專利名稱：改進(jìn)光聚合物光波導(dǎo)的擴散控制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)裝置，特別是涉及光聚合物光波導(dǎo)的元件和光聚合物光波導(dǎo)裝置，以及制備所述光波導(dǎo)元件與光波導(dǎo)裝置的方法。所述的光波導(dǎo)裝置與光學(xué)纖維、光學(xué)組件和模件相連接，用于整體光學(xué)系統(tǒng)中。
在光通訊系統(tǒng)中，信息是由光頻載波來傳遞的，所述的光頻載波是由光沅，例如激光或光發(fā)射二極管產(chǎn)生的。近來，人們對于所述的光通訊系統(tǒng)已有更多的興趣。因為上述的光通訊系統(tǒng)與傳統(tǒng)的通訊系統(tǒng)相比，具有許多優(yōu)點，例如它的通訊通道數(shù)目大大地增加，可以使用除了昴貴的銅電纜以外的其他材料來傳遞信息。將光頻波從一點傳導(dǎo)或?qū)虻搅硪稽c的含義之一就是所謂的光波導(dǎo)。光波導(dǎo)的操作過程可解釋為一種光透明的介質(zhì)被另一種具有較低折光指數(shù)的介質(zhì)包圍起來，或換句話說被圍粘住，沿著上述內(nèi)部介質(zhì)的軸而傳導(dǎo)的光，由于周圍包圍介質(zhì)的影響，在邊界上被高度地反射，由此而產(chǎn)生了導(dǎo)向效應(yīng)。最廣泛地用于波導(dǎo)裝置的材料是玻璃。使用時，玻璃被制造成特殊尺寸的纖維。
由于光循環(huán)發(fā)展所提出的課題，就需要某些新裝置，而所述的裝置可以耦合、區(qū)分、轉(zhuǎn)換和調(diào)整光波從一個波導(dǎo)纖維到另一個波導(dǎo)纖維。
有些光學(xué)纖維以被其他光學(xué)纖維切成段的形式互相連接起來。所述的這些裝置只具有兩個終端，一個在頭，一個在尾。包括波導(dǎo)的可光固化薄膜被建議作為上述之用途，例如在美國專利3，809，732中已敘述過。然而，上述的這種裝置不易與光學(xué)纖維耦合，而且也不易與光學(xué)纖維對成一直線。此外，由于它們的薄膜的表面是不平整的，很難做到防止薄膜的暴露出的表面不受外界環(huán)境的影響。
另一種用于制成光學(xué)耦合裝置的方法涉及到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的照相制版工藝和擴散作用。對于這種現(xiàn)有技術(shù)的工藝而言，標(biāo)準(zhǔn)的光制版工藝用作為在一個感光樹脂層上確定一個光柵圖案，所述的感光樹脂層是沉積在被選定的基材上的。采用蝕刻劑，把感光樹脂上已確定的光柵圖案蝕刻到所述的基材上。然后，用真空噴涂法將金屬噴涂到蝕刻過的區(qū)域上。采用適當(dāng)?shù)娜軇⑸鲜龈泄鈽渲鈻艌D案除去。隨后，將上述結(jié)構(gòu)物加熱，把噴涂在被蝕刻過的區(qū)域上的金屬擴散到基材上，在基材上形成波導(dǎo)層。上述內(nèi)容，可從美國專利4，609，252中得知。上述制造工藝涉及許多工藝步驟，同時，對于可能要被噴涂的金屬層的厚度是有明確限度的。首先，因為真空噴涂是一種比較慢的工藝，對于噴涂較厚的金屬層就需要化費過多的時間;其次，由于越來越多的金屬被噴涂上去，對于噴涂來說是不斷地建立新的區(qū)域，其結(jié)果是產(chǎn)生了不平整的噴涂層。
為了形成分支線路，將兩支或兩支以上的纖維，利用粘合劑粘結(jié)成一個共同的光孔口，所述的粘合劑必須具有與被粘合的纖維相近似能匹配的折光指數(shù)。所述纖維的直徑是非常細(xì)小的，在操作過程中必須十分小心。將這些纖維粘合在一起以增加強度，并以一定的間隔，固定在支承材料上。包括上述的這些單支纖維的相應(yīng)的印刷電路板，以及光學(xué)裝置的制造是一種勞動力密集、成本昴貴、速度慢、乏味的工藝，并且也是一種不易實行自動化的制造技術(shù)。另一種用于形成上述耦合元件的制造方法是將纖維融合或熔融在一起，這樣，光就可以從一支纖維通入到與它相連接的其他纖維中。然而，上述的融合工藝中，融合的程度和最終結(jié)構(gòu)物的幾何形狀以及再現(xiàn)性都很難控制。
一種非常使人們感興趣的裝置是所謂的“Y-耦合元件”。所述的耦合元件是一種“Y”型的裝置，將信號耦合在一起，并再將它們分開?！癥”型裝置是采用濕法工藝來制造的，即將液態(tài)的光敏活化層復(fù)上一個蔽光框，再暴露在紫外光下被輻照。然后，使用溶劑，將上述光敏活化層上的未聚合區(qū)域除去，如美國專利4，609，252中所述。此種波導(dǎo)裝置，也象上面敘述過的那樣，不能防止周圍環(huán)境的影響，也不能有效地與光學(xué)纖維耦合。而且，作為一種濕法工藝，不可避免地會凌亂骯臟，并且存在著用過的溶劑如何處理的間題。
另一種“Y”型耦合元件裝置在美國專利4，666，236中已敘述過。此專利進(jìn)一步描述一了種具有一個輸入支線路和三個輸出支線路的裝置。這些裝置也都是采用濕法工藝制造的，把液態(tài)可光聚合薄膜暴露在光照之下，以制成波導(dǎo)元件。那些沒有被暴露在光照之下的液態(tài)薄膜被干燥之后，形成裝置的一部份。所述的薄膜進(jìn)一步被另一層材料涂復(fù)，例如用丙烯酸樹脂，以不使灰塵落在上面，防護(hù)它不受沾污。當(dāng)然，這種工藝也是濕法工藝，因此，也存在著固有的凌亂骯臟問題。
美國專利3，809，686描述了另一種波導(dǎo)元件，此種波導(dǎo)元件是以一個簡單的光聚合物薄膜制造的，將光束聚焦在上述薄膜上并將該薄膜移動。有一實施例敘述的具體裝置，所述的波導(dǎo)裝置的光之間呈現(xiàn)瞬間耦合。上述專利還進(jìn)一步講述了上述裝置的形成和利用全息衍射光柵作為光耦合器的情況。然而，要將光聚焦在薄膜上以形成具有清晰和明顯界線的均相波導(dǎo)元件是有困難的。
本發(fā)明的目的是提供一種制備與光學(xué)元件和組件相連接的光導(dǎo)器的方法。所述的光導(dǎo)器可以具有許多分支線和終端。
進(jìn)一步來說，本發(fā)明的目的是提供一種新的、改進(jìn)了的光學(xué)波導(dǎo)裝置的方法。根據(jù)本發(fā)明的制備方法所制出的光波導(dǎo)裝置具有預(yù)先確定的幾何結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制備方法可極大程度地改進(jìn)以上已敘述過的現(xiàn)有技術(shù)制備方法的缺點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的用本質(zhì)上乾式的方法制備光波導(dǎo)裝置。所制出的光波導(dǎo)裝置具有一個和一個以上的、處于疊層式的、已固化了的型片中的埋入式通道波導(dǎo)。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟將一種本質(zhì)上乾性的光可固化薄膜的至少一個區(qū)域暴露在光之下，所述光可固化薄膜具有第一表面和第二表面，有粘附在所述第一表面上、而可以除去的支承體。將所述薄膜中的一種或一種以上的單體聚合，以致改變已被聚合區(qū)域的折光指數(shù)，形成一個或一個以上的第一光波導(dǎo)或其它光波導(dǎo)。
