００１年１１月７日に出願された係属中の米国特許出願１０／０４５，３１７号（代理人書類番号ＰＨＸ−００３８）および２００１年９月１４日に出願された係属中の米国特許出願６０／３２２，１６３号（代理人書類番号ＰＨＸ−００５０）はともに本発明の譲受人により所有され、ともに引用により、本明細書に全体が組み込まれる。本発明の譲受人が所有する、２００１年３月１５日に出願された米国仮特許出願６０／３６４，０２７号もまた、引用により、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００２３】
光導波路材料として使用すべきポリマーは、通信波長の領域（１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ）において低い吸収損を有する必要がある。典型的な有機ポリマーにおけるＣ−Ｈ結合は、Ｃバンド通信領域バンド（１５３０ｎｍと１５６５ｎｍとの間）の付近で大きな振動倍音吸収を示す。光損失を無くす一つの方法は、Ｃ−Ｈ結合をＣ−Ｆ結合で置き換えることである。Ｃ−Ｆ結合は振動倍音をより長波長にシフトさせ、Ｃバンドにおいて低損失光学窓（またはウィンドウ）を残す。しかしながら、光学ポリマーの性能が通信領域にわたって約０．１ｄＢ／ｃｍ以下の導波路損失を示すようにするには、付加的な吸収損に寄与する他の官能基の存在を最小限にする必要がある。例えば、ポリマーにおけるＯ−Ｈ結合およびＣ＝Ｏ結合もまた、根本的な光学的損失に寄与する。
【００２４】
【表１】
2005503583.tif 000003
【００２５】
同様に、１４００ｃｍ−１よりも高い基本振動数を有する、Ｓｉ−Ｈ、Ｓ−Ｈ、Ｎ−Ｈ、Ｐ−Ｈ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ＝Ｓ、Ｎ＝Ｏ、Ｃ≡ＮおよびＣ≡Ｃのような官能基もまた、通信波長領域内に及ぶ望ましくない振動倍音を示す。
【００２６】
ポリマー導波路材料における低吸収要求に加えて、ＡＷＧのための光学ポリマーは、フィルター性能における偏光依存損失および偏光依存シフトが最小となるように、非常に低い偏光依存を示す必要がある。ポリマー導波路材料の偏光依存特性はこれらのポリマーの複屈折特性に直接的に関係する。複屈折は光伝播の方向に対して垂直な２つの方向における屈折率の相違である。複屈折は、固有の材料特性に由来する場合があり、あるいはそれは外から適用される力場により誘起され得る。主鎖中に芳香環を含むポリイミドタイプのポリマーは、一般に大きな複屈折を示し、それは当該ポリマーを光導波路材料として望ましくないものにする。
【００２７】
図２を参照すると、光導波路アセンブリ１００は、ポリマー基板１０および基板１０に配置されたポリマー光導波路２０から成る。導波路２０は、下側クラッド２２、下側クラッド２２の少なくとも一部に配置されたコア２４、ならびにコア２４および下側クラッド２２の残りの部分に配置された上側クラッド２６から成る。
【００２８】
１つの形態において、基板１０は、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート、セルロース系誘導体、熱可塑性エラストマー、エチレンブチルアクリレート、エチレンビニルアルコール、エチレンテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリパーフルオロアルコキシエチレン、ナイロン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリノルボルネン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリビニルクロリド、ポリ弗化ビニリデン、ＡＢＳポリマー（例えば、ポリアクリロニトリルブタジエンスチレン）、アセタールコポリマー、ポリ［２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］、ポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、ならびに他の任意の熱可塑性ポリマー、および熱硬化性ポリマー（例えば、ジアリルフタレート、エポキシ樹脂、フラン、フェノール樹脂、熱硬化性ポリエステル、ポリウレタン、ビニルエステル、チコナ（Ｔｉｃｏｎａ）の液晶ポリマー、ポリコヒドロキシベンゾエート−ヒドロキシナフトエート）から成る群より選択される。尤も、当業者は他のポリマーを使用できることがわかるであろう。上述したポリマーのいずれか、または上述したポリマーの組み合わせもしくはブレンドから製造される基板１０は、アサーマルポリマー導波路アセンブリ１００を提供するのに資する熱特性を示す。
