專利名稱：三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的制造方法。本發(fā)明更具體涉及不采用干燥工藝，通過對其中加入光敏劑的聚酰胺酸膜的內(nèi)側(cè)部分用低功率激光束照射，同時(shí)相對移動(dòng)光會聚點(diǎn)而容易生產(chǎn)三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的方法。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)通訊系統(tǒng)借助開發(fā)光學(xué)纖維而在實(shí)際應(yīng)用中取得進(jìn)展，已經(jīng)需要開發(fā)各種采用光學(xué)波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的光學(xué)通訊裝置。通常，作為光學(xué)波導(dǎo)管材料所具備的特性包括光傳播損失小，具有耐熱性和防潮性，并且折射率和膜厚度可調(diào)控。就這些需求，迄今主要考察了二氧化硅基光學(xué)波導(dǎo)管。
然而，在包括WDM通訊的光學(xué)纖維網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，必需減少制造各種裝置的成本。因此，為了應(yīng)用能夠大量制造的聚合物材料，并進(jìn)行大規(guī)模光學(xué)波導(dǎo)管材料加工，近年來已經(jīng)調(diào)查研究了包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚苯乙烯的有機(jī)材料。然而，在這些聚合物與激光二極管、光電二極管等進(jìn)行混合集成的情況下，由于在回流焊步驟中它們的耐熱性不足，所以缺陷是它們的應(yīng)用范圍非常有限。在許多聚合物材料中，聚酰亞胺樹脂基材料的耐熱性最好，這使得最近它們在做光學(xué)波導(dǎo)管材料方面引起極大關(guān)注。
迄今一般用以下的干法工藝形成聚酰亞胺樹脂制成的光電路。即，首先將作為聚酰亞胺樹脂前體的聚酰胺酸溶解在極性溶劑中，例如溶解在N，N-二甲基乙酰胺或者N-甲基-2-吡咯烷酮中，以便制備聚酰胺酸清漆，用旋涂法或澆鑄法將其施加到基材上，加熱除去溶劑并進(jìn)行聚酰胺酸酰亞胺化的閉環(huán)，從而形成聚酰亞胺樹脂膜，然后，使用氧等離子體等經(jīng)反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)形成一種圖案。
但是，按照常規(guī)干法工藝，其中聚酰亞胺樹脂膜如上述經(jīng)受反應(yīng)性離子刻蝕而形成圖案，不僅花費(fèi)很長時(shí)間以形成光電路，而且仍沒有解決降低成本的問題，因?yàn)榧庸^(qū)域受到嚴(yán)格限制。另外，按照這樣的干法，形成圖案的壁表面(側(cè)面)是不平的，使得波在導(dǎo)入光電路期間散射損失變大。
除了光學(xué)波導(dǎo)會損耗以外，其它特點(diǎn)還包括與光學(xué)操作部件良好的連接，以及小型化可能性。在例如光學(xué)通訊、光學(xué)測量或光學(xué)記錄的光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中，已經(jīng)使用了許多光學(xué)操作部件，它們用于開關(guān)、分支和連接光線路徑，以及光波的極化、放大、干涉和衍射等等。至于這些光學(xué)操作部件，獨(dú)立賦予功能的各個(gè)部件都是預(yù)先準(zhǔn)備好的，然后，將這些光學(xué)操作部件組合而構(gòu)成需要的系統(tǒng)。而且還是在這些光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，預(yù)計(jì)類似于電子應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)會向著高密度、高度集成系統(tǒng)等光學(xué)器件方向發(fā)展。因此，已經(jīng)需要開發(fā)光學(xué)操作部件的統(tǒng)一化或模塊化技術(shù)。
