專利名稱：光波導(dǎo)器件、制造該器件的零件以及制造該器件和零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)器件、制造這種器件的零件以及制造這種器件和零件的方法。這種器件用于集成光學(xué)系統(tǒng)中，用來(lái)聯(lián)接光纖、光學(xué)元器件和組件。
在光通信系統(tǒng)中，信息是由激光器或發(fā)光二極管光源產(chǎn)生的光頻載波進(jìn)行傳送的。現(xiàn)在人們把更大的注意力集中到這種光通信系統(tǒng)上，因?yàn)檫@種系統(tǒng)有幾個(gè)方面優(yōu)于普通通信系統(tǒng)。例如，大大地增加了通信信道的數(shù)目，能夠使用除昂貴的銅電纜之外的其他材料來(lái)傳送信息。把光波從一處傳導(dǎo)到另一處的裝置稱之為光波導(dǎo)。光波導(dǎo)是基于如下原理來(lái)工作的，即當(dāng)一種透光的介質(zhì)用另外一種折射率更低的介質(zhì)包圍時(shí)，沿內(nèi)介質(zhì)的軸線導(dǎo)入的光，在外圍介質(zhì)的介面上被高度反射，這樣就產(chǎn)生導(dǎo)波效應(yīng)。最常用的光波導(dǎo)器件的材料是制成特定尺寸的玻璃纖維。
要進(jìn)行開(kāi)發(fā)光學(xué)電路，就必須有一些器件，這些器件能把光波從一個(gè)光纖波導(dǎo)到另一個(gè)光纖波導(dǎo)進(jìn)行耦合、分配、轉(zhuǎn)換和調(diào)制。
一些光導(dǎo)纖維由切割成一定長(zhǎng)度的其他光導(dǎo)纖維來(lái)聯(lián)接起來(lái)。這些器件只有兩個(gè)終端，一頭一個(gè)。已經(jīng)有人建議把能裝有光波導(dǎo)的光致硬化薄膜用于此，例如美國(guó)專利3，809732。然而，該專利披露的這種器件不能很容易地與光纖相連接，也不容易與光纖對(duì)準(zhǔn)。而且由于它的薄膜不規(guī)則的表面，使之不容易保護(hù)其暴露的表面免受周圍環(huán)境的影響。
形成光耦合器件的另外的方法還包括采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻和擴(kuò)散工藝。用這種現(xiàn)有技術(shù)的方法，其標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝是在選定的基片的一個(gè)限定的圖形上沉積一層光刻膠，然后用刻蝕劑刻蝕基片上光刻膠所限定的圖形。下一步是用真空沉積法把金屬沉積到被刻蝕的區(qū)域，然后用適宜的溶劑去掉帶有不希望要的金屬沉積層的由光刻膠限定的圖形。而后對(duì)這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，以把沉積在刻蝕區(qū)域的金屬擴(kuò)散到基片中去，從而在基片中形成一個(gè)導(dǎo)波層。這一技術(shù)可參見(jiàn)美國(guó)專利4609252。這種方法除了要包含有許多步驟之外，其可能沉積的金屬的厚度也有一定限制。首先，因?yàn)檎婵粘练e是一個(gè)相當(dāng)慢的過(guò)程，沉積一層厚的金屬層就需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間;其次，當(dāng)金屬沉積得越來(lái)越多時(shí)，就要形成新的沉積中心，從而導(dǎo)致凹凸不平的沉積層。
為了形成分支，就要用一種具有與光纖的折射率完全匹配的粘結(jié)劑，把兩根或多根光纖結(jié)合于一根公共的光纖接口。光纖的直徑很細(xì)，操作時(shí)要特別小心，有時(shí)要扎成捆以加大強(qiáng)度，有時(shí)還要附加支撐物。由這些分離的光纖和光器件組成的相當(dāng)于印制電路板的制作是一種勞動(dòng)密集型的工作、成本高、速度慢而且乏味，同時(shí)還不宜適用自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。制造這樣一種耦合器的其他方法是把光纖相互熔接起來(lái)，以使來(lái)自一條光纖的光能通到被連接的另一條光纖。但是，用這種熔接的方法很難控制熔化的程度，也很難保證最終結(jié)構(gòu)的精確幾何形狀和重復(fù)性。
特別有價(jià)值的器件是“Y”形耦合器，這是一種把光信號(hào)相互耦合或分開(kāi)的“Y”形器件。用濕法處理方法已經(jīng)制出了“Y”型器件。這種方法是把液體光活性層通過(guò)掩膜曝光于紫外線之下，然后用溶劑把活性層的非聚合部分除去。這種技術(shù)例如美國(guó)專利4609252。如前所述，這種器件的光波導(dǎo)不能防止外界環(huán)境的影響或不容易與光纖相耦合。再者，由于這是一種濕法處理，可能很臟，而且清除用完的溶劑也是個(gè)問(wèn)題。
美國(guó)專利4666236披露了另一種“Y”型器件，它有一個(gè)輸入分支和三個(gè)輸出分支，這些器件也是用濕法處理的，把液體光聚合物曝光制成光波導(dǎo)，未曝光的液膜被干燥，從而成為這種器件。然后再把這個(gè)膜上涂復(fù)一層諸如丙烯酸樹脂，防止落上灰塵和被污染。另外，這種方法也是濕法處理的，所以仍然是很臟的。
美國(guó)專利3，809686展示出的波導(dǎo)是在單層光聚合物膜中把一束光聚焦在膜內(nèi)，并移動(dòng)這個(gè)膜而制成的。該專利也展示出單個(gè)膜內(nèi)的多路光波導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施例中，這種多路光波導(dǎo)呈現(xiàn)出波導(dǎo)之間的漸逝光耦合。該專利進(jìn)一步指出開(kāi)發(fā)全息衍射光柵，并用作光耦合器。但是把光聚焦在一個(gè)光膜內(nèi)形成具有清晰界面的均勻波導(dǎo)是很困難的。
本發(fā)明的目的是提供形成光導(dǎo)體的一種改進(jìn)的方法，該光導(dǎo)體用的聯(lián)接光纖元器件和組件，這種光導(dǎo)體可以具有多個(gè)分支和終端。
本發(fā)明的目的是提供新的和改進(jìn)的具有預(yù)定幾何形狀的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并提供制造這種光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的方法。這種結(jié)構(gòu)和方法具備先有技術(shù)的器件和方法的絕大部分優(yōu)點(diǎn)，而減弱了上述方法的主要缺點(diǎn)。
為了完成本發(fā)明上述總的目的，本發(fā)明包括一種基本上是干法的制造光波導(dǎo)器件的方法，這種器件至少具有一條埋入在疊層中并硬化的基體內(nèi)的通道光波導(dǎo)。這種制造方法的步驟包括對(duì)具有第一和第二表面的基本上是干的光致硬化膜的第一區(qū)進(jìn)行曝光，該膜帶有可去除地粘結(jié)到第一表面的支承片，使該膜中的至少一種單體進(jìn)行聚合，并改變?cè)搮^(qū)域的折射率，從而至少形成第一光波導(dǎo);
把第一基本上是干的光致硬化層的第一表面重疊到該膜的第二表面，并把可除去的一個(gè)支承片粘結(jié)到第一層的第二表面;