【００２９】
別の形態において、基板１０は、下側クラッド２２が基板１０に十分に付着することを許容する変性された表面を含む。基板１０は、基板１０の表面を、例えば酸素またはアルゴンのようなガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）することにより変性される。エッチングプロセスの詳細な説明は、２００１年１１月７日に出願された米国特許出願１０／０４５，３１７（代理人書類番号ＰＨＸ−００３８）に開示されている。この米国特許出願は本発明の譲受人によって所有され、引用により全体が本明細書に組み込まれる。いずれかの特定の理論に限定するものではないが、当該プロセスで用いられるガスは、有機材料および接着剤のような不純物および汚染物質を、基板１０の表面から除去し、それにより基板１０の表面を「洗浄」すると考えられる。重ねて、いずれかの特定の理論に限定するものでないが、アルゴンは物理的に基板１０の表面を変形させて粗くし、表面に山谷（または凹凸）を形成し、下側クラッド２２が基板１０を「掴む」ことを許容していると考えられる。重ねて、いずれかの特定の理論に限定するものでないが、酸素は、アルゴンと同様に物理的に基板の表面を変形させて粗くすることに加えて、基板表面の酸素を増やして（または基板表面を酸素化して）、基板１０と下側クラッド２２との間の接着性を向上させると考えられる。接着性試験は、変性された基板１０が変性されていない基板よりも有意により良好な接着性を与えることを示す。
【００３０】
別の形態において、下側クラッド２２はポリマーであり、別の形態において、下側クラッド２２はフルオロポリマーのようなハロゲン化ポリマーである。ある形態において、下側クラッド２２はパーハロゲン化されたポリマー、例えば、ポリ［２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］、およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］から成る群から選ばれるパーフルオロポリマーを含むパーフルオロポリマーであるが、当業者は他のポリマーまたはポリマーブレンドを下側クラッド２２に使用し得ることを理解するであろう。ある形態において、下側クラッド２２は屈折率ｎcladを有する。
【００３１】
別の形態において、コア２４はポリマーであり、別の形態において、コア２４は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＡｔから成るハロゲンの群から選ばれるハロゲンでハロゲン化されたポリマーであって、ハロゲン化が少なくとも５０重量％であるポリマー（例えばフルオロポリマー）である。ある形態において、コア２４はパーハロゲン化されたポリマー（例えばパーフルオロポリマー）である。コア２４の伝送損失（または減衰量）を最小限にするために、約１２００〜１７００ｎｍの間で、少なくとも９５％の透過率を有し得る。ポリマーの幾つかの例として、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン、およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］が挙げられる。別の形態において、コアポリマーは実質的にＣ＝Ｘ１結合（Ｘ１はＣ、Ｓ、ＮまたはＯである）を含まず、また、実質的にＸ２−Ｈ結合（Ｘ２はＣ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、ＰまたはＳｉである）を含まず、また、実質的にＮ＝Ｏ、Ｃ≡ＮおよびＣ≡Ｃ結合を含まない。「実質的に含まない」という表現によって、そのような結合を有する元素のモル百分率が約１５％未満であることを意味している。ポリイミド、アクリレート、ポリエーテルケトン、およびベンゾシクロブテンのようなある種の材料は、約１２００〜１７００ｎｍの間にて有害な振動倍音を生成し、避けるべきである、そのような結合を一般的に含む。
【００３２】
別の形態において、コア２４に使用されるポリマーは、約０．００１以下の複屈折を有する。また、コア２４に使用されるポリマーは、約１２５０〜１７００ｎｍの領域において、約２．５×１０−４ｄＢ／ｃｍ未満の吸収光損失を有し得る。別の形態において、領域は約１２８０〜１３５０ｎｍ、１５３０〜１５６５ｎｍ、または１５６５〜１６１０ｎｍであり得る。ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］は、これらの要求を満たすポリマーであり、ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］およびポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］をコア２４で使用するのに適したものとする。