光學(xué)操作部件一般是一些包含例如無機(jī)玻璃、金屬氧化物或塑料等材料的精確部件，所以希望盡最大可能從時(shí)間上和空間上限制統(tǒng)一化步驟和模塊化步驟中熱、壓力、反應(yīng)性氣體等對它們的作用。采用光的加工方法是用于任何位置上加工的本質(zhì)上合適的方法，而且有這樣的可能，即通過采用聚合物材料(塑性材料)能夠容易地實(shí)行光學(xué)處理方法。
具體地，這些聚合物材料具有以下特征，即它們的導(dǎo)熱性低，使其易于蓄熱。也就是說，這些聚合物材料中，其熱運(yùn)動(dòng)比無機(jī)玻璃材料容易發(fā)生，而且進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或反應(yīng)僅僅需要很少量的熱。
因此，甚至和無機(jī)玻璃材料相比，在較低照射能量的條件下，也有可能形成一種派生結(jié)構(gòu)。從而，采用超短脈沖激光器形成聚合物材料的這種派生結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢，即該結(jié)構(gòu)能在任何位置形成，并能通過與無機(jī)玻璃材料相比更低能量的激光束照射而在原位形成。
另一方面，關(guān)于小型化，已經(jīng)公知其中光學(xué)波導(dǎo)管被三維構(gòu)造的所謂“三維光學(xué)波導(dǎo)管”。至于含聚合物材料的三維光學(xué)波導(dǎo)管的制造方法，迄今已知一種使用灰色遮蔽罩(gray mask)或蔭罩的方法和一種激光束方法(參見，例如專利文獻(xiàn)1)。
但是，在上述方法中，使用灰色遮蔽罩或蔭罩，不僅需要分別獨(dú)自形成覆蓋材料和芯材料，而且必須采用RIE加工。因此存在生產(chǎn)率低的問題。另外，上述采用激光束的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)，即方法本身簡便，并且能夠制造出圓形橫截面的芯。但是，為了改進(jìn)聚合物本身，存在必須使用極高功率激光的限制。
專利文獻(xiàn)1JP 2002-14246 A發(fā)明內(nèi)容為了解決常規(guī)聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管制造中，特別是三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管制造中出現(xiàn)的上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了艱苦的研究探索。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過對其中混合光敏劑的聚酰胺酸膜內(nèi)部的一部分進(jìn)行照射，采用如此低功率的激光束——不與聚酰胺酸反應(yīng)而僅與光敏劑反應(yīng)，同時(shí)相對移動(dòng)它的光會聚點(diǎn)，隨后該聚酰胺酸酰亞胺化，在照射過的區(qū)域和未照射過的區(qū)域之間能夠獲得折射率有效差別，從而能夠容易地形成三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管。因而，完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種不使用干法工藝的三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的簡便制造方法，其是通過低功率激光束照射，并同時(shí)在聚酰亞胺膜內(nèi)部會聚該激光束而制造的，該膜中結(jié)合了光敏劑。
本發(fā)明的其它目的和效果會由以下描述變得顯而易見。