從膜的第一表面去除該支承片;
把第二基本上是干的光致硬化層的第一表面重疊到該膜的第一表面，并把可除去的一個(gè)支承片粘結(jié)到第二層的第二表面;
對(duì)各層和膜進(jìn)行硬化處理，以形成一個(gè)硬化了的基體，基本上把各層和膜固定下來(lái)，并形成至少一個(gè)埋入波導(dǎo)。
本發(fā)明也可以針對(duì)于用來(lái)開(kāi)發(fā)光波導(dǎo)器件的光波導(dǎo)元件，這些光波導(dǎo)器件都是本發(fā)明的方法的每一步驟所得到的元件組成的，直至形成一個(gè)光波導(dǎo)器件。
一種這樣的光波導(dǎo)元件包括具有第一和第二表面的薄膜，該膜具有用作光波導(dǎo)傳輸光的第一光致硬化區(qū)和基本上干的可光致硬化剩留區(qū);和可去除地粘結(jié)在該第一表面的支承片。
另一種這樣的光波導(dǎo)元件包括具有第一和第二基本上是平的表面的光致硬化的膜，該膜具有第一區(qū)和各剩留區(qū)，該第一區(qū)適于作為光波導(dǎo)來(lái)傳輸光波，和可去除地粘結(jié)到第一表面的支承片。
本發(fā)明還包括用于集成光學(xué)系統(tǒng)的光波導(dǎo)器件。一種這樣的器件包括具有第一和第二表面的光致硬化薄膜，該膜具有第一區(qū)和各剩留區(qū)，該第一區(qū)適合于作為光波導(dǎo)來(lái)傳輸光波;
具有第一和第二表面的第一光致硬化層，該第一層的第一表面重疊在該薄膜的第一表面上，蓋住光波導(dǎo)的一個(gè)第一邊;和具有第一和第二表面的第二光致硬化層，該第二層的第一表面重疊在該薄膜的第二表面上，蓋住光波導(dǎo)的第二邊。
從下面的詳細(xì)描述，并結(jié)合構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖，可以更加完整地理解本發(fā)明。其中

圖1可去除地粘結(jié)到支承片上的光致硬化膜的透視圖。
圖2a是形成支承片上的薄膜內(nèi)的波導(dǎo)所組成的光波導(dǎo)元件的第一實(shí)施例的示意圖。
圖2b是形成支承片上的薄膜內(nèi)的波導(dǎo)組成的光波導(dǎo)元件的第二實(shí)施例的示意圖。
圖2c是形成光波導(dǎo)元件的第三實(shí)施例，這種光波導(dǎo)元件由支承片上的薄膜內(nèi)的波導(dǎo)組成。
圖3是描繪用光照射整個(gè)支承片上具有光波導(dǎo)的薄膜，而得到一個(gè)元件的一種光學(xué)步驟。
圖4表示一個(gè)疊層元件，從上到下包括支承片、光致硬化層、有波導(dǎo)的薄膜，和另一個(gè)支承片。
圖5是說(shuō)明用光照射圖4的整個(gè)元件的一種光學(xué)步驟。
圖6是圖4或圖5所示的去掉一個(gè)支承片的元件。
圖7是光波導(dǎo)元件的透視圖，從上到下包括一個(gè)支承片、光致可硬化層或光致硬化層有光波導(dǎo)的膜、光致可硬化層、和另一個(gè)支承片。
圖8表示用光整個(gè)照射方法，對(duì)圖7所示的元件進(jìn)行硬化處理的步驟。
圖9表示用加熱的方法對(duì)圖7或圖8所示的元件進(jìn)行硬化處理的步驟。
圖10是用于集成光學(xué)系統(tǒng)的光波導(dǎo)器件的透視圖，該器件從上到下包括第一硬化層、有光波導(dǎo)的硬化的膜、和第二硬化的層。
圖11表示用加熱方法穩(wěn)定圖10的元件的步驟。
圖12表示埋入光通道的光波導(dǎo)器件，該器件將入射到光纖和光波導(dǎo)的光耦合到一條光纖中。
圖13a表示在圖4的元件中引入相干光，以產(chǎn)生全息衍射光柵。
圖13b是把光耦合到埋入層間的光波導(dǎo)的全息光柵的橫截面圖。
圖14是一種疊層器件的斷面圖，該器件包括一個(gè)膜、多個(gè)層、端支承件、各光波導(dǎo)和光柵。
下面的整個(gè)詳細(xì)描述中，所有附圖上的相同零件都用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示。
參照?qǐng)D1，該圖表示在本發(fā)明的方法中所用的一個(gè)元件，該元件包括可去除地粘結(jié)到一個(gè)支承片2上是基本上干的可光致硬化膜1。該膜具有第一表面3和第二表面4。同樣，該支承片具有第一表面5和第二表面6。支承片2的第一表面5是可去除地粘結(jié)到膜1的第一表面3上。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，膜1和支承片2的表面3、4、5和6基本上都是平的。
膜1的厚度范圍可以是2μm～15μm或更厚，4.5μm至8.0μm為宜，最好是在5.3μm左右。
本發(fā)明的方法的第一步驟包括至少把膜1的第一區(qū)7進(jìn)行曝光，至少把膜1的一種單體聚合，并改變?cè)搮^(qū)7的折射率，從而至少形成第一光波導(dǎo)。波導(dǎo)一詞按本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員定義為包括傳輸輻射能的整個(gè)面積，從技術(shù)上講這僅僅包括曝光區(qū)的某些面積。然而，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，基本上就認(rèn)為曝光區(qū)是光波導(dǎo)。理論上講，波導(dǎo)的形成被認(rèn)為是由于薄膜材料的自聚焦特性而形成的。由于曝光的作用，在曝了光的區(qū)域內(nèi)引起了聚合反應(yīng)。人們認(rèn)為在曝光區(qū)和非曝光區(qū)之間存在著互相擴(kuò)散，至少在這兩個(gè)區(qū)域的交界面附近是這樣的。這種互相擴(kuò)散改變了曝光區(qū)的密度，一般是使曝光區(qū)的密度增加。從而使該區(qū)的折射率增加。從而形成了一種像透鏡一樣的曝光區(qū)，該區(qū)以自聚焦的方式引導(dǎo)光波，形成一個(gè)窄的平滑壁圍成的光波導(dǎo)，其尺寸近似等于掩膜的面積或光束寬度。圖2a、2b和2c說(shuō)明了實(shí)施這第一個(gè)步驟的三個(gè)實(shí)施例。
在圖2a中，聚焦的激光光源8把區(qū)7曝光，形成光波導(dǎo)，傳送機(jī)構(gòu)9連接到激光光源8和/或支承片2，以便移動(dòng)激光光源8、支承片2或同時(shí)移動(dòng)兩者，產(chǎn)生一個(gè)具有所要求的圖形和/或預(yù)定的圖形。這里，曝光區(qū)7具有一種長(zhǎng)盒形的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有穿過(guò)區(qū)7的縱向中心的光軸10，垂直于光軸10的曝光區(qū)7的物理橫切面基本是矩形的，區(qū)7的兩邊是剩留下來(lái)的膜1的非曝光區(qū)11。
圖2b表示把區(qū)7′進(jìn)行曝光的另一個(gè)實(shí)施例。這里，非聚焦的激光光源8′朝圖1的整個(gè)元件進(jìn)行光化學(xué)輻照，把不透光的掩膜12設(shè)置在激光光源8′和膜1之間，通常是與第二膜表面4相接觸，并蓋住表面4。掩膜12至少有一個(gè)形成圖形區(qū)13，來(lái)自激光光源8′的光化學(xué)照射通過(guò)圖形區(qū)13把區(qū)7′曝光，形成圖形區(qū)可以有任意要求的圖形，包括圖2b所示的Y形結(jié)構(gòu)。通過(guò)圖形區(qū)13將區(qū)7′，這就形成了一個(gè)具有Y形構(gòu)形的光波導(dǎo)。更一般地說(shuō)，這個(gè)區(qū)可以具有一個(gè)終端，該終端適合作為光的入口或出口，這個(gè)光的入口或出口連接到適合作為光的入口或出口的多個(gè)終端(例如2、3、4)。如圖2所示的實(shí)施例，在膜1上留下了非曝光區(qū)11′。