【００３３】
また、ゲイン媒体および光増幅装置に関しては、コア２４は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムから成る群より選択される少なくとも１つの希土類元素を含むパーフルオロポリマーで構成することができる。パーフルオロポリマーの例は、本発明の譲受人により所有されている米国特許第６，２９２，２９２号および２０００年１１月２８日に出願された米国特許出願０９／７２２，８２１、２０００年１１月２８日に出願された米国特許出願０９／７２２，２８２、２００１年８月２４日に出願された米国特許出願６０／３１４，９０２に開示されており、これらの特許および特許出願はすべて、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。しかしながら、当業者は少なくとも１つの希土類元素を含む他のポリマーを使用できることを理解するであろう。さらに、コア２４は、上述の希土類元素を含む第１のポリマー、および下側クラッド２２として使用されるポリマーのような第２のポリマーを少なくとも含む、ポリマーのブレンドであってもよい。
【００３４】
１つの形態において、上側クラッド２６はポリマーであり、別の形態において、上側クラッド２６はフルオロポリマーのようなハロゲン化ポリマーであり、ある形態において、上側クラッド２６はパーフルオロポリマーのようなパーハロゲン化ポリマーである。また、上側クラッド２６は下側クラッド２２と同じポリマーまたはポリマー・ブレンドであってよい。しかしながら、当業者は、上側クラッド２６と下側クラッド２２とは必ずしも同じポリマーである必要はないが、上側クラッド２６は下側クラッド２２と同じである、または略同じである屈折率ｎcladを有し得ることを理解するであろう。
【００３５】
１つの形態において、下側クラッド２２、コア２４および上側クラッド２６は、当業者に周知であるように、溶液から基板１０の上にスピンコートされる。下側クラッド２２および上側クラッド２６のそれぞれを、導波路１００の所望の厚さに応じて複数の層にスピンコートしてよい。コア層を下側クラッド層の上にスピンコートした後、コア層を、例えば当業者に周知である反応性イオンエッチングによりエッチングしてコア２４にすることができる。
【００３６】
１つの形態において、下側クラッド２２および上側クラッド２６は、共通の屈折率ｎcladを有し、コア２４は、導波路アセンブリ１００がシングルモードで光信号を伝達させるように、屈折率ｎcladとは、小さい十分な量だけ異なる屈折率ｎcoreを有する。別法として、下側クラッド２２および上側クラッド２６は、異なる屈折率を有し得る。しかしながら、この場合、両方についての屈折率は、コアが光を伝播させることを可能にするのに十分な量だけ、コアの屈折率とは異なっている必要がある。クラッド層２２および２６が同質である場合、即ち、単一の屈折率ｎcladを有する場合、コア２４のディメンジョンとΔｎ（ｎcore−ｎclad）とが、下記の式（１）：
【数１】
2005503583.tif 000004
（式中、λはコア２４を通過して伝達される光の波長であって、好ましくはｎｍで表され、ａはコア２４の幅および高さであって、好ましくはｎｍで表される）
によって規定されるディメンジョンＶパラメータによって、都合良く表される。Ｖパラメータは、シングルモード条件を達成するためには、２．５未満であることを要する。Δｎが大きい場合、ａはＶ＜２．５を達成するために低くする必要がある。当該要求は、光ファイバーに対して低い光学効率のカップリングをもたらし、その結果、望ましくない信号損失を招き得る。Ｖが２．５であり、Δｎが約０．０４であり、波長λが１５５０ｎｍである場合、ａはほぼ３０００ｎｍまたは３ミクロンである。
【００３７】
導波路アセンブリ１００は、光増幅器として使用できるが、本発明の導波路アセンブリ１００はアレイ導波路回折格子、方向性カプラ、マッハツェンダ干渉計、導波路ブラッグ回折格子、または伝送される信号光の位相シフトを制御することが関心事である他の光学コンポーネントに適合させることもできる。そのような非増幅用途について、コア２４は上述したような希土類元素を含んでいる必要はない。
【００３８】
位相弁別ポリマー導波路デバイスの波長応答性は、温度Ｔによる光路長ｎＬの変化によって決定される：
【数２】
2005503583.tif 000005
（式中、ｎはポリマー導波路コア２４の屈折率であり、Ｌは特定の温度での基板１０の線形寸法により決定される光路長であり、Ｔはコア２４および基板１０の温度である。したがって、アサーマルデバイスを得るためには、下記の条件が満たされる必要がある：