按照本發(fā)明，提供三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的一種制造方法，其包括(I)用激光束照射聚酰胺酸膜，照射時(shí)在膜的內(nèi)部會聚該激光束并相對移動(dòng)光的會聚點(diǎn)，該聚酰胺酸膜包含(a)由四羧酸二酐和二胺獲得的一種聚酰胺酸；和(b)每100份聚酰胺酸，0.5重量份到少于10重量份用式(I)代表的特定1，4-二氫吡啶衍生物 其中Ar代表在相對1，4-二氫吡啶環(huán)的鍵合位置的鄰位上具有硝基的芳香基；R1代表氫原子或者具有1-3個(gè)碳原子的烷基；并且R2、R3、R4和R5各自獨(dú)立地代表氫原子或1或2個(gè)碳原子的烷基，然后，(II)加熱該聚酰胺酸膜使該聚酰胺酸酰亞胺化，從而在這樣形成的聚酰亞胺膜中獲得具有連續(xù)芯區(qū)的光學(xué)波導(dǎo)管，該連續(xù)芯區(qū)處的折射率已被改變。


圖1是一幅草圖，圖示說明了本發(fā)明三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管制造方法的一個(gè)實(shí)例。
附圖中所使用的標(biāo)記數(shù)字分別代表以下含義1基材2光敏性聚酰胺酸膜
3精密工作臺4透鏡5激光束6芯前體7聚酰亞胺膜8芯具體實(shí)施方式
本發(fā)明中，該光敏聚酰胺酸包含(i)得自四羧酸二酐和二胺的一種聚酰胺酸，和(ii)一種光敏劑，該光敏劑包含由式(I)代表的1，4-二氫吡啶衍生物 其中Ar代表在相對1，4-二氫吡啶環(huán)的鍵合位置的鄰位上具有硝基的芳香基；R1代表氫原子或者具有1-3個(gè)碳原子的烷基；并且R2、R3、R4和R5各自獨(dú)立地代表氫原子或1或2個(gè)碳原子的烷基。
在本發(fā)明中，不具體限定四羧酸二酐，而且其實(shí)例包括苯均四酸酐、3，3′，4，4′-二苯基四羧酸二酐、2，2-雙(2，3-二羧基苯基)丙烷二酐、2，2-雙(3，4-二羧基苯基)丙烷二酐、3，3′，4，4′-二苯甲酮四羧酸二酐、雙(3，4-二羧基苯基)醚二酐和雙(3，4-二羧基苯基)磺化二酐。
然而，按照本發(fā)明，特別優(yōu)選四羧酸二酐是一種其分子中含氟原子的四羧酸二酐(以下稱作“氟取代的四羧酸二酐”)。這種四羧酸二酐包括，例如，2，2-雙(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、4，4-雙(3，4-二羧基三氟苯氧基)四氟代苯二酐、1，4-雙(3，4-二羧基三氟苯氧基)四氟代苯二酐、(三氟甲基)均苯四酸二酐、雙(三氟甲基)均苯四酸二酐和雙(七氟丙基)均苯四酸二酐。
另一方面，所述二胺包括，例如間苯二胺、對苯二胺、3，4 ′-二氨基二苯基醚、4，4′-二氨基二苯基醚、4，4′-二氨基二苯基砜、3，3′-二氨基二苯基砜、2，2-雙(4-氨基苯氧基苯基)丙烷、1，3-雙(4-氨基苯氧基)苯、1，4-雙(4-氨基苯氧基)苯、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、4，4′-二氨基二苯基甲烷和4，4′-二氨基-2，2′-二甲基聯(lián)苯。
按照本發(fā)明，類似于四羧酸二酐，特別優(yōu)選二胺是一種其分子中含氟原子的二胺(以下稱作“氟代二胺”)。這種二胺包括，例如，2，2′-雙(三氟甲氧基)-4，4′-二氨基聯(lián)苯(TFMOB)、3，3′-二氨基-5，5′-雙(三氟甲基)聯(lián)苯、2，2-雙(4-氨基苯基)六氟甲烷(BAAF)、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(HFBAPP)、2，2′-雙(三氟甲基)-4，4′-二氨基聯(lián)苯(TFMB)、2，2-雙(3-氨基-4-羥苯基)六氟丙烷(BIS-AP-AF)、2，2-雙(3-氨基-4-甲基苯基)六氟丙烷(BIS-AT-AF)、2，2′-二氟聯(lián)苯胺、4，4′-雙(氨基八氟)聯(lián)苯、3，5-二氨基苯并三氟化物和1，3-二氨基-2，4，5，6-四氟代苯。