將本質(zhì)上乾性的可光固化第一層的第一表面，疊合到所述薄膜的第二表面上，所述的可光固化第一層的第二表面上粘附有可除去的支承體。將支承體從所述薄膜的第一表面上除去。再將本質(zhì)上乾性的可光固化第二層的第一表面疊合到所述薄膜的第一表面上，而所述的可光固化第二層的第二表面上粘附有可除去的支承體。
將所述的第一第二可光固化層固化，形成固化了的型片。所述的第一第二可光固化層與薄膜的折光指數(shù)已充分地被固定，形成了一個或一個以上的埋入式波導(dǎo)。
申請人已公開過下述內(nèi)容，即在最終復(fù)合步驟結(jié)束之后，再增加使用一個附加步驟是有益的。此步驟包括將上述波導(dǎo)在一個預(yù)先規(guī)定好的時間范圍維持一段時間，特別是維持5到45分鐘，允許所述的波導(dǎo)薄膜和緩沖層的化學(xué)組分進(jìn)行內(nèi)層擴散，以使得所述波導(dǎo)的折光指數(shù)分布圖可以被人為地控制。需將整個儀器裝置的溫度維持在可產(chǎn)生固化的溫度以下。因為溫度會影響擴散工藝過程的速率。對于單波模的波導(dǎo)元件而言，較佳的裝置具有均勻的折光指數(shù)分布圖。所述的折光指數(shù)分布圖是連續(xù)的、垂直于上述層狀結(jié)構(gòu)體平行表面的。此外，所述的擴散作用也能在波導(dǎo)薄膜的未固化區(qū)域內(nèi)發(fā)生。上述的這種改進(jìn)折光指數(shù)分布圖控制的方法，為波導(dǎo)設(shè)計者提供了高效光聚合物波導(dǎo)的更多的靈活性的結(jié)構(gòu)。上述保證充分固化的步驟可以用加熱固化的方法，也可以用上面已敘述過的光固化的方法。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)敘述。


圖1是以可除去的特點，粘附在支承體上的可光固化薄膜的透視圖。
圖2是組成光波導(dǎo)元件的第一個具體裝置的示意圖。所述的光波導(dǎo)元件包括一個位于支承體上的薄膜中的波導(dǎo)。
圖3是組成光波導(dǎo)元件的第二個具體裝置的示意圖。所述的光波導(dǎo)元件包括一個位于支承體上的薄膜中的波導(dǎo)。
圖4是組成光波導(dǎo)元件的第三個具體裝置的示意圖。所述的光波導(dǎo)元件包括一個位于支承體上的薄膜中的波導(dǎo)。
圖5是描述用光使位于支承體上的，具有波導(dǎo)的薄膜進(jìn)行泛光的光學(xué)步驟示意圖。
圖6是一種疊層狀組件的示意圖。所述疊層狀組件從頂部到底部包括有支承體，可光固化層，具有波導(dǎo)的薄膜和另一件的支承體。
圖7是用光對圖6所示的組件進(jìn)行泛光光學(xué)操作的示意圖。
圖8是圖6或圖7所示的組件，除去一件支承體之后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是一種光波導(dǎo)元件的透視圖。所述的光波導(dǎo)元件從頂部到底部包括有支承體、可光固化或光固化了的層、具有波導(dǎo)的薄膜和另一件支承體。
圖10是用光對圖9所示的光波導(dǎo)元件進(jìn)行泛光，實行固化操作的示意圖。
圖11是用熱對圖9或圖10所示的裝置元件進(jìn)行固化操作的示意圖。
圖12是一種用于整個光學(xué)系統(tǒng)的光波導(dǎo)裝置的透視圖。所述的裝置從頂部到底部包括有第一固化層、具有波導(dǎo)的固化了的薄膜和第二固化層。
圖13是用熱對圖12所示的元件進(jìn)行穩(wěn)定化操作的示意圖。
圖14是描述一種埋入式通道波導(dǎo)裝置與另一光學(xué)纖維耦合的示意圖。所述的光學(xué)纖維含有被射入、通過上述纖維和波導(dǎo)的光。
圖15是描述可干涉的直接光射入圖6所示的元件中，以產(chǎn)生全息衍射光柵的示意圖。
圖16是形成全息光柵的剖面示意圖，所述光柵把光耦合到埋入在各層之間的波導(dǎo)中。
圖17是具有薄膜、多個內(nèi)層、一件底部支承體、波導(dǎo)和光柵的疊層裝置的部視圖。
圖18是用維持時間為0分鐘而形成的1X1裝置的波導(dǎo)輸出的近場方向視圖的照片復(fù)制圖。
圖19是用維持時間為15分鐘而形成的1x1裝置的波導(dǎo)輸出的近場方向視圖的照片復(fù)制圖。
圖20是用維持時間為45分鐘而形成的1x1裝置的波導(dǎo)輸出的近場方向視圖的照片復(fù)制圖。
在下面的參照附圖并結(jié)合實施例的詳細(xì)敘述中，在所有附圖中的同樣元件均采用同樣的標(biāo)號來表示。
參照圖1，這是一件采用本發(fā)明所提出的方法制備的元件，該元件包括本質(zhì)上乾的可光固化薄膜1，所述的薄膜1以可以除去的特性粘附在支承體2上。該薄膜1具有第一表面3和第二表面4。同樣，所述支承體具有第一表面5和第二表面6。該支承體2的第一表面5以可除去的特性，粘附在薄膜1的第一表面3上。在一較佳的具體裝置中，薄膜1和支承體2的表面3、4、5、6本質(zhì)上都是平的。
所述的薄膜1具有的厚度范圍可以是2微米到15微米或15微米以上，較佳的厚度范圍是4.5微米到8微米，更佳的是5.3微米左右。
本發(fā)明的方法的第一個步驟是將薄膜1的至少是一個的第一區(qū)域7的部分暴光，使得該薄膜1中的至少有一種單體被聚合，而造成所述的第一區(qū)域7的折光指數(shù)的改變，以形成至少是一個的第一光波導(dǎo)。所述波導(dǎo)限度，被本領(lǐng)域的專業(yè)人員解釋為包括傳送輻射能量的整個區(qū)域在內(nèi)。從技術(shù)上來說，它還包括正好圍繞暴光區(qū)域的某些區(qū)域。然而，為了簡化起見，所述的暴光區(qū)域就視作為本質(zhì)上是所述的波導(dǎo)。從理論上說，波導(dǎo)的形成是由于所述薄膜材料的自聚焦的特性。由于暴露在光輻照之下，在上述暴光區(qū)域中誘發(fā)產(chǎn)生了聚合反應(yīng)?？梢哉J(rèn)為，在暴光區(qū)域和未暴光區(qū)域之間，至少在接近這些區(qū)域的交界面上有著內(nèi)擴散現(xiàn)象。所述的內(nèi)擴散現(xiàn)象改變了暴光區(qū)域的折光指數(shù)，形成一個透鏡狀的暴光區(qū)域，所述暴光區(qū)域使光以一種自聚焦的形式成為狹長的、光滑的薄壁波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有和蔽光框區(qū)域或光束寬度大致相同的尺寸。有三個具體裝置用以說明實施本發(fā)明的第一步驟，如圖2、3、4所示。