圖2c表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的曝光步驟的第3個(gè)實(shí)施例。其中來(lái)自光源8″的光化學(xué)照射通過(guò)不透光的掩膜12′把膜1的第一區(qū)7″和第二區(qū)7″′曝光，掩膜12具有第一區(qū)13′和第二區(qū)13″使光通過(guò)，分別把區(qū)7″和7″′曝光。第二區(qū)13″接近并部分地平杏詰諞磺 3′。這樣，在曝光之后，曝了光的第二區(qū)7″′和相應(yīng)的光波導(dǎo)就接近并部分地平行于曝了光的第一區(qū)7″和相應(yīng)的光波導(dǎo)。結(jié)果，這樣設(shè)置的兩個(gè)光波導(dǎo)就呈現(xiàn)出注入一個(gè)光波導(dǎo)的光的漸逝耦合效應(yīng)，逐漸把注入的光泄漏或耦合到另一個(gè)光波導(dǎo)中去。
按照這些優(yōu)選實(shí)施例中的每一種方法，在曝光之后，膜1的第一和第二表面3和4基本上仍然是平的，這就有助于在膜的表面依次疊層。這樣，圖2a、2b和2c表示出了按照本發(fā)明的方法來(lái)制造的光波導(dǎo)元件，這些元件在制造光波導(dǎo)器件時(shí)是很有用的，而這些光波導(dǎo)器件在制造集成光波導(dǎo)系統(tǒng)中也是很有用的。
圖3說(shuō)明了曝光步驟之后的光學(xué)步驟。從曝光步驟得到的元件可以用光進(jìn)行照射，例如用寬帶紫外光。從而把膜上的至少一種單體的一部分予以聚合，而通常是把膜上的一種單體的大部分或全部或者全部單體予以聚合。這就可以容易地除去或貼上支承片2。這樣來(lái)制造的光波導(dǎo)元件可以用來(lái)按照本發(fā)明的方法類似地制造光波導(dǎo)器件。
下面參照?qǐng)D4，把一個(gè)第一基本上干的光致硬化層14層疊到第二膜表面4上，第一層14分別具有第一表面15和第二表面16。第一層14的第一表面15直接與第二膜表面4相接觸，層疊在其上，并通過(guò)一個(gè)輥?zhàn)涌煽刂频厥┘訅毫?，排去?和層14之間的空氣。第一層14是有粘性的，如果不進(jìn)行圖3所示的用光整個(gè)進(jìn)行照射的步驟，則膜1也是有粘性的。這樣，膜1和第一層14就很容易相互粘在一起。而后把支承片17可除去地粘在第一層14的第二表面16上。圖4說(shuō)明了按照本發(fā)明的另外一種光波導(dǎo)元件，它在制造光波導(dǎo)器件時(shí)是很有用的。
圖5表示一種用光整個(gè)照射的步驟，除了被照射的元件改為圖4上的元件外，和圖3所說(shuō)明的方法類似。從第一層疊步驟得到的元件可以用光整個(gè)進(jìn)行照射，例如用寬帶紫外光。這就把第一層14內(nèi)的一種單體的一部分予以聚合(通常是，把一種單體的大部分或全部或全部單體予以聚合)，并且進(jìn)而聚合膜1內(nèi)的至少一種單體的一部分(如果沒(méi)有事先用光整個(gè)進(jìn)行照射的話)。在層14內(nèi)與膜1的單體相毗鄰的單體之間發(fā)生擴(kuò)展的交鏈作用或聚合作用，從而形成了一個(gè)擴(kuò)散邊界線或區(qū)，由此所得到的光波導(dǎo)元件在用本發(fā)明制造光波導(dǎo)器件時(shí)也是很有用的。
圖6表示從膜1的第一表面3取下支承片2之后的元件。
然后，參照?qǐng)D7，把基本是干的光致硬化層18疊置到膜1的第一表面3上。第二層18分別具有第一表面19和第二表面20，把第二層18的第一表面19疊置在膜的第一表面3上，使它們直接接觸，并用輥?zhàn)涌煽刂频厥┘訅毫ε懦?和第二層18之間的空氣。第二層18的表面19和20都是有粘性的，所以很容易粘接到膜1上。把支承片21可去除地粘在第二層第二表面20上，這樣就得到了另一個(gè)光波導(dǎo)元件，該元件在制造光波導(dǎo)器件時(shí)是有用的。
圖8說(shuō)明用寬帶紫外光整個(gè)照射圖7描繪的元件使其硬化的步驟。整個(gè)申請(qǐng)文件中“寬帶紫外光”一詞的意思是光譜范圍大約為350～400nm。這一步驟進(jìn)行約數(shù)分鐘，最好為5分鐘，也可以持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。如果這是第一個(gè)用光整個(gè)照射的步驟，則就是對(duì)膜1剩下區(qū)域11和第一層14、第二層18內(nèi)至少一種單體的第一次聚合(通常是對(duì)一種單體的大部分或全部或者全部單體進(jìn)行聚合)。這將進(jìn)一步聚合膜1的區(qū)7上的至少一種單體。如果這不是第一次照射的話，則聚合第二層上的至少一種單體，并繼續(xù)聚合該元件的剩留部分的至少一種單體。在事先聚合好的膜1和第二層18的單體之間發(fā)生一些交鏈作用或聚合作用，就會(huì)形成一個(gè)邊界線或區(qū)，這一邊界線或區(qū)在如果膜1不事先進(jìn)行光的整個(gè)照射情況下會(huì)更為明顯。結(jié)果可以在光致硬化基礎(chǔ)上以疊層的形式至少得到一個(gè)埋入的通道光波導(dǎo)器件，這種器件在集成光學(xué)系統(tǒng)中是有用的。
圖9表示用加熱法使圖7描繪的元件進(jìn)行光硬化處理的另一種可能的方法。實(shí)際上，各層和膜在其組合之前或之后都可以進(jìn)行加熱，來(lái)替代用光整個(gè)照射的步驟，以硬化元件或進(jìn)一步硬化器件。這種加熱步驟的溫度范圍取約為50℃～200℃，最好是100℃～150℃，時(shí)間約為數(shù)分鐘，最好是5分鐘。
通常光致硬化物在100℃以下的溫度敏感性比在100℃以上低，然而，若保持在50℃這樣低的溫度下，保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，也可能開(kāi)始硬化，當(dāng)溫度升高超過(guò)100℃時(shí)，熱硬化的速度顯著地增加了。
在硬化步驟之后，在膜1中局部的波導(dǎo)區(qū)內(nèi)的折射率的增量達(dá)到最大值，其范圍是0.001至0.40，這是用“ASUJENAInterphako”顯微鏡在456nm波長(zhǎng)下測(cè)量的。對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，這個(gè)局部的折射率增量△n是用常規(guī)的錯(cuò)位干涉顯微技術(shù)得到的，并且假設(shè)通過(guò)膜的折射率的變化是均勻的，也就是實(shí)際上△n是一個(gè)平均值，這樣△n就可以利用下面的公式計(jì)算。
fλ＝△ndf＝ (a)/(b)(aλ)/(b) ＝△nd其中d＝假設(shè)的光波導(dǎo)厚度，通常就是膜厚a＝波導(dǎo)法蘭移位b＝法蘭間隔λ＝0.546μ顯微鏡光波波長(zhǎng)這種局部的折射率的增加可以與在共同未決專利申請(qǐng)IM-10006中所描述的用全息方法制備的光柵的折射率調(diào)制技術(shù)相對(duì)照，但不要與之混淆。