按照本發(fā)明，能夠通過如上述的四羧酸二酐與如上述的二胺按照常規(guī)方法進(jìn)行反應(yīng)獲得聚酰胺酸。即，例如，在氮?dú)夥障孪蚨啡芙庠诤线m有機(jī)溶劑中形成的溶液中添加與二胺克分子數(shù)相等的四羧酸二酐的方法，并且在室溫下攪拌獲得的混合物約5分鐘到約20小時(shí)，由此能夠獲得聚酰胺酸粘稠溶液。
溶劑不做特殊限定，只要它迄今已經(jīng)用于聚酰胺酸的制造。例如，優(yōu)選使用N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等極性溶劑，而且特別優(yōu)選使用DMAc，因?yàn)樗粫岱纸馇彝该鞫葍?yōu)異。
本發(fā)明所使用的光敏聚酰胺酸含有作為光敏劑的上述通式(I)所代表的1，4-二氫吡啶衍生物，其含量為每100重量份聚酰胺酸0.5重量份到少于10重量份。
光敏劑的具體實(shí)例包括1-乙基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶、1-甲基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶、1-丙基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶和1-丙基-3，5-二乙氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶。
按照本發(fā)明，在上述各種光敏劑當(dāng)中，出于低花費(fèi)和低C-H鍵光吸收的考慮，特別優(yōu)選使用1-乙基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶。
可例如如下獲得這種1，4-二氫吡啶衍生物，在回流的冰醋酸中使取代的苯甲醛、摩爾量為取代苯甲醛量兩倍的丙酸烷基酯(炔丙酸的一種烷基酯)、和相應(yīng)的伯胺進(jìn)行反應(yīng)(Khim.Geterotsikl.Soed.，第1067-1071頁，1982年)。
按照本發(fā)明，此光敏劑的用量在每100重量份聚酰胺酸0.5重量份到少于10重量份的范圍內(nèi)。當(dāng)使用對每100重量份聚酰胺酸為10重量份或多于10重量份的聚酰胺酸光敏劑制備該光敏聚酰胺酸時(shí)，會引起所得的聚酰亞胺樹脂吸收近紅外區(qū)域的光。另一方面，當(dāng)光敏劑混合比少于0.5重量份/100重量份聚酰胺酸，則甚至當(dāng)為了酰亞胺化用激光束照射獲得的光敏聚酰胺酸時(shí)，也不能獲得下述折射率的差異，該差異能夠在激光照射區(qū)域和未照射區(qū)域之間形成形成光學(xué)波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。
以下將描述按照本發(fā)明使用如上述光敏性聚酰胺酸的三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的制造方法。
如圖1所示，首先將在合適基材1上形成的光敏性聚酰胺酸膜2置于精密工作臺3上，用激光束5通過透鏡4照射該聚酰胺酸膜的內(nèi)側(cè)，同時(shí)在預(yù)定的位置上會聚該激光束，并且相對移動(dòng)該光會聚點(diǎn)，從而引起折射率差別，使照射位置的折射率大于未照射位置的折射率。
不對基材1做特別限定，可以使用任何材料例如玻璃基材、硅晶片、金屬膜、塑料膜、玻璃-環(huán)氧樹脂基材、印刷線路板、或者柔性電路基材，只要能在其上涂敷光敏性聚酰胺酸。但是，在光敏性聚酰胺酸制造的膜能夠被事先制備的情況下，則不需要基材。
將光敏性聚酰胺酸施加到基材表面上的方法不受特別的限制，而且例如，能夠使用通常的成膜方法例如旋涂或者澆鑄法。在涂層后，在約60-約120℃的溫度進(jìn)行最初的干燥，以便形成光敏性聚酰胺酸膜。雖然聚酰胺酸的厚度不受特別的限制，但是優(yōu)選其通常在3-2000μm的范圍內(nèi)，以便在其內(nèi)部形成三維光學(xué)波導(dǎo)管。