參閱圖2，聚焦了的激光光源8對區(qū)域7暴光以形成波導(dǎo)?？梢苿拥臋C械裝置9與上述激光光源8和/或與支承體2相連接，以便可以移動激光光源8、支承體2，使形成的波導(dǎo)具有所希望的和/或預(yù)先設(shè)定的圖案。在這里，所述的暴光區(qū)域7實質(zhì)上是細(xì)長的盒形，具有一條通過該區(qū)域7的軸向中心的光軸10。暴光區(qū)域7的垂直于光軸10的幾何橫截面實質(zhì)上是一個矩形。區(qū)域7的兩個側(cè)面為所述薄膜1的未暴光區(qū)11。
圖3描述具有暴光區(qū)71的另一具體裝置。此裝置中未聚焦的激光光源81，對著圖1所示的元件裝置引導(dǎo)光化學(xué)反應(yīng)。一個不透明的蔽光框12設(shè)置在激光光源81和薄膜1之間，所述的蔽光框12尤其要與薄膜1的第二表面4接觸，并復(fù)蓋住該第二表面。所述的蔽光框12至少具有一個圖形區(qū)13，在該圖形區(qū)13處，由于光源81對暴光區(qū)71的作用而產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。所述的圖形區(qū)可以具有任何所需要的圖案，包括如圖3所示的基本上是Y型的圖形。對區(qū)域71暴光，也對區(qū)域13起了作用，其結(jié)果是形成具有基本上是Y型的圖案。從種類上來說，所述的區(qū)域13可以具有一個接受輸入或輸出光終端和許多個其他的(例如2個、3個、4個....)接受輸出或輸入光的終端相連接。如圖2所示的具體裝置中，在薄膜1上有未暴光區(qū)11。
第三個具體裝置是用以說明本發(fā)明方法的暴光操作步驟的實施情況，如圖4所示。由光源82發(fā)出的光化學(xué)輻照，通過不透明的蔽光框121對薄膜1的第1區(qū)域72和第二區(qū)域73進(jìn)行暴光。所述蔽光框121具有第一區(qū)間131和第二區(qū)間132，該第一區(qū)間131和第二區(qū)間132分別可以使光通過而對第一區(qū)域72和第二區(qū)域73進(jìn)行暴光。上述第二區(qū)間132是和第一區(qū)間131鄰近的，并且部份地平行的。因此，在暴光以后，上述第二區(qū)域73相應(yīng)具有的波導(dǎo)和暴光后第一區(qū)域72相應(yīng)具有的波導(dǎo)相接近，而且上述兩區(qū)域72和73也是部分地相互平行的。上述這些波導(dǎo)可以被排布成為因逐漸地滲透或者入射到其它波導(dǎo)的光的耦合而使入射到所述波導(dǎo)之一的光呈現(xiàn)瞬間的耦合。
在上述每一種較佳具體裝置中，經(jīng)暴光以后，所述薄膜1的第一表面3和第二表面4維持基本上平整。這種平整性有助于以后繼續(xù)地將其它各層疊復(fù)到該薄膜表面上。正因為這樣，圖2、3和4所表示的，符合本發(fā)明提出的制備光學(xué)波導(dǎo)裝置方法所制備出的光學(xué)波導(dǎo)元件，可以轉(zhuǎn)用到整體光學(xué)系統(tǒng)中。
圖5表示緊接著暴光操作步驟以后的另一個光學(xué)操作步驟。經(jīng)過暴光操作之后的元件，可以用光來進(jìn)行泛光操作，例如可以用寬波段的紫外光。在薄膜1中至少有一種單體被聚合，特別是所有單體的一種或所有單體的大多數(shù)甚至所有薄膜1中的單體都被聚合。這就使得支承體2容易附著在薄膜上，也容易從薄膜上除去。上述具有這些效果的光波導(dǎo)元件同樣也可以用于制備符合本發(fā)明的制備方法的光波導(dǎo)裝置。
下面，參照圖6。本質(zhì)上乾性的可光固化第一層14被疊合到薄膜1的第二表面4上。上述的第一層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疊合到薄膜1的第二表面4上以下述方法進(jìn)行將上述兩材料疊合而互相接觸，并用壓輥而且控制一定的壓力以除去薄膜1和第一層14之間的空氣。該第一層14是是發(fā)粘的。如圖5所示的泛光操作步驟不進(jìn)行，薄膜1也是發(fā)粘的。因此，薄膜1和第一層14很容易相互粘合在一起。支承體17以可除去的特點粘附在第一層14的第二層表面16上。圖6表示了符合本發(fā)明提出的制備方法所制備的另一種光波導(dǎo)元件用以制備光波導(dǎo)裝置的情況。
圖7表示與圖5所示的相同的光學(xué)泛光操作步驟，但用以被泛光的元件是按圖6所示的情況加以改進(jìn)的。經(jīng)第一疊合操作步驟之后的元件可用光進(jìn)行泛光操作，例如可用寬波段的紫外光。在第一層14中至少有一種單體被聚合(特別是所有單體的一種或大多數(shù)、甚至是所有的單體都被聚合)，進(jìn)一步是在薄膜1中的幾種單體中至少有一種被聚合(如果在以前的泛光操作步驟中沒有全部被聚合的活)。在第一層14和薄膜1相鄰各種單體之間產(chǎn)生了擴散交鏈作用，或者是擴散聚合作用，這樣就形成了擴散界面或者說是擴散區(qū)。具有上述結(jié)果的光波導(dǎo)元件也可用以制備符合本發(fā)明要求的光波導(dǎo)裝置。
圖8表示在下一個操作步驟，即把支承體2從薄膜1的第一表面上除去以后的情況。再參照圖9，另一個本質(zhì)上乾性的可光固化第二層18被疊合到薄膜1的第一表面3上。所述第二層18具有第一表面19和第2表面20。第二層18的第一表面19用下述方法疊合到薄膜1的第一表面3上將它們互相接觸疊合，用壓輥并控制一定壓力，將薄膜1和第二層8之間的空氣除去。所述第二層18的第一表面19和第二表面20是發(fā)粘的，這樣，就很容易粘附到薄膜1上。另一件支承體21也以可被除去的特點，粘附到第二層18的第二表面20上。這是另一種適用于制備光波導(dǎo)裝置的光波導(dǎo)元件。
圖10表示了對元件進(jìn)行固化的操作步驟。所述的元件是以圖9表示的，用光(例如寬波段的紫外光)進(jìn)行過泛光操作以后的元件。在整個應(yīng)用敘述中，術(shù)語“寬波段的紫外光”是指光譜范圍從350毫微米到400毫微米的光。所述固化操作發(fā)生在幾分鐘之內(nèi)，較佳是5分鐘，但也可以有更長些的時間。例如進(jìn)行第一泛光操作，首先，在薄膜以及第一層14和第二層18上的保留區(qū)11中至少有一種單體分別地被聚合(特別是所有單體中的一種，大多數(shù)或所有單體都被聚合)。進(jìn)一步，在薄膜1上的區(qū)域7中的至少有一種單體被聚合。如果上述的不是第一泛光操作步驟，則在第二層中至少有一種單體被聚合，而剩余在所述元件中的單體至少有一種繼續(xù)進(jìn)行聚合。在預(yù)先聚合的薄膜1和在第二層18的各種單體之間發(fā)生交鏈作用或聚合作用，所述的作用的結(jié)果是形成了界面線或者是界面區(qū)，如果薄膜1沒有預(yù)先被光進(jìn)行泛光操作，這種界面線或界面區(qū)更加明顯。具有上述結(jié)果的裝置，在被疊合的和光固化后的，用于整體光學(xué)系統(tǒng)的型片中，至少含有一個埋入式通道波導(dǎo)。