硬化工序之后，該光波導(dǎo)在0.6～1.6μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透光的，這對(duì)于工作在1.3μm的單模光來(lái)說(shuō)，該光波導(dǎo)透光是最有效的。
也是在硬化工序之后，除了光波導(dǎo)內(nèi)和光波導(dǎo)附近之外的基體的最大折射率為1.45～1.60的范圍，其測(cè)量波長(zhǎng)為632nm。這一折射率的值取決于化學(xué)成分和/或從相鄰的層擴(kuò)散而形成中間層的程度或者所用不同折射率的膜。折射率的確定是用KarlZeiss廠制造的ABBE折射計(jì)完成的。
如圖10所示，可以從硬化工序中得到的器件上把支承片17和21去掉。
可以發(fā)現(xiàn)，在每次光照步驟之后和去掉支承片之前和/或接著進(jìn)行疊層之前，為了有助于中間層的擴(kuò)散和聚合，需要一段5到120分鐘的放置時(shí)間，最好是20到30分鐘。
圖11是表示一種可供選擇的，而且是優(yōu)選的用加熱的方法對(duì)圖10表示的器件進(jìn)行穩(wěn)定化處理的步驟，通常是在硬化工序之后進(jìn)行的。這一步驟也是在大約50℃～200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，最好取100℃～150℃。然而這一穩(wěn)定步驟比硬化工序要進(jìn)行更長(zhǎng)的時(shí)間。穩(wěn)定工序的時(shí)間范圍為30分鐘到2小時(shí)或更長(zhǎng)，最好為1小時(shí)左右。這種加熱能使器件對(duì)環(huán)境更加穩(wěn)定，保證周圍環(huán)境中的水和其他元素不會(huì)影響器件的正常工作。另外，這種加熱可以使光學(xué)和機(jī)械性能也更加穩(wěn)定，使得到的器件能在寬的溫度范圍工作而不致改變其性能。
在圖10或11的器件中，第一和第二層14和18分別具有相等的厚度，剩留區(qū)11的尺寸相等，并在區(qū)7的兩側(cè)對(duì)稱。這樣，這個(gè)器件就有一個(gè)埋入的通道光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)形成的尺寸可以容易地與任何光纖相連接。圖12表示圖10或圖11的器件與一條光纖22相連的情況。該光纖具有一個(gè)園柱形芯23和包圍在芯23外面的園柱形包層24，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的包層直徑約為125μm，芯的直徑約為7μm。從上面和下面包含的疊層波導(dǎo)器件，通過(guò)使光纖芯23靠近已埋入的光波導(dǎo)部分并對(duì)準(zhǔn)其光軸，就很簡(jiǎn)單地將光纖器件與光纖22相互耦合了。如果該器件的尺寸對(duì)于專用的光纖是預(yù)先選擇好的，那么只要在一個(gè)平面上把光波導(dǎo)器件安置在光纖的毗鄰處，就可以完成這種連接。通過(guò)使用具有某一厚度的薄膜的方法，就可以很容易地實(shí)現(xiàn)這種對(duì)準(zhǔn)操作，這一薄膜的厚度基本上限定了大體上為矩形截面的光波導(dǎo)的一個(gè)尺寸。為了與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相連接，薄膜厚度應(yīng)當(dāng)為5～6μm，最好為5.3μm;而曝光寬度應(yīng)為5μm左右;第一層和第二層的厚度均應(yīng)為59.85μm，總的基體厚度可以做成任意尺寸，包括125μm、180μm和200μm。
圖12還表示出把來(lái)自光源25的光注入并穿過(guò)光纖22和埋入的光波導(dǎo)的步驟。
圖13a表示出一個(gè)可供選擇的步驟，這一步驟是把至少兩個(gè)相干的光束射入，例如從兩個(gè)激光器26和27射出而在圖4所示的元件內(nèi)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)相交叉的光束，這兩個(gè)光束射入就形成了一個(gè)合成光強(qiáng)度，這個(gè)強(qiáng)度是立體變化的，用這種方法就可以產(chǎn)生一個(gè)全息衍射光柵28。這個(gè)光柵包括折射率變化區(qū)，用以把光波輸入到光波導(dǎo)或光波導(dǎo)部分;或是把光從光波導(dǎo)或光波導(dǎo)部分輸出。一個(gè)光柵可以把光引入到膜內(nèi)的光波導(dǎo)或從光波導(dǎo)中導(dǎo)出，或者把光引入或?qū)С鲆粋€(gè)層，或者把光從膜(或多個(gè)層中的一層)的一個(gè)光波導(dǎo)或一個(gè)光波導(dǎo)部分引入到該膜(或該層)的另一個(gè)光波導(dǎo)或光波導(dǎo)部分。另外，眾所周知在現(xiàn)有際踔?，光栅的波长蕪?qiáng)梢匝≡竦模梢越黿鏨淙胍桓齷蚨喔鱸は熱范ǖ牟ǔ?。?3b表示圖10或圖11所示的器件的橫截面，在第一層14和區(qū)7中有全息衍射光柵28。光柵28可以在從下列的區(qū)域中所選擇的一些區(qū)內(nèi)，這些區(qū)域是至少區(qū)7的一部分;至少接近區(qū)7的一個(gè)層的一部分;和這兩者的結(jié)合。只要膜和/或?qū)記](méi)有事先硬化，這些膜和/或?qū)又卸伎梢孕纬晒鈻?。另外，開(kāi)發(fā)本說(shuō)明書中所述的器件的其他階段上也都能進(jìn)行光射入步驟。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有或沒(méi)有光波導(dǎo)或光柵，都可以很容易地加上一層或多層基本上是干的光致硬化層或光硬化層。這種通用性在圖14說(shuō)明的器件上可以證明，這種光波導(dǎo)器件在膜1和層14、30和35內(nèi)分別有曝光區(qū)7、29、31和33。還表示出緩沖層18、32、34和36以及一個(gè)支承片21。曝光區(qū)7有一個(gè)全息衍射光柵，把光從曝光區(qū)7引導(dǎo)到曝光區(qū)29或反之。作為另一種方法是用光柵來(lái)改變光波的方向，層30就說(shuō)明了另外一些可能的方法，例如美國(guó)專利4，472020中所披露的一種方法。層34和36之間的斷裂部分是為了表示這些器件若需要的話可能具有許多層或幾層。當(dāng)然，不同層或膜中的光波導(dǎo)和同一層內(nèi)的光波導(dǎo)可以制成呈現(xiàn)其間的漸逝耦合狀態(tài)。
包括序號(hào)為14、18、30、32、34、35和36的所有的層都可以是用同一種材料做成的膜，這樣，硬化了的器件的基體除波導(dǎo)內(nèi)及其附近之外，其成分和折射率基本上是均勻的。然而，經(jīng)過(guò)硬化步驟之后，光波導(dǎo)的折射率最好比硬化了的膜大0.005～0.060，而比硬化了的層大0.001～0.025。當(dāng)然，不管是否將不同的材料用于不同的層和膜，在每個(gè)曝光區(qū)內(nèi)的成分和折射率基本上都是均勻的。