【数３】
2005503583.tif 000006
これは
【数４】
2005503583.tif 000007
をもたらし、ここで、
【数５】
2005503583.tif 000008
である。
【００３９】
所与のポリマー基板材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、当該分野において周知の標準的な熱機械分析装置で測定され得る。所与のポリマー導波路材料の屈折率ｎおよび熱光学係数（ｄｎ／ｄＴ）は、同様に、当該分野において周知である、温度制御される光学材料または光導波路測定装置を用いることにより測定することができる。ある導波路材料について、屈折率ｎおよび熱光学係数ｄｎ／ｄＴが決定されると、所望のＣＴＥを式（４）から算出することができる。しかしながら、導波路アセンブリ１００は、基板１０およびコア２４の間に配置される下側クラッド２２を含むので、有効屈折率ｎeffを使用すると、コア２４だけの屈折率ｎを使用する場合よりも、より正確な結果が得られる。有効屈折率ｎeffはコア２４の屈折率ｎcoreおよびクラッド２２の屈折率ｎclad、ならびにコア２４の断面の形状構成により決定される。有効屈折率ｎeffは、ｎcoreとｎcladとの間の数であり、ｎcoreおよびｎcladは式（４）に関して、ｎcoreがｎとして用いることができるように、ほぼｎcoreに近くなる傾向にある。
【００４０】
基板１０のためのポリマー材料およびポリマー材料のブレンドは、特定の熱光学係数ｄｎ／ｄＴおよび特定の屈折率ｎを有する所与の導波路材料について、式（４）によって規定されるアサーマル条件が満たされ得るように、それらのＣＴＥに従って選択することができる。式（４）を満たす特定のＣＴＥを有する基板材料が、選択した導波路コア２４に基づいて入手できない場合、コア２４の熱光学係数ｄｎ／ｄＴおよび基板１０の熱膨張係数ＣＴＥsubstrateを、式（４）が満たされるように調節することができる。調節は、所定の結果を達成するために、基板１０および／または導波路コア２４用の種々のポリマーをブレンドすることにより実施される。一般的に、式：
【数６】
2005503583.tif 000009
が満たされなければならないが、当業者は、式の各辺における計算結果が約１％ほど異なってよく、それでもなお概して所望のアサーマル条件を達成し得ることを理解するであろう。ポリマーに関して、熱光学係数は符号がマイナスであり、常套のプラスのＣＴＦ材料について、式（４）が満たされることを許容している。
【００４１】
下記の表２は、種々のパーフッ素化された光導波路材料のパラメータ、およびアサーマル条件を達成するためにそれに関連して必要とされる基板ＣＴＥのリストを与える。
【００４２】
【表２】
2005503583.tif 000010
【００４３】
基板１０用の適当な材料を選択する基準として、
１．式（３）によって規定されるアサーマル条件を満たすＣＴＥ、
２．基板（またはサブストレート）プレートに加工される適合性、
３．導波路形成加工工程との融和性（コンパチビリティ）、および
４．製品信頼度要求事項との融和性（コンパチビリティ）
が挙げられる。下記の表３は基板１０として使用するのに適した種々の材料のおおよそのＣＴＥを列挙する。
【００４４】
【表３】
2005503583.tif 000011
【００４５】
具体的な導波路材料について適当なＣＴＥが特定されると、基板１０を、特定のＣＴＥ値を示すポリマーのブレンドまたはポリマーを用いて製造できる。例えば、表２およびポリ［２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］−２４００（これは、約６．０×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃の基板ＣＴＥを要求する）を参照すると、当該要求を満足する表２に挙げられた材料は、ＣＴＥが０．３１〜０７．０×１０−４ｃｍ／ｃｍ／℃であるポリエーテルスルホンである。
【００４６】
別の形態において、式（４）によって規定されるアサーマル条件を満たし得るように、特定の所望の特性に関して基板を選択することができ、かつ類似の導波路材料を熱光学係数ｄｎ／ｄＴおよび屈折率ｎに基いて決定することができる。
【００４７】
基板１０は、押出、射出成形、型打ち、ダイシング等の種々の方法のうち、少なくとも１つの方法によって製造することができる。これらの方法はすべて当業者に知られている。続いて、ポリマー導波路２０を基板１０に、当業者に公知である種々の導波路製造方法により製造される。
【００４８】