圖11表示另一種對元件進(jìn)行熱固化的操作步驟，所述的元件是在圖9中描述過的。實際上，所述各層材料和薄膜都可以在加熱以前使之相互組合起來，或者在組合以后加熱，或者以泛光操作步驟使所述的裝置固化，或者進(jìn)一步固化。所述加熱固化操作在溫度約50℃到200℃的范圍內(nèi)進(jìn)行，特別是在100℃到150℃的溫度范圍內(nèi)，維持幾分鐘，較佳的是維持5分鐘。
可光固化組合物在溫度到達(dá)100℃時或超過100℃時的敏感性較小。雖然，熱固化可以在溫度低至50℃時開始進(jìn)行，只要在上述溫度中維持充分的時間即可。但如果溫度上升到超過100℃，熱敏引發(fā)固化的程度顯著地增加。
申請人已公開了一種結(jié)果，即在第一緩沖層14和第二層18直接疊合在波導(dǎo)薄膜1上之后，再采用一個附加步驟，是有優(yōu)越性的，上述各元件組成部份只是在波導(dǎo)區(qū)域7的圖案形狀被暴光過。所述的附加操作步驟是指一個預(yù)先設(shè)定的，處于預(yù)先設(shè)定溫度下的維持期。上述的維持期可以允許緩沖層14和18以及波導(dǎo)薄膜1中的化學(xué)成分進(jìn)行內(nèi)層擴散，這樣，相應(yīng)于波導(dǎo)薄膜1和緩沖層14和18的波導(dǎo)7的折光指數(shù)分布圖和幅度就能夠被控制。對于單波模的波導(dǎo)來說，較佳的波導(dǎo)7的具體裝置具有比較均勻的，從階梯狀到拋物線狀的折光指數(shù)分布圖，所述的分布圖位于層14和層18組成的層狀結(jié)構(gòu)物的平面的垂直線的周圍。
同時控制波導(dǎo)裝置在操作周期中所處的預(yù)設(shè)定維持期的長短和所處于維持期的溫度，可以用于控制波導(dǎo)7的波導(dǎo)性能。所述預(yù)設(shè)定維持期可能取決于溫度，較佳的是大約5到45分鐘的時間。一般而言，長一些的維持期并不明顯地改變波導(dǎo)7的波導(dǎo)性能。當(dāng)處于預(yù)設(shè)定維持期內(nèi)時，希望將整個儀器裝置維持在通常的室溫或高于通常室溫，但低于發(fā)生固化的溫度范圍。
以下所述的情況是較佳的即圖5所示的光學(xué)泛光操作在第一緩沖層14疊合上去之前進(jìn)行，而圖7所示的光學(xué)泛光操作在第一緩沖層14被疊合到波導(dǎo)薄膜1上之后進(jìn)行。在同時具有波導(dǎo)層14和18的元件中，擴散作用可能同時從波導(dǎo)層14和18向波導(dǎo)薄膜1進(jìn)行。
此外，當(dāng)處于某一預(yù)設(shè)維持期內(nèi)，擴散作用可能發(fā)生在波導(dǎo)薄膜1的未固化的區(qū)域和緩沖層14與18之間。有些方法與步驟都是有助于控制相應(yīng)于波導(dǎo)薄膜1的波導(dǎo)7的折光指數(shù)的。例如增加波導(dǎo)薄膜1和緩沖層14與18交界面的最終粘合強度和均勻性;改進(jìn)波導(dǎo)薄膜1的最終性能，例如用溫度改進(jìn)硬度，以使緩沖層14和18的交鏈單體擴散到波導(dǎo)薄膜1中。緊接著發(fā)生的固化操作可以用熱固化或光固化，如上面已敘述過的那樣。這些折光指數(shù)分布圖控制的改進(jìn)方法使波導(dǎo)設(shè)計者對于高效光聚合物光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有更多的靈活性。
在固化操作步驟以后，位于局部波導(dǎo)區(qū)域的，發(fā)生在薄膜1上的最大折光指數(shù)的增加已用牌號為AUSJENA INTERPHKO的顯微鏡測得(在546毫微米波長時測定)的范圍是0.001到0.40。上述局部的折光指數(shù)的增加，即△n，對于本發(fā)明的目的而言，可以用傳統(tǒng)的剪切干涉顯微鏡技術(shù)推導(dǎo)出來。在推導(dǎo)中，假設(shè)一個均勻的指數(shù)軸穿通過薄膜，△n實際上是一個平均值，可以用下式計算出fλ＝△df＝ (a)/(b)(aλ)/(b) ＝△d
其中d＝假設(shè)的波導(dǎo)厚度，具有代表性的是薄膜的厚度a＝波導(dǎo)干涉軸b＝干涉距離λ＝在顯微鏡中的光的波長(0.546)在所述的局部的折光指數(shù)增加不能和用全息方法制備的，由光柵測得的折光指數(shù)調(diào)幅混淆起來，上述情況柯加爾尼克(Kogelnik)在貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志，(Bell Syst.Tech.J.)1969年48卷2909-2947頁中已有過敘述。
在經(jīng)固化操作步驟以后，所述的波導(dǎo)在0.6到1.6微米的波長范圍內(nèi)是透明的。實際上對單波模操作而言，波導(dǎo)在1.3微米時是透明的。
同樣，在經(jīng)固化操作步驟以后，型片的最大折光指數(shù)(除了在波導(dǎo)中和接近波導(dǎo)處)是在1.45到1.60的范圍內(nèi)。該數(shù)值是在632毫微米波長時，根據(jù)組成和/或內(nèi)層擴散的程度，從相鄰的各層或不同折光指數(shù)的薄膜上測定出來的。所述折光指數(shù)采用卡爾·菜斯(Karl Zeiss)公司制造的ABBE折光儀測定。
上述的支承體17和支承體21可以在固化操作中，從裝置上除去，形成如圖12所示的情況。
已發(fā)現(xiàn)，在每一個泛光操作步驟之后，而在除去支承體以前和/或在繼續(xù)進(jìn)行疊合操作之前，維持5到120分鐘的時間，特別是維持20到30分鐘時間有助于內(nèi)層擴散和聚合。
圖13表示由圖12所示的裝置，用熱進(jìn)行光學(xué)穩(wěn)定操作的情況，此操作典型地是在固化操作步驟以后進(jìn)行的。所述的熱穩(wěn)定步驟同樣也在50℃到200℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，較佳的是在100℃到150℃的范圍內(nèi)進(jìn)行。所述的穩(wěn)定操作步驟比固化步驟的時間長。所述的穩(wěn)定操作步驟以采用30分鐘到2小時或2小時以上的時間為佳，尤其是大約1小時為佳。所述的加熱穩(wěn)定操作使裝置對環(huán)境影響更加穩(wěn)定，保證周圍環(huán)境中的水和其他介質(zhì)不會對該裝置的正常操作造成影響。進(jìn)一步而言，所述的加熱穩(wěn)定操作，使裝置的光學(xué)和機械性能具有熱穩(wěn)定作用，使得制成的裝置在遍及整個溫度范圍內(nèi)操作時，不會改變該裝置的性能。