本技術(shù)所用的光致硬化膜和層是采用熱塑性化合物，這種化合物用光化學(xué)照射曝光后就形成高分子交聯(lián)鏈或聚合物，這就改變了化合物的折射率和變流特性。例如在美國(guó)專利3658526中所披露的那樣，優(yōu)選的光致硬化材料是光可聚合化合物。在已共同轉(zhuǎn)讓的共同未決專利申請(qǐng)IM-0006、IM-0066和IM-0053中描述了更好的材料，所有這些文獻(xiàn)都援引在這里作為參考文獻(xiàn)。在這些材料中，包含有一個(gè)或多個(gè)乙烯不飽和基(通常是在終端位置上)的化合物的自由基附加聚合和交鏈把該化合物硬化并減弱其可溶性。光致聚合化合物的敏感度可以用光激發(fā)系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)，這種系統(tǒng)可以包含一種對(duì)實(shí)際光輻射源，例如可見(jiàn)光敏感的化合物的成分。通常，就膜或?qū)铀哂械奈锢硇再|(zhì)而言，本發(fā)明中把粘結(jié)劑用作基本上干的光致聚合膜或?qū)邮亲顬橛行У?。粘合劑在曝光之前用作單體或光激發(fā)劑的包容媒介，它提供一個(gè)基礎(chǔ)折射率，在曝光之后就要影響到形成圖形的折射率所需要的物理特性和折射率特性。除折射率之外，結(jié)合性、粘結(jié)性、柔性、擴(kuò)散性、抗拉強(qiáng)度都是決定這種粘結(jié)劑是否適宜用作折射率媒介的一些性能。
干膜或?qū)拥目晒庵掠不A(yù)計(jì)可以成為光致聚合或光致交鏈化合物的代替物，例如美國(guó)專利3526504所披露的那樣，或者是用機(jī)械方法而不是用上述的自由輻射激發(fā)方法來(lái)硬化的化合物。
當(dāng)光致聚合膜或?qū)邮呛穸染鶆虻墓腆w時(shí)，是由三種主要成分組成的，一種預(yù)制成聚合材料的可溶固體的溶劑;至少一種液態(tài)乙烯不飽和單體，它能附加聚合產(chǎn)生聚合材料，這種材料的折射率基本上不同于預(yù)制的聚合材料的折射率;和一種能用光化學(xué)照射來(lái)激活的光激活系統(tǒng)。雖然膜或?qū)邮枪腆w化合物，但是在成圖形曝光之前、之中和之后，各成分的互相擴(kuò)散都是存在的，直至最終的均化處理使之固定或破壞為止，這種均化處理通常是用光化學(xué)照射進(jìn)一步均化曝光。相互擴(kuò)散可以通過(guò)把另一種無(wú)活性的增塑劑加入化合物而進(jìn)一步加劇。
除液態(tài)單體之外，該化合物還可以包含固態(tài)單體成分，這種固態(tài)單體能在液態(tài)單體中擴(kuò)散并與液態(tài)單體發(fā)生反應(yīng)生成共聚物，其折射率與每種預(yù)生成的聚合材料的折射率都不相同。
用作本發(fā)明的膜或?qū)拥膬?yōu)選化合物中，預(yù)形成的聚合材料和液態(tài)單體可以這樣選擇，即從包含有一份或多份的下列分子團(tuán)的任意一種預(yù)形成的聚合材料或單體中選取，這些分子團(tuán)是被取代或未被取代的苯基、苯氧基、萘基、萘氧基和包含一個(gè)到三個(gè)芳香族環(huán)和氯或溴原子的芳香雜環(huán)基，其余的成分基本上沒(méi)有特別的組分。在本例中當(dāng)單體是這些成分時(shí)，下面把光致聚合系統(tǒng)稱之為“單體定向系統(tǒng)”，并且當(dāng)聚合材料包含這些成分時(shí)，下文將光致聚合系統(tǒng)稱之為“粘結(jié)劑定向系統(tǒng)”。
本發(fā)明優(yōu)選的穩(wěn)定的固態(tài)光致聚合化合物將參照“單體定向系統(tǒng)”和“粘結(jié)劑定向系統(tǒng)”予以更為詳細(xì)的說(shuō)明。
單體定向系統(tǒng)單體定向系統(tǒng)的單體是一種液體烯鍵不飽和化合物，它可以附加聚合并有100℃以上的沸點(diǎn)。這種單體包含有任一種苯基、苯氧基、萘基、萘氧基或含有一個(gè)到三個(gè)芳香族環(huán)或氯或溴原子的芳香族雜環(huán)基。預(yù)計(jì)作為這些基的取代物是各種取代基，這些取代基是低烷基、烷氧基、羥基、羧基、羰基、氨基、酰氨基、亞氨基或它們的結(jié)合，只要這種單體是液體，并且在光致聚合層中可以擴(kuò)散就可以了。
用于本發(fā)明的單體定向系統(tǒng)的優(yōu)選液態(tài)單體是二苯氧基丙烯酸酯、二苯氧基異丁烯酸脂、苯酚乙氧基丙烯酸脂、1-(ρ-氯苯氧基)乙基丙烯酸酯、ρ-氯苯基丙烯酸脂、苯基丙烯酸脂、1-苯基乙基丙烯酸脂、雙酚-A的乙(2-丙烯乙氧基)醚和2-(2-萘氧基)乙基丙烯酸酯。
當(dāng)本發(fā)明中所用的單體是液體時(shí)，它們可以用作與同類型的第二種固態(tài)的混合物的形式。例如“聚合物科學(xué)雜志聚合物化學(xué)”(JournalofPolymerSciencePolymerChemistryEdition，Vol.18，PP.9-18(1979)H.Kamagawaetal，)所公開(kāi)的N-乙烯基羧基、烯鍵不飽和羧基單體2-萘基丙烯酸酯、五氯苯基丙烯酸脂、2.4.6-三溴苯丙烯酸脂和雙酚A2丙烯酸脂、2-(2-萘氧基)乙基丙烯酸脂、和N-苯基順丁烯二酰亞胺。
單體定向系統(tǒng)的可溶性溶劑聚合材料或粘結(jié)劑基本上沒(méi)有苯基、苯氧基、萘基萘氧基或包含一至三個(gè)芳香族環(huán)以及氯或溴原子的芳香雜環(huán)基。
用于本發(fā)明的單體定向系統(tǒng)的優(yōu)選粘結(jié)劑是乙酸丁酸纖維聚合物;丙烯酸聚合物和共聚物，這些共聚物包括聚甲基異丁烯酸脂、甲基異丁烯酸脂/異丁烯酸和聚甲基異丁烯酸脂/丙烯酸聚合物、甲基異丁烯酸脂/C2-C4烷基丙烯酸脂或異丁烯酸脂/丙烯酸或異丁烯酸的三元共聚物;聚乙烯乙酸酯;聚乙烯乙縮醛，聚乙烯丁醛，聚乙烯縮甲醛;以及它們的混合物。
粘結(jié)劑定向系統(tǒng)粘結(jié)劑定向系統(tǒng)的單體是液體烯鍵不飽和化合物，它能附加聚合并且有100℃以上的沸點(diǎn)。這種單體基本上不包括下述的基，這些基是苯基、苯氧基、萘基萘氧基或包括一至三個(gè)芳香族環(huán)以及氯或溴原子的芳香族雜環(huán)基。
用于本發(fā)明的粘結(jié)劑定向系統(tǒng)的優(yōu)選液體單體包括癸二酰二丙烯酸酯、異冰片基丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙酯丙烯酸酯、乙氧基化合物的三甲基丙烷的三丙烯酸酯，和1-乙烯-2琥珀酰胺。
當(dāng)用于粘結(jié)劑定向系統(tǒng)的單體是液體時(shí)，它們可以用于同第二種同類型固體單體的混合物中，例如N-乙烯基己酸內(nèi)酰胺。
粘結(jié)劑定向系統(tǒng)的可溶性溶劑聚合材料或粘結(jié)劑在它的聚合結(jié)構(gòu)中包含取自下列基的部分，它們是苯基、苯氧基、萘基萘氧基或包含一到三個(gè)芳香族環(huán)以及氯或溴原子的芳香族雜環(huán)基?？赏鳛榈葍r(jià)物的基是一些取代基，其中替代物可以是低烷基、烷氧基、羥基、羧基、羰基、酰氨基、酰亞胺或它們的組合，只要粘結(jié)劑保持為可溶性溶劑和熱塑性的就可以。這些組分可以形成部分單體單元，這些單體單元構(gòu)成聚合粘結(jié)劑或可以移植到預(yù)制聚合物或共聚物中。這種類型的粘結(jié)劑可以是均聚物，也可以是兩個(gè)或多個(gè)分離的單體單元的共聚物，其中至少一個(gè)單體單元包含上述部分之一。