用于加工光敏性聚酰胺酸膜的激光不受特別的限制，只要該激光不與聚酰胺酸反應(yīng)，但是對該光敏性聚酰胺酸膜中所含的光敏劑而言是敏感的。例如，能夠使用脈沖寬度為10-15到10-12秒的脈沖激光。在這些激光當(dāng)中，優(yōu)選脈沖寬度為10-15秒數(shù)量級的脈沖激光，而且更具體地，合適的是，脈沖寬度為10×10-15-500×10-15秒，優(yōu)選約50×10-15-約300×10-15秒脈沖激光。通過使用鈦-藍(lán)寶石晶體作為介質(zhì)再生和放大激光或者使用染料激光器，能夠獲得脈沖寬度為10-15到10-12秒的脈沖激光。
在這種脈沖激光器中，其重復(fù)頻率是例如在1Hz-80MHz的范圍內(nèi)，而且優(yōu)選在10Hz-500kHz的范圍。
在本發(fā)明中，脈沖激光的平均輸出或照射能量不受特別的限制，而且其能根據(jù)芯的設(shè)計(jì)尺寸、所要求的照射區(qū)域(芯)與未照射區(qū)域(包層)之間的折射率差異等進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇。通常，它在1-500mW的范圍內(nèi)，優(yōu)選在5-300mW的范圍內(nèi)，且最優(yōu)選在10-100mW的范圍內(nèi)。如上述，按照本發(fā)明，該脈沖激光束的照射能量可為低值。
特別是，按照本發(fā)明，可優(yōu)選使用具有約800nm照射波長的鈦-藍(lán)寶石-飛秒脈沖激光器的兩光子吸收。即，利用鈦-藍(lán)寶石-飛秒脈沖激光器的兩光子吸收，能在該激光束的焦點(diǎn)附近有效地產(chǎn)生約400nm左右波長能量，并因此能夠僅僅讓激光束焦點(diǎn)附近的光敏劑反應(yīng)。另一方面，在該焦點(diǎn)附近之外的光敏劑不受影響。因此，通過脈沖激光束照射的聚酰胺酸自身上的熱效應(yīng)，能夠受到抑制或防止，因此優(yōu)選使用兩光子吸收。
另外，按照本發(fā)明，脈沖激光的照射點(diǎn)直徑不受特別的限制，并能根據(jù)芯的設(shè)計(jì)尺寸、所要求的芯與未照射區(qū)域(包層)之間的折射率差異、尺寸、數(shù)值孔徑或透鏡的放大倍數(shù)等進(jìn)行適當(dāng)選擇。例如，能夠從約0.1-約10μm的范圍內(nèi)選擇。
按照本發(fā)明，能夠適當(dāng)調(diào)節(jié)芯的大小和形狀以及折射率改變的程度，手段是該激光束的照射時(shí)間、該激光束聚焦位置的移動(dòng)方向及其速度、塑料種類、脈沖寬度的大小和激光束照射能量的量值、用于調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)的數(shù)值孔徑或透鏡的放大率等等。
如上述，按照本發(fā)明，相對移動(dòng)光會聚點(diǎn)，同時(shí)通過使用透鏡在聚酰胺酸膜的預(yù)定位置處會聚該脈沖激光束，并照射該位置的物質(zhì)，從而在聚酰胺酸膜中能夠形成一個(gè)連續(xù)的區(qū)域(即，芯前體6)，該前體具有預(yù)定的三維形狀并且具有大于未照射位置的改變的折射率。
通過移動(dòng)聚酰胺酸膜對于激光和透鏡的相對位置，例如通過移動(dòng)激光器和透鏡，和/或該聚酰胺酸膜，能夠移動(dòng)激光的光會聚點(diǎn)(焦點(diǎn))位置。特別是，例如，能夠在該聚酰胺酸膜內(nèi)任意位置上連續(xù)產(chǎn)生使具有設(shè)計(jì)形狀的芯發(fā)生的這種折射率改變，這如下完成將準(zhǔn)備暴露的具有聚酰胺酸膜的物體放置在工作臺上，該工作臺能夠在二維或三維方向上精確移動(dòng)，調(diào)整固定脈沖激光發(fā)生器和透鏡，以便聚焦到聚酰胺酸膜中，并且移動(dòng)該工作臺以便移動(dòng)該焦點(diǎn)。
在本發(fā)明中，芯前體的形狀包括直徑、寬度及其縱向形狀，芯前體的形狀與其橫截面形狀不受特別的限制。但是，例如，芯前體的直徑或?qū)挾仍谝韵潞线m的范圍，約0.1-約1000μm，優(yōu)選約0.1-約100μm，并更優(yōu)選約0.5-約30μm。另一方面，芯前體的縱向形狀可以是線性形狀或者彎曲或屈折形狀。另外，它可以是線性形狀和彎曲或屈折形狀的組合形狀。芯前體的縱向長度也不受特別的限制。另外，芯前體的橫截面形狀可例如是大體上的圓形或者大體上的多邊形(例如，大體上的四邊形)。