如圖12、13所示的裝置中，第一層14和第二層18分別具有相同的厚度。殘留區(qū)域11在尺寸和對稱性上與區(qū)域7的每一邊都是相同的。正因為這樣，所述的具有埋入式通道波導(dǎo)的裝置可以被加工成易于和各種不同的光學(xué)纖維耦合。圖14表示由圖12或圖13所描述的裝置和光學(xué)纖維22耦合的情況。所述光學(xué)纖維22具有圓柱形的芯23和圓柱形的包殼24，所述包殼24將芯23包圍住，標(biāo)準(zhǔn)簡單波模纖維具有包殼的外徑約為125微米，芯的外徑約為7微米。疊合后的波導(dǎo)裝置，現(xiàn)在已從頂部到底部被包復(fù)起來，可以看出，它已很有效地與纖維芯23耦合起來。耦合的方法是把所述的埋入式波導(dǎo)緊靠住纖維芯23，沿著相互的光軸對齊。如果所述裝置的大小尺寸被預(yù)選為適用于特殊纖維的話，只要把光波導(dǎo)裝置設(shè)置在一個平面上，緊靠著所述的光學(xué)纖維，就可以完成耦合作用。采用具有一定厚度的薄膜1有助于所述的光軸對齊操作，所述的厚度是由該波導(dǎo)的本質(zhì)上是矩形橫截面的一個尺寸所確定的。為了和標(biāo)準(zhǔn)的簡單波模纖維耦合，所述的薄膜的厚度應(yīng)為5到6微米，較佳的應(yīng)為5.3微米，它的暴光寬度應(yīng)為約5微米，第一層和第二層的厚度都應(yīng)為59.85微米。型片的總厚度不加限定，可以是包括125微米、180微米和200微米在內(nèi)的任何厚度。
圖14也表示了從光源25出發(fā)、通過光學(xué)纖維22和埋入式波導(dǎo)的入射光的情況。
圖15表示了操縱至少有兩支相干涉的光束(例如由激光26和27發(fā)射出的)貫穿入圖6所示的元件中的一個區(qū)域內(nèi)的光學(xué)操作情況。上述被操縱射入的光束形成綜合光強度，以致于進(jìn)行了立體的變化而產(chǎn)生全息衍射光柵28。所述的光柵包括改變了的折光指數(shù)區(qū)域，所述的區(qū)域用于把光輸入到波導(dǎo)及波導(dǎo)部份去，或從波導(dǎo)及波導(dǎo)部份把光輸出。光柵可以把光引入薄膜中的波導(dǎo)內(nèi)，或者可以把光從波導(dǎo)中引出來;也可以把光引入各層的某一層中，或者把光從各層中的某一層中引出;也可以從波導(dǎo)或從存在于薄膜中(或存在于某一層中)的波導(dǎo)部份中，把光引入到另外的位于薄膜中(或存在于某一層中)的波導(dǎo)或波導(dǎo)部份中去。正如本領(lǐng)域內(nèi)大家熟知的，光柵只可以從被引入的一個或幾個預(yù)設(shè)定的波長所選定。圖16表示了在第一層14和區(qū)域7中，具有全息衍射光柵28的圖12或圖13中所示的裝置的橫截面。所述的光柵28可以從至少有一部分區(qū)域，至少有鄰近于該區(qū)域的一個層上的一個部份，以及上面所述的情況組合而成的物體中選取。在所構(gòu)成光柵的物體部分沒有對薄膜和/或各層進(jìn)行過預(yù)先的固化操作。所述的引入光的操作可以在本文中已敘述過裝置的進(jìn)一步發(fā)展的其他操作步驟中完成。
本發(fā)明的優(yōu)點之一是很容易添加一個或多個本質(zhì)上是乾性的可光固化層或光固化后的層，在有波導(dǎo)或光柵，或在沒有波導(dǎo)和光柵的情況下都可以添加。所述的多功能性在圖17所示的裝置中可以顯示出。上述的光波導(dǎo)裝置在薄膜1上具有暴光區(qū)域7、29、31和33，并且有層14，層30和層35。該圖中還表示出了緩沖層18、32、36、和支承體21。區(qū)域7具有全息衍射光柵以把光從區(qū)域7引出，射到區(qū)域29上，或反過來。把光從區(qū)域29引出，射到區(qū)域7上。層30用來代替起到改變光的方向作用的光柵，它具有一些其它的技述特性。例如其中之一的技術(shù)已在美國專利4，472，020中敘述過。在該圖中的層34和層36之間的斷裂部份是用來表示所述的裝置可以根據(jù)需要具有許多層或者具有不多的幾層。當(dāng)然，在不同層中的，或在薄膜中和在一個層中的波導(dǎo)可以呈現(xiàn)相互間的瞬間的耦合。
包括那些已用標(biāo)號14，18，30，32，34，35和36指明的層在內(nèi)的所有的層都可以用與薄膜1相同的材料來制備。固化了的裝置的型片，從組成和折光指數(shù)來說(除了接近于波導(dǎo)的區(qū)域以外)，實質(zhì)上是均相的。尤其是在經(jīng)過固化操作步驟以后，所述波導(dǎo)具有的折光指數(shù)比固化后薄膜的折光指數(shù)大0.005到0.060，而比固化后層的折光指數(shù)大0.001到0.025。當(dāng)然，如果把用不同的材料來制備不同的層和薄膜這一因素忽略不計，在每一個暴光區(qū)的組成和折光指數(shù)本質(zhì)上是均相的。
用于本發(fā)明實施例中的可光固化薄膜和各層都是熱塑性組合物，它們經(jīng)暴露在光化學(xué)輻照之下，形成較高分子量的交鏈體或聚合物，以改變所述組成的折光指數(shù)和流變學(xué)特性。較佳的可光固化材料是可光聚合組合物，例如已在美國專利3，658，526中敘述的那些材料。所述的材料，含有一個或多個乙烯基不飽和基團(tuán)(通常在終端位置上)的化合物經(jīng)過游離基加成聚合反應(yīng)或交鏈反應(yīng)，使這些化合物變硬，并呈不溶解性。
當(dāng)所述的可光聚合薄膜或?qū)右呀?jīng)是具有均勻厚度的固態(tài)板材時，它們包括以下三個主要成分第一種是固體的溶劑可溶解的、已進(jìn)行聚合的材料，例如粘合劑;第二種是一種或一種以上的液態(tài)乙烯基不飽和單體，所述單體可進(jìn)行加成聚合反應(yīng)以生成聚合材料;第三種是可以被光化學(xué)輻照引發(fā)的光引發(fā)體系。所述的薄膜或?qū)右彩枪虘B(tài)組合物。在實行圖案暴光時和圖案暴光以后直到它們被固化操作而被固定不變時為止，各組分都可進(jìn)行相互間的擴散。其他非活性的增塑劑加入到上述組合物以后，可以進(jìn)一步促進(jìn)所述的相互擴散作用。除了所述的液態(tài)單體以外，所述的組合物還可以含有固態(tài)單體組份，所述的固態(tài)單體組份可以在固態(tài)組分中相互擴散，并且可以和所述的液態(tài)單體反應(yīng)以形成共聚物。