用于粘結(jié)劑定向系統(tǒng)的優(yōu)選粘結(jié)劑包括聚苯乙烯、聚(苯乙烯/丙烯腈)、聚(苯乙烯/甲基異丁烯酸酯)、和聚乙烯苯亞甲基，以及它們的混合物。
同樣的可由光化學(xué)照射激活的光激發(fā)系統(tǒng)可以用于單體定向系統(tǒng)、也可以用于粘結(jié)劑定向系統(tǒng)。典型的光激發(fā)系統(tǒng)將包括光激發(fā)劑和增敏劑。增敏劑把光譜響應(yīng)擴(kuò)展到具有特殊用途的范圍，例如近紫外光區(qū)和由激光器發(fā)射的可見(jiàn)光譜區(qū)。
優(yōu)選的激發(fā)劑包括DDM-HABI，即2-(0-氯苯基)-4，5-雙(m-甲氧苯基)-咪唑二聚物;O-氯-HABI，即1，1′-鉍咪唑，2，2′-雙(O-氯苯基)-4，4′，5，5′-四苯基-;和TCTM-HABI，即1H-咪唑，2，5-雙(O-氯苯基)-4-3，4-二甲氧苯基-，二聚物的每一種都帶有氧供體，例如2-巰基苯并噁唑。
優(yōu)選的增敏劑包括如下DBC，即環(huán)戊銅，2，5-雙-4(二乙氨)-2-(甲基苯基-亞甲基);和二甲氧基-JDI，即1H-茚-1-酮，2，3-雙氫-5，6-二甲氧基-2-((2，3，6，7-四氫-1H，5H-苯并〔i，j〕喹嗪-9-y1)-亞甲基)-。
本發(fā)明的固體光致聚合化合物可以含有增塑劑，本發(fā)明的增塑劑占化合物的重量比率可從2%～20%范圍內(nèi)變化，最優(yōu)的重量比率是5%～15%。
用作簡(jiǎn)單的醋酸丁酸纖維素系統(tǒng)的優(yōu)選增塑劑是三甘醇二乙酸酯、三甘醇二庚醇酯、二乙烯己二酸酯和Brij
30和三(2-乙烯己基)磷酸酯。同樣三甘醇二乙酸酯、二乙烯己二酸酯和Brij
30和三(二-乙烯己基)磷酸酯在“單體定向系統(tǒng)中也是被優(yōu)選的，其中醋酸丁酸纖維素是粘結(jié)劑。
除了上述的這些成分之外，在光致聚合化合物中尚有其他分量的化合物，這些化合物包括光亮度調(diào)節(jié)劑、紫外線輻射吸收材料、熱穩(wěn)定劑、供氧劑、除氧劑和釋放附加劑。
在光致聚合化合物中的各組分含量通常在下列按光致聚合層總重量的百分比范圍內(nèi)單體5～50%，最好是15～35%;激發(fā)劑0.1～10%，最好是1～5%;粘結(jié)劑25～75%，最好是45～65%;增塑劑0～25%，最好是5～15%;其他組分0～5%，最好是1～4%。
支承片可以是任何一種能足以支承組合在一起的膜1和層2的并對(duì)光化學(xué)輻照是透明的物質(zhì)，支承片2最好是對(duì)光譜范圍為0.6～1.6μm波長(zhǎng)的透光材料?！爸С衅币辉~的概念是包括天然的支承片和合成的支承片，它最好能夠以柔性和剛性相結(jié)合的膜或片的形式存在。例如支承片或其片可以是有機(jī)合成樹脂片或膜，或兩種或多種材料的合成物。具體的基片包括聚對(duì)苯二甲酸乙酯膜，例如聚對(duì)苯二甲酸乙酯的樹脂層膠膜，火焰或靜電放電處理的聚對(duì)苯二甲酸乙酯膜;玻璃、醋酸纖維素膜等等。只要是支承片足以能把粘結(jié)在它上面的膜或?qū)又С凶?，它的厚度是無(wú)關(guān)緊要的。厚度約為25～50μm的聚對(duì)苯二甲酸乙酯的支承片就能為6μm的膜提供足夠的剛性。
下面的例子用作本發(fā)明的說(shuō)明，但并不局限于此。
實(shí)施例一種基本上干的光致硬化(活性的)膜，其厚度為5.3μm，其組成成分列于表Ⅰ。該膜覆蓋在厚度為25μm的透明聚對(duì)苯二甲酸乙酯的支承片上，其尺寸約為3吋×4吋。該膜在光譜范圍為350～400nm的寬帶紫外光下通過(guò)普通鍍鉻玻璃掩膜進(jìn)行曝光，產(chǎn)生一個(gè)1×4的光波導(dǎo)耦合器圖形(一路光波導(dǎo)到四路光波導(dǎo)或四路光波導(dǎo)到一路光波導(dǎo))。曝光后約經(jīng)15分鐘的適當(dāng)放置后，去掉掩膜。
接下來(lái)，把厚度約為30μm和其組分列于表Ⅱ的第一基本上是干的光致硬化(緩沖)層覆蓋在厚度為25μm透明聚對(duì)苯二甲乙酯支承片上，疊置在如圖4所示的光波導(dǎo)圖形上面。而后把所得到的元件用光譜范圍為350nm～400nm的寬帶紫外光整個(gè)進(jìn)行照射，再用機(jī)械剝離方法去掉膜的支承片。
接下來(lái)，把與第一緩沖層的成分和結(jié)構(gòu)相同的第二光致硬化(緩沖)層用支承片疊置到活性膜的反面表面上，并進(jìn)行如上述相同的整個(gè)用光照射的步驟。
緊接著的一些步驟是，把結(jié)合在緩沖層的支承片去除。再把成分結(jié)構(gòu)與第一緩沖層相同的第三第四緩沖層分別疊加到第一和第二緩沖層上，每次疊置步驟和去掉支承片步驟之間都要進(jìn)行一次整個(gè)元件用光照射的步驟。這樣，就制造成了一個(gè)具有埋入通道光波導(dǎo)的光波導(dǎo)器件。
這個(gè)形成的器件再加熱100℃保持60分鐘，以使其熱穩(wěn)定。
對(duì)該疊層器件的膜和層的折射率進(jìn)行了測(cè)試并將數(shù)據(jù)列于表Ⅲ。
表Ⅰ膜組成成分重量百分比醋酸丁酸纖維素伊斯曼CAB531-156.54二苯氧基丙烯酸酯(POEA)35.00三甘醇二乙酸酯(TDC)5二巰基苯并噁唑(MOB)1.89O-氯-HABI1.00增敏染料(DEAW)10.562，6-雙-叔-丁基-4-甲基酚(BHT)0.0112、5-雙(〔4-(乙二氨)-苯基〕亞甲基)環(huán)戊銅表Ⅱ緩沖層1組成成分重量百分比CAB1381-20 45.49POEA220.00N-乙烯基咔唑(NVC)15.00乙氧化雙酚A雙丙烯酸酯15.00Sartomer349O-氯-HABI33.004-甲基-4H-1、2、4-三唑-3-硫羥(MMT)1.50BHT40.011醋酸丁酸纖維素2二苯氧基乙基丙烯酸酯，CAS48145-04-631，1′-雙咪唑，2，2′-雙-O-氯苯基-4，4′，5，5-四苯基，CAS1707-68-242，6-雙-叔-丁基-4-甲基酚表Ⅲ層或膜折射率活性(未曝光)膜1.535膜的光波導(dǎo)區(qū)1.566平均緩沖層11.545緩沖層21.548緩沖層31.545緩沖層41.548由于以上所描述的本發(fā)明的技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，本專業(yè)的技術(shù)人員可以對(duì)其做出各種改進(jìn)，但是我們認(rèn)為在后面所附的各項(xiàng)權(quán)利要求的限定下，這些改進(jìn)均屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基本上是干的制造光波導(dǎo)器件的方法，這種光波導(dǎo)器件在疊層和硬化的基片內(nèi)至少有一條埋入的通道光波導(dǎo)，該方法包括如下步驟至少把一個(gè)基本上干的光致硬化膜的第一區(qū)進(jìn)行曝光，該膜具有第一和第二表面，還有一個(gè)支承片可去除地粘結(jié)于該第槐礱媯遼偈拐飧瞿さ囊恢值ヌ褰芯酆?