按照本發(fā)明，不必整個(gè)芯前體都有相同的芯前體大小和形狀，只要芯前體是連續(xù)形成的即可。另外，在一個(gè)三維波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)中，芯前體的數(shù)量不受特別的限制，而且它可以是單根的或者多根的。在其中具有多根芯前體的結(jié)構(gòu)中，也有可能是一種疊置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，芯前體按照適當(dāng)?shù)拈g隔疊置。當(dāng)在一種結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供多個(gè)芯前體時(shí)，其間隔可以任意選擇。芯前體的間隔優(yōu)選為5μm或更多。當(dāng)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供的芯前體6的距離小于5μm時(shí)，在制造光學(xué)波導(dǎo)管過程中芯前體可能會彼此熔融在一起，不能形成多根獨(dú)立的波導(dǎo)管。
如上述，本發(fā)明中，能夠作為連續(xù)區(qū)域形成照射位置，其與未照射位置相比折射率獲得更多增加，這是通過在用對焦距變窄的脈沖激光束照射光敏聚酰胺酸膜內(nèi)部部分的同時(shí)，相對移動(dòng)焦點(diǎn)位置的簡單操作而形成的。這樣，能夠容易地在聚酰胺酸膜上的任意位置形成連續(xù)三維芯前體。
甚至當(dāng)用激光束照射聚酰胺酸膜同時(shí)會聚激光束到該聚酰胺酸膜中形成上述芯前體時(shí)，在聚酰胺酸膜的未照射區(qū)域中也不發(fā)生化學(xué)和物理變化，而且其折射率低于用脈沖激光束照射區(qū)域的折射率。因此，在聚酰胺酸酰亞胺化以后，未照射區(qū)域起到光學(xué)波導(dǎo)管包層的作用。
如上述，當(dāng)芯前體在聚酰胺酸膜中形成后，加熱聚酰胺酸以便酰亞胺化，由此，能夠如圖1所示在聚酰亞胺樹脂膜7中獲得具有三維芯8的聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管。關(guān)于為了酰亞胺化而進(jìn)行的加熱，它可能通常在300-400℃的溫度范圍內(nèi)于真空下或者在氮?dú)夥障逻M(jìn)行。
能夠?qū)⒈景l(fā)明的三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管連接到例如光學(xué)開關(guān)部件、光分支和組合部件、波長轉(zhuǎn)換過濾器、絕緣體、光環(huán)行器、光連接器、光外調(diào)制器等上以便應(yīng)用。
按照本發(fā)明，在光敏聚酰胺酸膜的內(nèi)部會聚激光束(該膜已經(jīng)將聚酰胺酸和光敏劑合并其中)同時(shí)其焦點(diǎn)做相對移動(dòng)，從而甚至在低功率激光照射下，仍能夠容易地形成三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管。
實(shí)施例將參考以下實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是這不應(yīng)當(dāng)解釋為本發(fā)明局限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1在500毫升可分離的燒瓶中于氮?dú)夥障?，?6.0克(0.05摩爾)2，2’-雙(三氟甲基)-4，4’-二氨基聯(lián)苯(TFMB)溶解在1 52.8克N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，制備一種溶液。邊攪拌邊向這種溶液中添加22.2克(0.05摩爾)2，2-雙(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)，接著在室溫下攪拌24小時(shí)，以便獲得聚酰胺酸溶液。另外，將1.53克(4.0重量份/100重量份聚酰胺酸固體含量)的光敏劑(EDHP)添加到此聚酰胺酸溶液中，以便制備光敏聚酰胺酸溶液(以下稱為“光敏聚酰胺酸清漆”)。