図３は、本発明により製造した導波路アセンブリ１００について、０℃〜７０℃まで温度を変化させたときの、本発明の形態のデバイスのグラフを示す。この例において、コア２４は１．３４の屈折率ｎcoreを有し、クラッド２２および２６は１．３１３の屈折率ｎcladを有し得る。図３を図１と比較すると、温度変化の結果として位相変化が生じていないことを容易に見ることができる。
【００４９】
一つの形態において、導波路１００は、２００１年９月１４日に出願された米国仮特許出願６０／３２２，１６３（代理人書類番号ＰＨＸ−００５０）（当該出願は本発明の譲授人により所有され、引用により全体が本明細書に組み込まれる）に図示され、説明されているように、入力および出力ファイバに接続される。別法として、入力および出力ファイバは、当業者に周知の毛管チューブを使用して導波路１００に接続することができる。
【００５０】
図４〜図６は、別の形態のアサーマルポリマー導波路２００を示す。図４を参照すると、良好な熱安定性（例えば、２００℃よりも高いガラス転移点）を有する薄膜２１０（例えばポリイミド）が、上述した段落の条件（２）および（３）を満たす仮の基板２１４の上に仮の接着剤２１２により接合される。接着剤２１２は、エポキシ、または当業者に理解されるであろう別の適当な接着剤であってよい。フィルム２１０の厚さは、約１０〜２００μｍであり、仮の基板２１４の厚さは約０．５〜５ミリメートルである。ポリマー導波路構造物２２０は、２００１年１１月７日に出願された係属中の米国特許出願１０／０４５，３１７号（代理人書類番号ＰＨＸ−００３８）（当該出願は本発明の譲授人により所有され、引用により全体が本明細書に組み込まれる）に開示されている標準的なフォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを用いて薄膜の上に形成される。図４に示す導波路２２０は、下側クラッド層２２２およびコア２２６を囲む上側クラッド層２２４を表す。
【００５１】
次に図５を参照すると、ポリマー導波路２２０を有するポリイミド薄膜２１０が基板２１４から剥がされ、仮の接着剤２１２が溶媒によりポリイミド薄膜２１０の裏面から除去される。当該溶媒は、仮の接着剤２１２を溶かすが、ポリイミド薄膜２１０およびポリマー導波路２２０を溶かさない。当該溶媒の例は、エポキシを溶解するのに適した任意の溶媒であり、それは当業者によって理解されるであろう。次に、図６に示すように、ポリイミドフィルム２１０が、上述した段落に記載のアサーマル条件（１）〜（４）を満たす、第２の又は永久の基板２３０に、永久接着させられる。永久的な（または本）接着剤２３２は、永久基板２３０をポリイミドフィルム２１０に接合させるために用いられる。永久的な接着剤２３２は、エポキシ、または当業者に理解されるであろう他の適当な接着剤であってよい。永久基板２３０は、ポリイミドフィルム２１０および導波路２２０の厚さよりもずっと大きい厚さ、例えば、１〜５ｍｍの厚さを有する。ポリマー導波路２２０を有するポリイミドフィルム２１０は、永久基板２３０と一体的に結合するので、永久基板２３０の熱膨張係数がポリマー導波路２２０／ポリイミドフィルム２１０／永久基板２３０の複合体の熱膨張特性を支配する。それは、基板２３０がポリイミドフィルム２１０および導波路２２０よりもはるかに厚いことによる。基板２３０は、そのＣＴＥおよび信頼性能に基いて選択することができ、また、上述した段落に挙げた群から選択される。
【００５２】
別の形態において、アサーマルデバイス基板３１０が存在する、アサマールポリマー光導波路３００、および上述した段落に記載の（１）〜（４）の条件に適合するが、容易に調節される基板３１０を形成する方法がある。図７を参照すると、ポリマー導波路デバイス３２０は、第１基板３１０に形成されている。次に、第１基板３１０は、第２基板３３０に永久接着剤３３２を介して接合されている。１つの第２基板３３０のみが示されているが、当業者は、１よりも多い第２基板３３０を使用できることを理解するであろう。第１基板およびその後の基板３３０の層の複合体は、第１基板３１０の上面における複合ＣＴＥを決定するために用いられる。複合ＣＴＥは、式（３）が満たされるように、異なる基板３１０および３３０の組成および厚さを変化させることにより、調整することができる。
【００５３】
図８は、第４の形態のアサーマルポリマー光導波路４００を示す。ポリマー導波路デバイス３２０は第１基板３１０の上に形成され、スーパーストレート（または表板）４３０が永久接着剤４３２を用いて導波路３２０の上に接合され、その結果、コアが第１基板３１０とスーパーストレート４３０との間に位置することとなる。第１基板３１０およびスーパーストレート４３０の組み合わせは、第１基板３１０およびスーパーストレート４３０に関して複合ＣＴＥを決定する。複合ＣＴＥは、式（３）が満たされるように、第１基板３１０およびスーパーストレート４３０の組成および厚さを変化させることにより、調整することができる。