，并钢\涓?jìng)凐祼累蔀^剩傭律儺緯傻諞還獠ǖ跡 把第一基本干的光致硬化層的第一表面重疊干該膜的第二表面，將一個(gè)支承片可去除地粘結(jié)到該第一層的第二表面；從該膜的第一表面除去上述支承片；把第二基本干的光致硬化層的第一表面疊置在該膜的第一表面，把一個(gè)支承片可去除地粘結(jié)于第二層的第二表面；和將各層和膜硬化形成一個(gè)硬化基片，基本上將該層和膜的折射率固定下來(lái)，至少形成一條埋入的光波導(dǎo)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中硬化步驟包括用光照射整個(gè)層和膜，以形成硬化基片。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中硬化步驟包括把層和膜在50～200℃的溫度范圍內(nèi)加熱數(shù)分鐘。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中曝光步驟還包括通過(guò)掩膜用光化學(xué)輻照使第一區(qū)曝光。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中曝光步驟還包括用聚焦的激光使第一區(qū)曝光。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中曝光步驟還包括通過(guò)一個(gè)掩膜用激光使第一區(qū)曝光。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中曝光步驟還包括形成截面基本上是矩形的，以便在給定波長(zhǎng)下以單模方式工作。
8.按照權(quán)利要求5的方法，其中光致硬化膜的厚度基本上限定了光波導(dǎo)的矩形截面的一個(gè)尺寸。
9.按照權(quán)利要求1的方法，還包括下述步驟按照配方制成具有預(yù)先確定尺寸的光致硬化膜，使之在硬化步驟之后產(chǎn)生一個(gè)約為0.001～0.40的局部的折射率的增量，測(cè)量是用錯(cuò)位干涉顯微鏡在546nm的波長(zhǎng)下進(jìn)行的。
10.按照權(quán)利要求1的方法，還包括下述步驟按配方制成具有預(yù)定尺寸的光致硬化膜，在硬化步驟后，使該光波導(dǎo)在0.6～1.6μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透光的。
11.按照權(quán)利要求8的方法，其中在硬化步驟之后，該光波導(dǎo)在1.3μm波長(zhǎng)下是透光的，以便單模操作。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其中硬化步驟還包括以下步驟除光波導(dǎo)內(nèi)和光波導(dǎo)附近外，所形成的基片的成分和折射率基本上是均勻的。
13.按照權(quán)利要求1的方法，其中硬化步驟之后，光波導(dǎo)的折射率比膜的硬化剩留區(qū)的折射率大0.005～0.060，比硬化的層的折射率大0.001～0.025。
14.按照權(quán)利要求1的方法，其中硬化步驟之后，除光波導(dǎo)中及光波導(dǎo)附近之外，基片的最大折射率在1.45～1.60范圍內(nèi)，測(cè)量是在632nm波長(zhǎng)下進(jìn)行的。
15.按照權(quán)利要求1的方法，其中基片厚度可以從約125μm、180μm和200μm這樣一組數(shù)據(jù)中選擇。
16.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟通過(guò)將硬化了的基片與光纖在一個(gè)平面上靠近放置，使光軸基本上對(duì)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)與光纖的連接。
17.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟把光波注入光波導(dǎo)。
18.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的區(qū)基本上具有一種Y形結(jié)構(gòu)。
19.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的區(qū)具有一個(gè)終端，該終端適合作為光的入口或出口，這個(gè)光的入口或出口連接到適合作為光的入口或出口的多個(gè)終端。
20.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟至少把靠近并平行于第一區(qū)的第二區(qū)予以曝光，至少形成一個(gè)第二光波導(dǎo)，以便使兩個(gè)波導(dǎo)之間呈現(xiàn)注入到第一光波導(dǎo)的光的漸逝耦合，逐漸地把注入的光泄漏或耦合到第二光波導(dǎo)之中。
21.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在硬化之前，射入至少兩束相干光，并使其在下述的一組區(qū)中選擇出來(lái)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行交叉，這些區(qū)域是區(qū)的一部分、毗鄰區(qū)的各層中的一層的至少一部分以及上述二者的組合。
22.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在曝光和第一次疊層的步驟之間，用光對(duì)該膜整個(gè)進(jìn)行照射。
23.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在第一次疊層步驟和去掉支承片步驟之間用光對(duì)整個(gè)膜和層進(jìn)行照射。
24.按照權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在用光整個(gè)照射步驟之后，從至少一個(gè)層的第二表面上去除支承片。
25.按照權(quán)利要求24的方法，還包括以下步驟在第二次去除支承片步驟后，用加熱基片的方法使硬化了的基片穩(wěn)定，加熱溫度為50～200℃范圍、時(shí)間為30分鐘至兩小時(shí)。
26.按照權(quán)利要求1的方法，在第二次疊層步驟和加熱步驟之間，還包括有以下步驟從該層的第二表面之一除去支承片;把另一個(gè)基本上是干的光致硬化層的第一表面重疊在一個(gè)層的第二表面上，而該另一層的第二表面可除去地粘結(jié)一個(gè)支承片;和重復(fù)第二去除支承片步驟和第三疊層步驟直到基片達(dá)到預(yù)定的層數(shù)為止。
27.按照權(quán)利要求26的方法，還包括以下步驟至少在第二次去除支承片步驟和任何一次重復(fù)步驟之前，立即對(duì)各層中的一個(gè)層的第一區(qū)進(jìn)行曝光，該層是粘結(jié)在一個(gè)在下一步驟中將要除去的一個(gè)支承片上，從而使這一層的至少一種單體聚合并改變折射系數(shù)，以便至少形成另一個(gè)光波導(dǎo)。
28.按照權(quán)利要求27的方法，其中至少另一光波導(dǎo)連接到至少一個(gè)在膜上的光波導(dǎo)，這樣，傳輸通過(guò)該另一光波導(dǎo)和膜上的光波導(dǎo)二者之一的光，將分別可以傳輸?shù)侥ど系墓獠▽?dǎo)和另一光波導(dǎo)之中。
29.按照權(quán)利要求27的方法，其中第一個(gè)另外的波導(dǎo)連接到第二個(gè)另外的波導(dǎo)，這樣通過(guò)第一個(gè)另外的波導(dǎo)傳播的光就通過(guò)第二個(gè)另外的波導(dǎo)進(jìn)行傳播。