較佳的用作本發(fā)明的薄膜或各層的組合物、粘合劑和液態(tài)單體需根據(jù)以下要求選取所述的單體含有一個或多個的半體部份，該半體部分是從列基團(tuán)中選取的取代的或未被取代的苯基、苯氧基、聯(lián)苯基、萘基、萘氧基、含有一個到三個芳香族環(huán)的雜芳族基團(tuán)、氯、溴;粘合劑是本質(zhì)上不含特指的半體部份的。所述的單體含有一個或一個以上的這樣的半體部份，也可以含有二個或二個以上的相同的或不同基團(tuán)的半體部份，上述這樣的結(jié)構(gòu)使單體維持液態(tài)。在進(jìn)行取代反應(yīng)時，上述基團(tuán)可以被其他基團(tuán)取代，成為含有取代基團(tuán)的其他結(jié)構(gòu)與原來相同的物質(zhì)?？勺鳛槿〈鶊F(tuán)的可以是較低級的烷基、烷氧基、羥基、氰基、羧基、羰基、氨基、酰氨基、亞氨基或者是上述基團(tuán)的混合物。含有上述基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，使所述的單體維持液態(tài)并可以在可光聚合層中進(jìn)行擴散。
用于本發(fā)明的較佳的單體包括丙烯酸二-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸苯酚乙氧基化合物、丙烯酸1-(對-氯代苯氧基)乙酯、丙烯酸對-氯代苯氧基酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸1-苯基乙酯、丙烯酸2-(2-萘氧基)乙酯。當(dāng)用于本發(fā)明的單體是液體狀的時候，所用的單體可以用相同類型結(jié)構(gòu)的第二種固體單體加入，作為摻和劑。例如可用N-乙烯基咔唑。
所述的溶劑可能的聚合材料或粘合劑是實質(zhì)上不含有下述基團(tuán)的苯基、苯氧基、聯(lián)苯基、萘氧基、含有一個到三個芳香族環(huán)的雜芳族基團(tuán)、氯或溴。
較佳的用作粘合劑的物質(zhì)是乙酸丁酸纖維、聚合物、丙烯酸類聚合物和共聚物，例如聚甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、醋酸乙烯與四氟乙烯和/或六氟丙烯的共聚物、聚乙烯乙縮醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇縮甲醛以及它們的混合物。
所述的光引發(fā)體系可以含有光引發(fā)劑，如果需要的話，也可以含有增感劑，所述增感劑使材料對光譜作用的反應(yīng)擴展到近紫外光譜的范圍。
較佳的光引發(fā)劑包括CDM-HABI也就是2-(鄰-氯苯基)-4，4′，5，5′-四苯基)-咪唑二聚物;O-Cl-HABI也就是1，1′-聯(lián)咪唑2，2′-二(鄰-氯苯基)-4，4′，5，5′-四苯基和TCTM-HABI，也就是1氫-咪唑2，5-二(鄰-氯苯基)-4-(3，4-二甲氧基苯基)二聚物。上述物質(zhì)的每一種都典型地和一個氫供體一起使用。例如所述的氫供體是2-氫硫基苯并惡唑或者是4-甲基-4氫-1，2，4-三唑-3-硫醇(MMT)。MMT用于含有N-乙烯基咔唑的混合物較佳。酮類，例如二苯甲酮、米蚩酮和乙基米蚩酮也可以用作為增感劑，可以與HABI一起使用，或單獨使用。
可以使對光譜的敏感反應(yīng)擴展到可見光范圍的有效的增感劑包括下述物質(zhì)DEAM;也就是環(huán)戊酮2，5-雙-〔(4-(二乙基氨基)-苯基)亞甲基〕，和二甲氧基-JDI，也就是1氫-茚-1酮，2，3-二氫-5，6-二甲氧基-2-〔(2，3，6，)-四-氫-1氫，5氫-苯并〔i，j〕喹嗪-9-基)-亞甲基〕-。
非離子型的表面活性劑可以被加入到可光聚合混合物中，作為一種涂布助劑。較佳的涂布助劑是聚環(huán)氧乙烷，例如注冊商標(biāo)為Polyox WSRN-3000和POLYOX WSR-205的商品聚環(huán)氧乙烷。還有氟化的非離子型表面活性劑，例如注冊商標(biāo)為Fluorad FC-430的產(chǎn)品。
其他的添加到可光聚合混合物中的組份可以用不同的份量加入。所述的這些其他組份包括增塑劑、光增亮劑、紫外輻射吸收材料、熱穩(wěn)定劑和脫模劑。
在可光聚合混合物中的各種組份的加入量可以是下述的百分比范圍內(nèi)(以光可聚合層的總量作為基礎(chǔ)計算)單體5-60%，以15-50%為佳;引發(fā)體系0.1-10%，以1-5%為佳;粘合劑25-90%，以45-75%為佳;增塑劑0-25%，以0-15%為佳;其他物料0-5%，特別是1-4%。
所述的支承體可以是能透過光化學(xué)輻照透的任何材料，它對于結(jié)合在一起的薄膜1和各層提供光分的支承作用。較佳的支承體對于在0.6到1.6微米波長范圍的光是可以透過的。所述的術(shù)語“支承體”包括天然的或者是合成的支承材料，較佳的支承體是韌性的材料或者是硬薄膜、硬板材。例如，所述的支承體或基材可以是一種合成有機樹脂制成的板材或薄膜，或者是兩種或兩種以上材料的混合物。典型的基材包括聚對苯二甲酸乙二酯薄膜，例如用樹脂輔助的聚對苯二甲酸乙二酯薄膜，用火焰或靜電放射處理過的聚對苯二甲酸乙二酯薄膜，玻璃，醋酸纖維素薄膜及諸如此類的材料。支承體的厚度不是特別重要的，因為它只要能符合支承住粘附在它上面的薄膜或?qū)铀璧囊缶涂梢粤?。用聚對苯二甲酸乙二酯制成的支承體厚度如為25到50微米，就可以對6微米厚的薄膜提供充分的穩(wěn)定性。
下述實施例將對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明并不只限于所述實施例的具體內(nèi)容。
實施例1-一片本質(zhì)上是乾性的可光固化波導(dǎo)薄膜，厚度為5.3微米，所述薄膜含有的各物料如表1所示。把該薄膜疊合在25微米厚的清潔的聚對苯二甲酸乙二酯支承體上。薄膜的區(qū)域面積約為10cm×13cm，被暴露在在光譜范圍為350到400毫微米的寬波段紫外光下輻照暴光。暴光時，光通過一個傳統(tǒng)的鍍鉻的玻璃蔽光框，產(chǎn)生1×4(一個波導(dǎo)端對四個波導(dǎo)端，或四個波導(dǎo)端對一個波導(dǎo)端)的耦合器波導(dǎo)圖案。在暴光操作以后，維持15分鐘作為適當(dāng)?shù)木S持期，然后除去蔽光框。
隨后，取一片本質(zhì)上乾性的，厚度為30微米的可光固化第一緩沖層，該層含有的各物料如表2所示。該緩沖層疊合在一片25微米厚的清潔的聚對苯二甲酸乙二酯支承體上。把上述疊合到支承體之后的疊合層材料再疊合到薄膜表面，復(fù)蓋住波導(dǎo)圖案，如圖6所示。完成上述操作的組合材料，被用寬波輻的紫外光進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆汗獠僮?。然后將薄膜的支承體用機械方法除去。
表1薄膜中加入的物料 重量%- -乙酸丁酸纖維素Eastman CAB 531-1 56.54丙烯酸2-苯氧基乙酯(POEA) 35.00二丙烯酸三甘醇酯(TDC) 5.002-氫硫基苯并惡唑(MBO) 1.89O-Cl-HABI 1.00增敏染料(DEAM)(DEAM為2，5-雙(〔4-(二乙氨基)- 0.56苯基〕亞甲基)環(huán)戊酮)2，6-雙-四-丁基-4-甲基苯酚 0.01