【００５４】
図９は、本発明の例示的な形態を示す。デバイス９３０の斜視断面図が示される。デバイス９３０は、サブストレート（または基板）層９４０およびスーパーストレート（または表板）層９５０を含む。サブストレート層９３０とスーパーストレート層９５０との間に、一連の導波路層９６０がある。導波路層は、本明細書に開示された発明の形態に適合し、下側クラッド層、コア層、および上側クラッド層を含む。導波路層９６０は複数の層を含むが、図９は、実線により示される単一の層として一連の導波路層９６０を示している。それは、一連の層がサブストレート９４０およびスーパーストレート９５０の厚さと比較して薄いことによる。別の形態において、スーパーストレート９５０の厚さは、サブストレート９４０の厚さと同じ程度のオーダーであるが、ほかの形態において、これは必ずしも当て嵌まらない。
【００５５】
図９は、デバイス９３０の材料が温度変化の結果、どのように膨張するかを示している。例えば、セクション９７０は、デバイス９３０において参照点として選択することができる。デバイス９３０の温度が変化するにつれて、セクション９７０から離れるセクション（即ち、図９において上下）は、図の左側に示すスケールに従って膨張し得る。具体的には、図９に示す例において、温度が４０℃上昇すると、セクション９８２および９８４は、セクション９７０から離れるように（または遠いほうから）、絶対量０．１２９×１０−４ｍだけ膨張し得る。同様に、セクション９９２および９９４は、セクション９４０から離れるように（または遠いほうから）、絶対量０．３６３×１０−４ｍだけ膨張し得る。
【００５６】
導波路層における膨張率に対応する有効ＣＴＥは、デバイス９３０の材料の種々のパラメータを変化させることにより調節し得る。例えば、図１０は、スーパーストレートの厚さ（ｍｍ）とｐｐｍ／℃（百万分率／℃）で測定される有効ＣＴＥとの関係のグラフを示す。図１０の例において、サブストレートは１．５ｍｍの厚さを有するように設定されている。図示するように、スーパーストレートの厚さを変化させることにより、有効ＣＴＥが変化する。したがって、本発明の形態は、スーパーストレートの厚さを変化させることにより、有効ＣＴＥを調整することを可能にするものである。さらに、有効ＣＴＥは、サブストレートおよびスーパーストレートのヤング率、ＣＴＥおよび厚さを用いて算出することができる。
【００５７】
下記の実施例は、本発明の実施形態である導波路１００を説明する。
【００５８】
（実施例）
基板（サブストレート）：ポリカーボネート、約０．７５ｍｍの厚さ；
下側クラッド：ポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、約８〜１５ミクロンの厚さ；
コア：ポリ［２，３−（パーフルオロアルケニル）パーフルオロテトラヒドロフラン］、約４ミクロンの厚さ、ＲＩＥにより４ミクロンの幅×４ミクロンの厚さの寸法を有するコアを形成；
上側クラッド：ポリ［２，２，４−トリフルオロ−５−トリフルオロメトキシ−１，３−ジオキソール−コ−テトラフルオロエチレン］、約８〜１５ミクロンの厚さ；
製造したデバイス：アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）。
【００５９】
図１１を参照すると、上述した第１の形態の導波路１００により製造したＡＷＧ９００を、信号光源９１０に、２ｍの長さのガラス・ファイバー９２０によって接続した。信号光源９１０は、約１５２０〜１６２０ｎｍの間にて、８ｍＷまでの信号光を生成する波長可変外部キャビティレーザ（ECL）であった。ファイバーは、ＡＷＧ９００のインプットにピグテールされている（または撚り合わされている）。ＡＷＧ９００のアウトプットにピグテールされている光学スペクトル分析装置（ＯＳＡ）９３０にて、５ｄＢ未満の挿入損失が測定された。隣接するチャンネル間のクロストークは、約２０ｄＢにて測定した。種々の温度ランプ（または傾斜）プロファイルを、ＡＷＧ９００を人工気候室（図示せず）中に挿入し、かつ内側の温度をランプさせる（または傾斜させる、もしくは上昇させる）ことにより、用いた。温度ランプの例は、０〜８０℃まで、１分につき１℃ずつであり、あるいは０〜８０℃まで、１０分につき１℃ずつであった。
【００６０】