30.按照權(quán)利要求27的方法，還包括以下步驟在至少一個(gè)曝光步驟和去除支承片步驟之間，對(duì)整個(gè)層和膜進(jìn)行曝光，以形成一個(gè)光致硬化膜。
31.一種用于集成光學(xué)系統(tǒng)的光波導(dǎo)器件，該器件包括具有第一和第二表面的光致硬化膜，該膜具有第一區(qū)和剩留區(qū)，該第一區(qū)適于作為一個(gè)光波導(dǎo)來(lái)傳輸光波;具有第一和第二表面的第一光致硬化層，該第一層第一表面重疊在該膜的第一表面上，覆蓋住光波長(zhǎng)的第一邊;具有第一和第二表面的第二光致硬化層，該第二層的第一表面重疊在該膜的第二表面上，覆蓋住光波導(dǎo)的第二邊。
32.按照權(quán)利要求31所描述的器件，其中上述光波導(dǎo)包含一個(gè)垂直于上述膜其尺寸約為5×5.3μm的矩形截面。
33.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中膜的厚度約為5.5μm。
34.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中存在于光波導(dǎo)和膜的剩留區(qū)之間的局部折射率增量為0.001～0.40，其測(cè)量是用錯(cuò)位干涉儀在546nm波長(zhǎng)下進(jìn)行的。
35.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中該光波導(dǎo)在光譜范圍0.6～1.6μm內(nèi)是有效地透光的。
36.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中該光波導(dǎo)對(duì)單模工作的1.3μm波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是透光的。
37.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中除接近光波導(dǎo)區(qū)的區(qū)域外，膜的剩留區(qū)、第一層和第二層的成分和折射率基本上是均勻的。
38.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中光波導(dǎo)的折射率比剩留區(qū)的折射區(qū)大0.005～0.060，而比各導(dǎo)的折射率大0.001～0.025。
39.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中除接近光波導(dǎo)區(qū)的區(qū)域外，膜的剩留區(qū)、第一層和第二層的最大折射率在1.45～1.60范圍內(nèi)，其測(cè)量是在632nm波長(zhǎng)上進(jìn)行的。
40.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中膜、第一層和第二層的厚度從125μm、180μm和200μm這一組數(shù)據(jù)中選擇。
41.一種光傳輸系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求31所述的光波導(dǎo)器和一條單模光纖，該單模光纖與光波導(dǎo)器件的光軸對(duì)準(zhǔn)的方式進(jìn)行連接。
42.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中光波導(dǎo)基本上是Y形結(jié)構(gòu)的。
43.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中該光波導(dǎo)具有一個(gè)終端，該終端適合作為光的入口或出口，該終端連接到多個(gè)適合作為光入口或光出口的終端。
44.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中還包括至少部分地平行于第一光波導(dǎo)的一個(gè)第二光波導(dǎo)，這些光波導(dǎo)之間呈現(xiàn)光的漸逝耦合，以使注入到第一光波導(dǎo)的光通過(guò)逐漸地泄漏或耦合作用，把注入的光耦合到第二光波導(dǎo)中。
45.按照權(quán)利要求31所述的器件，還包括一個(gè)全息衍射光柵，該光柵包括一個(gè)空間變化折射率的區(qū)域，該區(qū)域是選自至少一部分第一區(qū)，至少接近該區(qū)的一個(gè)層的一部分和它們的結(jié)合，以入射光波。
46.按照權(quán)利要求31所述的器件，還包括一個(gè)可去除地粘結(jié)在第一層的第二表面上的支承片;和一個(gè)可去除地粘結(jié)在第二層的第二表面上的支承片。
47.一種用于形成光學(xué)器件的光波導(dǎo)元件，該元件包括具有第一和第二表面的膜，該膜具有第一光致硬化區(qū)，適于作光波導(dǎo)以便傳輸光波，和基本上是干的光致硬化剩留區(qū);和可去除地粘結(jié)在該第一表面上的一個(gè)支承片。
48.按照權(quán)利要求47所述的元件，還包括具有第一和第二表面的基本上干的第一光致硬化層，該第一層的第一表面重疊在膜的第二表面上;和可去除地粘結(jié)于第一層第二表面的一個(gè)支承片。
49.用于制造光波導(dǎo)器件的光波導(dǎo)元件，該元件包括具有第一和第二基本上是平的表面的光致硬化膜，該膜具有第一區(qū)和剩留區(qū)，該第一區(qū)適于作為光波導(dǎo)以便傳輸光波;和可去除地粘結(jié)干該第一表面的支承片。
50.按照權(quán)利要求31所述的器件，其中所述的膜包括(a)一種可溶性粘結(jié)劑，(b)至少一種能附加聚合的液態(tài)乙烯不飽和單體，(c)由光化學(xué)照射激活的光致引發(fā)系統(tǒng)。
51.按照權(quán)利要求31的器件，其中各層中至少一層包括以下部分(a)一種可溶性粘結(jié)劑，(b)至少一種能附加聚合的液態(tài)乙烯不飽和單體，和(c)用光化學(xué)照射激活的光致引發(fā)系統(tǒng)。
52.按照權(quán)利要求47的元件，其中上述的膜包括(a)一種可溶性粘結(jié)劑，(b)至少一種能附加聚合的液態(tài)乙烯不飽和單體，和(c)用光化學(xué)照射激活的光致引發(fā)系統(tǒng)。
53.按照權(quán)利要求49的元件，其上述的膜包括(a)一種可溶性粘結(jié)劑，(b)至少一種能附加聚合的液態(tài)乙烯不飽和單體，和(c)用光化學(xué)照射激活的光致引發(fā)系統(tǒng)。
全文摘要
用于連接光纖和集成光學(xué)系統(tǒng)的光波導(dǎo)器件，本發(fā)明包括用來(lái)制造這種器件和中間元件的基本上是干法的方法。
文檔編號(hào)G02B6/28GK1037039SQ89100959
公開(kāi)日1989年11月8日 申請(qǐng)日期1989年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月15日
發(fā)明者布魯斯·李·布思, 約瑟夫·埃米迪奧·馬爾凱賈諾 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司