通過旋涂將光敏聚酰胺酸清漆施加到合成硅玻璃(silica glass)基材上，該基材的厚度為1.0毫米，于90℃干燥約15分鐘，以便在基材上得到干燥后厚30微米聚酰胺酸膜的準(zhǔn)備進(jìn)行曝光物體。
將此準(zhǔn)備進(jìn)行曝光的物體置于一工作臺上，這時(shí)用超短脈沖激光光束(照射波長800nm，脈沖寬度150×10-15秒，重復(fù)頻率200kHz)進(jìn)行照射，采用如下條件照射能量(平均輸出)為30mW且照射點(diǎn)直徑約10μm，使用鈦-藍(lán)寶石-飛秒脈沖激光器和一個(gè)物鏡(放大10倍)，并聚焦在離光敏聚酰胺酸膜表面深約10μm的位置，如圖1所示，該準(zhǔn)備進(jìn)行曝光的物體在垂直于激光束照射方向的方向上，以約500μm/秒的移動(dòng)速度相對、線性地移動(dòng)20秒。
然后，在真空中于360℃加熱此用激光束照射的聚酰胺酸膜2小時(shí)，以便完成酰亞胺化(固化)，從而得到位于聚酰亞胺膜中長度為10mm的光學(xué)波導(dǎo)管。用切割裝置在離開該光學(xué)波導(dǎo)管的兩個(gè)末端1mm的位置進(jìn)行切割，并對其進(jìn)行邊緣加工。然后，使1550nm波長的光經(jīng)過單根模式纖維(mode fiber)入射到該光學(xué)波導(dǎo)管芯上，并證實(shí)光經(jīng)過該芯傳播。
實(shí)施例2將實(shí)施例1中制備的光敏聚酰胺酸清漆通過旋涂施加到合成硅玻璃基材上，該基材厚度為1.0毫米，于90℃干燥約15分鐘，以便在基材上得到干燥后厚50微米聚酰胺酸膜的準(zhǔn)備進(jìn)行曝光物體。
將此準(zhǔn)備進(jìn)行曝光的物體置于一工作臺上，這時(shí)用超短脈沖激光光束(照射波長800nm，脈沖寬度150×10-15秒，重復(fù)頻率200kHz)進(jìn)行照射，采用如下條件照射能量(平均輸出)為30mW且照射點(diǎn)直徑約10μm，使用鈦-藍(lán)寶石-飛秒脈沖激光器和一個(gè)物鏡(放大10倍)，并聚焦在底面上離光敏聚酰胺酸膜表面深約40μm的位置，如圖1所示，完成相對移動(dòng)操作，使得在厚度方向上沿著與平行于基材表面的平面約成10度的傾角上升地移動(dòng)焦點(diǎn)，相對移動(dòng)的速度是約500μm/秒，移動(dòng)5秒，然后再平行于基材表面的方向上以約500μm/秒的相對移動(dòng)速度移動(dòng)10秒，并進(jìn)一步移動(dòng)以便在厚度方向上沿著與平行于基材表面的平面約成10度的傾角升高，其相對移動(dòng)速度約為500μm/秒，移動(dòng)時(shí)間5秒。
然后，在真空中于360℃加熱此用激光束照射的聚酰胺酸膜2小時(shí)，以便完成酰亞胺化(固化)，從而得到位于聚酰亞胺膜中具有三維彎曲結(jié)構(gòu)的光學(xué)波導(dǎo)管。按照和實(shí)施例1相同的方式，完成邊緣加工，然后使1550nm波長的光經(jīng)過單根模式纖維(mode fiber)入射到該光學(xué)波導(dǎo)管芯上，從而證實(shí)光經(jīng)過該芯傳播。
對比例1試圖按照與實(shí)施例1相同的方式制備光學(xué)波導(dǎo)管，不同之處是，采用的聚酰胺酸清漆，其制備不添加光敏劑(EDHP)。然而這種情況下，甚至在激光束照射聚酰胺酸膜以后，而且甚至在聚酰胺酸酰亞胺化完成以后，在激光照射位置上未發(fā)生折射率改變，這導(dǎo)致不能形成該芯(前體)。
盡管已經(jīng)參考具體的實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然會明白，不背離其構(gòu)思和范圍，能夠進(jìn)行許多改變和修改。