表2緩沖層(乙酸丁酸纖維素)加入的物料 重量%- -CAB 381-20 45.49(乙酸丁酸纖維素)POEA(丙烯酸2-苯氧基乙酯，牌號(CAS 48145-04-6) 20.00N-乙烯基咔唑(NVC) 15.00雙丙烯酸乙氧基化的雙酚A酯牌號(Sartomer 349) 15.00O-Cl-HABI(1，1′-聯(lián)咪唑-2，2′-二(鄰-氯苯基)-4，4′，5，5′-四苯基，(AS 1707-68-2) 3.00(4-甲基-4氫-1，2，4-三唑-3硫醇) 1.50BHT(2，6-雙-四-丁基-4-甲基苯酚) 0.01
再接著，另一片可光固化的第二緩沖層，該緩沖層的組成和結(jié)構(gòu)與上述第一緩沖層相同。將該緩沖層用支承體疊合，隨后再疊合到前述的波導(dǎo)薄膜的相反的表面上，并用上前面敘述過的方法進(jìn)行泛光操作。
再依次進(jìn)行下述操作將粘附在各緩沖層上的支承體除去，將組成和結(jié)構(gòu)與前述的第一緩沖層和第二緩沖層相同的第三緩沖層和第四緩沖層分別疊合到上述第一緩沖層和第二層緩沖層上。在每一次疊合操作之間都進(jìn)行泛光操作，緊接著除去緩沖層支承體，以形成具有埋入式通道波導(dǎo)的光波導(dǎo)裝置。
以上述操作制得的裝置在100℃下，維持60分鐘，以達(dá)到所需的熱穩(wěn)定性。
在疊合好的裝置中的薄膜和各層的折光指數(shù)經(jīng)測定后，將結(jié)果值列入表3中。
下面要敘述的實施例2到4敘述了在加熱操作步驟以后，維持期對波導(dǎo)7的折光指數(shù)波形圖的影響，以及維持期對波導(dǎo)7和波導(dǎo)薄膜1之間的折光指數(shù)數(shù)差別的影響。
實施例2-將組分如表4所示的一種化合物通過口模擠出，涂布到一片清潔的，50微米厚的聚對苯二甲酸乙二酯支承體上，所用的涂布溶劑是95∶5的二氯甲烷/甲醇，總含固量為24%。所述的總含固量是指在上述涂布溶劑中不揮發(fā)材料的總的量。即使有一些添加入助劑，在環(huán)境溫度下是不揮發(fā)性的液體，也計算在內(nèi)。上述已涂布有涂布層的支承體通入熱乾燥器進(jìn)行乾燥，在從熱乾燥器排出的時候，將23微米厚的聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)蓋層疊合到上述每一層涂布層上。
表3薄膜與各層 折光指數(shù)值- -活化(未暴光的)薄膜 1.535薄膜的波導(dǎo)區(qū)域 1.566(平均值)第一緩沖層 1.545第二緩沖層 1.548第三緩沖層 1.545第四緩沖層 1.548
表4加入的物料 緩沖層 波導(dǎo)薄膜(參照表1與表2對 (重量%) (重量%)加入物料的說明)CAB 531-1 54.83 55.40Photomer4039(注1) 33.28 34.94Sartomer 349 4.75 5.00MMT 1.90 1.90O-Cl HABI 0.95 1.00EMK(注2) 0.48 -二笨甲酮 2.85 -DEAM - 0.55BHT - 0.01(續(xù)下表)
(續(xù)上表)Polyox WSRN-3000 - 1.0%(注3)Polyox WSR-205 0.95% -(注4)FC-430 - 0.20厚度 26.3微米 7.1微米注1單丙烯酸苯酚乙氧基酯。?？藸柤庸せ瘜W(xué)公司(Henkel -Process Chemical Company)產(chǎn)品?？捎擅绹瘜W(xué)文摘56641-05-5查出，Photomer 4039是以注冊商標(biāo)表示的商品牌號。
注2EMK是乙基米蚩酮，即4，4′-雙(二乙氨基)-二苯甲酮?？捎擅绹瘜W(xué)文摘90-93-7查出。(CAS90-93-7)。
注3聚環(huán)氧乙烷，分子量400，000，美國聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corporation)產(chǎn)品。
注4聚環(huán)氧乙烷，分子量600，000美國聯(lián)合碳化物公司產(chǎn)品。
注5指Floural FC-430，一種液態(tài)非離子型表面活性劑，氟代脂肪族聚合酯，美國3M公司(3M Company)產(chǎn)品，F(xiàn)luoral FC-430是以注冊商標(biāo)表示的商品牌號。美國化學(xué)文摘出處為11114-17-3(CAS11114-17-3)。
------------------------------------------------------------一片具有表4中列出的組成和厚度的、本質(zhì)上乾性的可光固化波導(dǎo)薄膜，具有約13cm×13cm的方形截面，用寬波段的紫外光(波長范圍350到400毫微米，光強度為16毫焦耳/平方厘米)進(jìn)行暴光。所述紫外光是通過預(yù)先疊合在上述薄膜上的蔽光框?qū)υ摫∧みM(jìn)行暴光的。所述蔽光框是用傳統(tǒng)的鍍鉻玻璃制造的。進(jìn)行所述的暴光操作，以制得9微米寬、1×1(即一個波導(dǎo)輸入端對一個波導(dǎo)輸出端)的直的波導(dǎo)。所述薄膜和疊合在上的蔽光框在暴光操作以后，上述薄膜和蔽光框在38℃下維持5分鐘，然后，把蔽光框除去。
隨后，把一片具有表4所列出的組成和厚度的、本質(zhì)上乾性的可光固化第一緩沖層14疊合到波導(dǎo)層1的表面上。然后，如實施例1所敘述的那樣把支承體2從上述薄膜上除去。另一片本質(zhì)上乾性的可光固化第二緩沖層被疊合到波導(dǎo)薄膜1的另一空的表面上。上述第一緩沖層14被疊合以后具有支承體17、波導(dǎo)薄膜1，上述第二緩沖層18在另一面上粘附著支承體21。上述疊合物立即用寬波段的紫外光在38℃溫度下，用2000毫焦耳/平方厘米的強度進(jìn)行泛光操作。對上述疊合物的另一面也重復(fù)上述的泛光操作。
緊接著進(jìn)行按照實施例1所述的操作步驟，將緩沖層14和18上所粘附的支承體17和21除去，再加上第三和第四緩沖層，以形成具有埋入式通道波導(dǎo)7的光波導(dǎo)裝置。把按上列操作步驟制得的裝置在92℃到95℃的溫度范圍內(nèi)加熱60分鐘，以達(dá)到熱穩(wěn)定性。
實施例3-重復(fù)實施例2的操作述程，但是所述的包括粘附有支承體17的緩沖層14、波導(dǎo)薄膜1和粘附有支承體21的緩沖層18這樣結(jié)構(gòu)的疊合物是在24℃(即室溫)下維持15分鐘，然后用寬波段的紫外光，在38℃下進(jìn)行泛光操作，而不是在實例2中所述的溫度時間等條件下進(jìn)行維持與泛光操作。
