專利名稱：階梯狀衍射光柵及光波導(dǎo)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基板表面上具有平行的溝型凹凸的光學(xué)元件，尤其涉及衍射光柵及光波導(dǎo)。
衍射光柵、光波導(dǎo)等光學(xué)部件將光聚集或發(fā)散，進(jìn)行光的傳輸，將它們組合起來具有集成光學(xué)元件的功能。
關(guān)于衍射光柵，已公知有以下的(1)～(6)(1)將厚度差為d的玻璃板層疊得到階梯狀衍射光柵(參見)A.A.Michelson:Astrophys.J.第8號(hào)，第36頁，1893年)；(2)用精密機(jī)械加工技術(shù)、硅的照相平版印刷技術(shù)和選擇蝕刻技術(shù)制造的衍射光柵(參見Donald H.McMaon,Applied Optics，第26期，第11號(hào)，第2188頁，1987年；日本專利特開昭63-33714；美國(guó)專利第4736360號(hào))(3)已有用以金屬醇化物為原料的水解溶液壓在轉(zhuǎn)印模上用光或熱硬化的方法(參見日本專利特開昭62-102445號(hào)公報(bào)、日本專利特開昭62-225273號(hào)公報(bào)、及特開平10-142410號(hào)公報(bào))制造衍射光柵的方法。其中在日本專利特開昭62-102445號(hào)公報(bào)中記載了在玻璃板上涂敷含硅的醇鹽的溶液，壓上具有凹凸部分的成形模邊加壓邊加熱形成凹凸部分的所謂溶膠-凝膠法的制造方法。
(4)在基板上均勻鋪開紫外線硬化樹脂，壓上具有凹凸部分的成形模并向樹脂照射紫外線的方法(參見日本專利特開昭63-49702號(hào)公報(bào))。
(5)在日本專利特開平6-242303號(hào)公報(bào)中記載了用溶膠-凝膠法形成厚為數(shù)微米以上的膜時(shí)，在基板上形成多個(gè)層的方法。此時(shí)，用溶液或溶膠將各層的構(gòu)成成分展開，壓上成形模邊加壓加熱，然后在完全固化的層上繼續(xù)施加溶液或溶膠以形成上面的層。
(6)在J.Am.Ceram.Soc.，第81卷，第11期，第2849～2852頁，(1998)中公開了在基板上涂敷含甲基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷的溶液，形成微細(xì)溝結(jié)構(gòu)的光盤的制造方法。
另外，在光波導(dǎo)元件中，除使用無機(jī)材料以外，已知有用(7)PMMA(參見Ryoko Yoshimura,J.of Lightwave Technology，第16卷，第16期，1988)、(8)聚酰亞胺、(9)硅系高分子(參見Mitsuo Usui,J.ofLightwave Technology，第14卷，第10期，1996)等有機(jī)材料，通過光刻和刻蝕法制造的技術(shù)。
但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題首先，上述方法(1)中，以良好精度層疊薄的玻璃板的技術(shù)是困難的，可以說生產(chǎn)率不會(huì)太好。另外也不可能在具有凹面狀光柵之類的透鏡功能的衍射光柵中使用。
方法(2)是利用光刻法的方法，必需繁瑣的工藝。而且得到的衍射光柵的表面形狀與形成衍射光柵的晶格的晶面有關(guān)，不能設(shè)定階梯高度的事實(shí)上限的范圍。
在方法(3)中，形成衍射光柵的膜的厚度為幾微米以下，且形成衍射光柵的凹凸周期和高度接近光通信用的光波長(zhǎng)例如1.3μm、1.55μm，所以存在著衍射效率隨光的偏振狀態(tài)而增大的問題。若為了減少對(duì)偏振光的依賴性，具有形成比光的波長(zhǎng)大的階梯高度的衍射光柵必需的膜厚，則容易產(chǎn)生裂紋等，存在耐熱性低劣的問題。
(4)中的紫外線硬化樹脂耐熱性低，在250℃以上時(shí)分解或變黃。因此，對(duì)于具有紫外線硬化樹脂的凹凸部的基板，不能進(jìn)行鍵合連接等的加熱加工，難以裝配到裝置等中去。
而在方法(5)中，用依次形成有機(jī)聚硅氧烷層的多層化方法可以形成厚數(shù)十微米的、具有凹凸形狀的有機(jī)聚硅氧烷層。但是由于制造工藝長(zhǎng)，成本的上升成為主要原因，而且由于下層完全硬化后才注入下一層，在成形模和溶液或溶膠之間容易進(jìn)入不必要的空氣，降低凹凸的尺寸精度。
而且在方法(6)中，可以制造溶膠-凝膠膜的最大膜厚小于300nm的光盤。但是在形成500nm到幾微米的厚度如衍射光柵時(shí)，如果將形成的膜加熱到鍵合連接處理必需的溫度如350℃后冷卻，存在膜中產(chǎn)生裂紋等的問題。
另外，在光波導(dǎo)中用無機(jī)材料構(gòu)成的光波導(dǎo)元件存在著可靠性、生產(chǎn)成本、批量等的問題。在采用上述(7)～(9)的有機(jī)材料的光波導(dǎo)元件中，滿足耐熱性的材料少，且為了形成傳輸光的芯部，必須采用光刻或蝕刻等的復(fù)雜工藝。
本發(fā)明正是鑒于這些現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提出的。
因此，本發(fā)明的目的在于提供可以低成本制造的耐熱性優(yōu)良的階梯狀衍射光柵。
本發(fā)明的另一目的在于提供耐熱性高、在近紅外波段的通信波長(zhǎng)吸收少、滿足可靠性和光通信波段中低損失的光波導(dǎo)的簡(jiǎn)單制造方法。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)通過下面的說明將更加清晰易見。