本申請基于2002年11月25日遞交的日本專利申請2002-341565，其內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的制造方法，其包括(I)用激光束照射聚酰胺酸膜，照射時(shí)在膜的內(nèi)部會聚該激光束并相對移動(dòng)激光束的會聚點(diǎn)，該聚酰胺酸膜包含(a)由四羧酸二酐和二胺獲得的一種聚酰胺酸；和(b)每100份聚酰胺酸，0.5重量份到少于10重量份用式(I)代表的1，4-二氫吡啶衍生物 其中Ar代表在相對1，4-二氫吡啶環(huán)的鍵合位置的鄰位上具有硝基的芳香基；R1代表氫原子或者1-3個(gè)碳原子的烷基；并且R2、R3、R4和R5各自獨(dú)立地代表氫原子或1或2個(gè)碳原子的烷基，然后，(II)加熱該聚酰胺酸膜使該聚酰胺酸酰亞胺化，從而在這樣形成的聚酰亞胺膜中獲得具有連續(xù)芯區(qū)的光學(xué)波導(dǎo)管，該連續(xù)芯區(qū)處的折射率已被改變。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該四羧酸二酐含有氟原子。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該二胺含有氟原子。
4.權(quán)利要求1的方法，其中式(I)所代表的1，4-二氫吡啶衍生物選自1-乙基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶、1-甲基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶、1-丙基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶和1-丙基-3，5-二乙氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶。
5.權(quán)利要求4的方法，其中式(I)代表的1，4-二氫吡啶衍生物含有1-乙基-3，5-二甲氧基羰基-4-(2-硝基苯基)-1，4-二氫吡啶。
6.權(quán)利要求1的方法，其中該激光束是脈沖寬度為10-15-10-12秒的脈沖激光。
7.權(quán)利要求6的方法，其中該脈沖寬度為10×10-15-500×10-15秒。
8.權(quán)利要求7的方法，其中該脈沖寬度為約50×10-15-約300×10-15秒。
9.權(quán)利要求6的方法，其中該脈沖激光的重復(fù)頻率為1Hz-80MHz。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該重復(fù)頻率為10Hz-500kHz。
11.權(quán)利要求6的方法，其中在1-500mW的照射能量下完成該脈沖激光照射。
12.權(quán)利要求11的方法，其中該脈沖激光的照射能量為10-100mW。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維聚酰亞胺光學(xué)波導(dǎo)管的制造方法，該方法包括(I)用激光束照射聚酰胺酸膜，照射時(shí)在膜的內(nèi)部會聚該激光束并相對移動(dòng)激光束的會聚點(diǎn)，該聚酰胺酸膜包含(a)由四羧酸二酐和二胺獲得的一種聚酰胺酸；和(b)每100份聚酰胺酸，0.5重量份到少于10重量份用式(I)代表的特定1，4－二氫吡啶衍生物，然后，(II)加熱該聚酰胺酸膜使該聚酰胺酸酰亞胺化，從而在這樣形成的聚酰亞胺膜中獲得具有連續(xù)芯區(qū)的光學(xué)波導(dǎo)管，該連續(xù)芯區(qū)中折射率已被改變。
文檔編號C08K5/3432GK1503016SQ20031011819
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者宗和范, 內(nèi)藤龍介, 望月周, 日野敦司, 堀池美華, 介, 華, 司 申請人:日東電工株式會社