實施例4-重復(fù)實施例2的操作過程，但存本實施例中對于所述的包括粘附著支承體17的緩沖層14、波導(dǎo)薄膜1和粘附有支承體21的緩沖層18的疊合物的處理條件與實施例2不同。本實施例用的處理條件是將上述疊合物在24℃(即室溫)下維持45分鐘，然后，用寬波段的紫外光在38℃下進(jìn)行泛光操作。
所述的包括波導(dǎo)7的裝置的末端已被微光化并與光源對準(zhǔn)，把具有波導(dǎo)7的一端和一個已設(shè)置好的指數(shù)可以匹配的液體相連接，以使得輸出端具有最大的光強度。把簡單波模1550毫微米波長的光從光源引導(dǎo)到波導(dǎo)7的一個末端。所述的光源是激光二極管，通過一長度大于1米的牌號為Corguide SMF28的光學(xué)纖維導(dǎo)入的。Corguide SMF28是美國柯寧玻璃制造公司(Corning Glass Works地址紐約，柯寧)的以注冊商標(biāo)表示的商品牌號。
從波導(dǎo)7的另一個末端利用Bausch和Lomb浸沒式透鏡收集輸出的光，所述的透鏡用一個折光指數(shù)匹配的液體組成，具有數(shù)值孔徑為1.3。上述透鏡是美國卡其爾實驗公司(Corgille Labs，Inc.)產(chǎn)品系列號為Cargille Series AA，1.458的產(chǎn)品。公司地址新澤西洲，賽特格浮(Cedar Grove)。所述的光再用牌號為Model C2741的哈馬馬茲照相機成相。上述照相機是哈馬馬茲光學(xué)系統(tǒng)公司(Hamamatsu Photom′s System)產(chǎn)品，公司地址新澤西洲·波里奇奧特(Bridegewater)。該輸出光再用型號為Model 321的垂直線型掃描器〔Colorado影象公司(Colorado Video，Inc.)產(chǎn)品〕進(jìn)行分析。從所述的垂直掃線型掃描器上同時把波形圖在電視顯示器上顯示出來。
圖18、19和20分別是在實施例2、3和4中制備的波導(dǎo)的鄰近于輸出區(qū)域波形圖的照片復(fù)制圖?？梢钥闯觯?dāng)維持期約為零分鐘時，顯示出不均勻的折光指數(shù)波形圖。而維持期增加到45分鐘，所顯示的折光指數(shù)波形圖，均勻得多。應(yīng)當(dāng)指出，維持期是指緩沖層疊合到波導(dǎo)薄膜上和緊接著進(jìn)行固化操作的兩步驟之間的時間，并不包括用于疊合操作所需化費的大約2～5分鐘中時間在內(nèi)。沿著垂直于各層的垂直線(在圖中以鄰近于圖的中心的垂直線來表示)的輸出波形圖的強度用視頻顯示器顯示出掃描圖。在圖18、19和20的接近于圖案區(qū)域的左邊表示出上述波形圖的強度。上述波形圖的強度取決于波導(dǎo)7的折光指數(shù)波形圖。在圖18代表維持期為零分鐘的情況，在該圖中顯示出雙峰形波形圖的強度。而圖19與圖20代表較長的維持期，可以看出顯示出較為均勻的波形圖強度分布。
在波導(dǎo)7和波導(dǎo)薄膜1之間的折光指數(shù)差用Interphako-Pol-D剪切干涉顯微鏡測定，所測得的數(shù)值分別是0.010(維持期為零分鐘)，0.009(維持期為15分鐘)和0.007(維持期為45分鐘)。可以看出，維持期也對波導(dǎo)7和波導(dǎo)薄膜1之間的折光指數(shù)差起作用。
本領(lǐng)域的專業(yè)人員由本發(fā)明上面的敘述和實施例的顯示，可以得到收益，他們能作出許多改進(jìn)。而所有由此而作出的改進(jìn)都被包括在本發(fā)明所提出的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種本質(zhì)上乾性的制備光波導(dǎo)裝置的方法，所述的光波導(dǎo)裝置在被疊合和固化的型片中有一個或一個以上的埋入式通道波導(dǎo)，其特征是所述的制備方法包括①將本質(zhì)上乾性的可光固化薄膜的一個第一區(qū)域或一個以上的第一區(qū)域用光進(jìn)行暴光，所述的薄膜具有第一表面和第二表面，在上述的第一表面上粘附著具有可除去特性的支承體，使所述薄膜中的一種或一種以上的單體聚合，改變所述的第一區(qū)域的折光指數(shù)以形成一個或一個以上的第一光波導(dǎo)；②將本質(zhì)上乾性的可光固化第一層的第一表面疊合到上述薄膜的第二表面上，所述的第一層的第二表面上粘附著具有可除去特性的支承體；③從所述薄膜的第1表面上除去上述的支承體；④將本質(zhì)上乾性的可光固化第二層的第一表面疊合到上述薄膜的第一表面上，所述第二層的第二表面上粘附著具有可除去特性的支承體；⑤將所述的疊合后的各層和薄膜根據(jù)預(yù)設(shè)定的維持期所需的時間，保持維持狀態(tài)；⑥將所述的各層和薄膜固化，形成固化了的型片，本質(zhì)上固定了所述各層和所述薄膜的折光指數(shù)，形成了一個或一個以上的埋入式波導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的維持期是5分鐘或5分鐘以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的維持期的時間范圍是15分鐘到45分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的固化操作步驟包括用光對所述的各層和薄層進(jìn)行泛光操作，形成所述的固化了的型片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的固化操作步驟包括把所述的各層和薄膜在50℃到200℃的溫度范圍內(nèi)加熱幾分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的波導(dǎo)在所述的維持期中是維持在室溫或接近于室溫的溫度下，但在任何情況下，所述的波導(dǎo)都要維持在可能使所述的可光固化薄膜和所述的可光固化各層引起固化的溫度以下。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的光波導(dǎo)裝置的制備方法，制出的光波導(dǎo)裝置可以和光學(xué)纖維連接，用于整體光學(xué)體系。所述的制備方法包括疊合、暴光、維持和固化等操作步驟，由于本發(fā)明的制備方法是基本上干性的，克服了以往濕性方法的缺點，而且發(fā)明的方法又能以簡單的控制維持期的操作，控制波導(dǎo)裝置的折光指數(shù)波形圖，比現(xiàn)有方法有很大的改進(jìn)。
文檔編號G02B6/138GK1048929SQ9010473
公開日1991年1月30日 申請日期1990年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月14日
發(fā)明者勃魯斯·李·布什, 喬西弗·埃米多·騎加諾 申請人:杜邦德納莫工業(yè)企業(yè)公司