ＡＷＧを製作した後、ＡＷＧチップを、ＡＷＧに合うモード電磁界直径を有する高開口数（ＮＡ）のファイバを用いてピグテールすることができる。一つの例において、本発明の形態によるピグテールしたＡＷＧの分光透過特性は、波長可変レーザおよび光学スペクトル分析装置を用いて測定した。図１２は、測定したファイバー・ツー・ファイバー（fiber to fiber）透過スペクトルを示す。クロストークのレベルは、約−２０±２ｄＢであり、挿入損失は約３±０．３ｄＢである。偏光シフトは０．１ｎｍ未満である。
【００６１】
図１３は、アサーマル性能を達成するためのスーパーストレートの被覆の配置の模式図を示す。温度の関数としての波長シフトは、下記の関係により示すことができる。
【数７】
2005503583.tif 000012
（式中、λは波長であり、Ｔは温度であり、ｎは導波路の有効屈折率であり、αはＡＷＧデバイス内の波長アレイセクションが受ける熱膨張係数である。）
アサーマル条件は、
【数８】
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である。薄い導波路層が有意により厚いサブストレートの上に配置されている形態において、サブストレートのＣＴＥがαの値を支配する。図１４に示すように、点線は、スーパーストレートを含まないデバイスである。この場合、ポリマー基板上のパーフルオロポリマーのＡＷＧに関する例示的な形状構成の温度依存性は、１２±０．４ｐｍ／℃（ピコメーター／℃）であり、これは実質的に、シリコン・オン・シリコンの値と同じである。より低い熱膨張係数を有するポリマー・スーパーストレートをサブストレートの上に配置し、スーパーストレートの厚さを調節して、αの値をアサーマル条件が満たされるように微調整することができる。図１４の実線は、スーパーストレートを使用する本発明の形態による例示的なＡＷＧの温度依存性の例示的なグラフを示す。この例において、チャンネル波長シフトは、広い範囲の温度で−０．５±０．４ｐｍ／℃に減少させられる。さらに、スーパーストレートは、幅広い種類の材料から選択することができる。それは、デバイス製作条件下にて表面平滑性および安定性のような導波路サブストレートの要求を満たす必要がないことによる。
【００６２】
当業者は、広範な発明概念から逸脱しない限りにおいて、上述した形態に変更を加え得ることを理解するであろう。したがって、本発明は、開示された特定の形態に制限されず、添付した請求の範囲に規定された本発明の精神および範囲内にある変形例に及ぶことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、従来技術に従って構成した光導波路について、温度の関数としての波長シフトを示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の第１の形態に従って構成したプレーナー型光導波路の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の形態に従って構成した光導波路についての、温度の関数としての波長シフトを示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の第２の形態に関する第１の基板に付着したフィルムの端面図である。
【図５】図５は、第１の基板を備え、接着剤が除去された、図４の光導波路の端面図である。
【図６】図６は、導波路に付着した第２の基板を備えた、図５の光導波路の端面図である。
【図７】図７は、第１の基板に付着した第２の基板を備えた、本発明の第３の形態の端面図である。
【図８】図８は、導波路の上に配置されたスーパーストレートを有する、本発明の第４の形態の端面図である。
【図９】図９は、基板、スーパーストレート、および導波路層を有する例示的なデバイスの斜視断面図である。
【図１０】図１０は、スーパーストレートの厚さと効率的なＣＴＥとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明に対応するＡＷＧの試験セットアップの平面図である。
【図１２】図１２は、例示的な形態について測定された、ファイバー・ツー・ファイバー透過スペクトルを示すグラフである。
【図１３】図１３は、アサーマルポリマー・スーパーストレートの被覆構成の模式図である。
【図１４】図１４は、例示的な形態について、スーパーストレートを有する場合と有しない場合のアサーマルな波長シフトの温度依存性を示すグラフである。
【図１】
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【図３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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