根據(jù)本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)上述目的和優(yōu)點(diǎn)的階梯狀衍射光柵，由在基板及其表面上形成的1μm～1mm厚的有機(jī)聚硅氧烷膜構(gòu)成，該有機(jī)聚硅氧烷膜上形成有多個(gè)具有1μm～500μm范圍內(nèi)的預(yù)定寬度和5～500μm范圍內(nèi)的預(yù)定高度的階梯，上述有機(jī)聚硅氧烷膜以下述化學(xué)式(1)表示的二甲基硅氧烷和下述化學(xué)式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分，(CH3)2SiO2/2…(1)PhSiO3/2…(2)其中P是苯基或取代苯基。
根據(jù)本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)上述目的和優(yōu)點(diǎn)的光波導(dǎo)元件，該光波導(dǎo)元件在基板表面上設(shè)置具有1～30μm的高度和寬度、和沿上述基板表面延伸的長(zhǎng)度的用來傳輸光的芯部，以及圍繞上述芯部或夾在上述芯部和基板之間的包層部分，上述芯部和包層部分的至少一個(gè)包含以由下述化學(xué)式(1)表示的二甲基硅氧烷和下述式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分的有機(jī)聚硅氧烷(CH3)2SiO2/2…(1)PhSiO3/2…(2)其中Ph是苯基或取代苯基。
首先說明本發(fā)明的階梯狀衍射光柵。久保田廣著的《波動(dòng)光學(xué)》1971-2-2，巖波書店，第145～149頁中記載了階梯狀衍射光柵。在階梯狀衍射光柵之外的常規(guī)衍射光柵中，角度分散由下式(3)表示(參見M.Born和E.Wolf著，光學(xué)原理，Macmillam，紐約，第408～411頁)d θ/dλ=m/[W·cos(θ)]…(3)基中dθ/dλ是波長(zhǎng)的折射角變化率，m是折射次數(shù)，W是光柵的空間周期。
在通常的衍射光柵中，為了提高分辨率，必須提高光柵線的總條數(shù)N，即減小上式(3)的W。但是，在溝斷面為鋸齒狀的反射型或透射型階梯狀衍射光柵中，通過增大光距長(zhǎng)度的公差D(階梯高度d)，增加次數(shù)m，可以提高分辨率。在采用反射型階梯狀衍射光柵時(shí)，若階梯高度為d、光路差為D、次數(shù)為m、波長(zhǎng)為λ則具有下述式(4)的關(guān)系。
m=D/λ=2d/λ…(4)且若分辨率為R、次數(shù)為m、光柵線的總條數(shù)為N，則具有下述式(5)的關(guān)系R=mN…(5)另外，為了使m次的折射光與相鄰的(m+1次的折射光不重疊，觀測(cè)寬度Δλ用下列式(6)表示Δλ=λ/m…(6)在光纖通信的通信波長(zhǎng)的波段中，通常選擇被使用的光纖的最低損失波段(傳輸損失最小的波段)，即1.55μm或1.3μm。在該波段中，將該階梯狀衍射光柵作為波分復(fù)用通信的多重化/多重分離化光學(xué)元件使用時(shí)，階梯狀衍射光柵的階梯高度d(μm)優(yōu)選地滿足下式(7)和(8)中的任何一個(gè)或兩個(gè)d=m·λ1/2=0.775·m…(7)
(其中，λ1=1.55μm,m是自然數(shù))d=m·λ2/2=0.65·m…(8)(其中，λ2=1.30μm,m是自然數(shù))如式(7)所示，通過選擇階梯高度d，可以提高1.55μm的光的效率，作為m次衍射光選擇反射(blaze)。且如式(8)所示，通過選擇階梯高度d，可以提高1.30μm的光的效率，作為m次衍射光選擇反射(blaze)。而且，通過以同時(shí)滿足式(7)和(8)的方式選擇階梯高度，可同時(shí)選擇反射1.55μm和1.30μm的光。階梯狀衍射光柵的次數(shù)m=1～43時(shí)的優(yōu)選的階梯高度d(μm)，如表1所示。m大于44時(shí)也是同樣的?？梢酝瑫r(shí)選擇反射1.55μm波長(zhǎng)的光和1.30μm波長(zhǎng)的光的最優(yōu)選階梯高度d為20.15μm或其整數(shù)倍。另外，約7.75μm、約12.375μm、約16.262μm、約24.037μm和約27.925μm的階梯高度d也能同時(shí)選擇反射上述兩波長(zhǎng)的光。本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的階梯高度具有5～500μm范圍內(nèi)的規(guī)定值，優(yōu)選的階梯高度為10～100μm。
表1
在將本發(fā)明的階梯狀衍射光柵用作反射型時(shí)，優(yōu)選地階梯寬度W大于使用的通信波長(zhǎng)λ。通過使階梯寬度W大于通信波長(zhǎng)λ，可以根據(jù)光的偏振狀態(tài)改變衍射效率。偏振特性優(yōu)良的反射型階梯狀衍射光柵的階梯寬度W，優(yōu)選為波長(zhǎng)λ的3倍以上，更優(yōu)選為其5倍以上。因此，本發(fā)明的階梯狀衍射光柵具有1～500μm范圍內(nèi)的規(guī)定的階梯寬度，更優(yōu)選地階梯寬度為3～100μm。
可以將本發(fā)明的階梯狀衍射光柵和其它光學(xué)元件組合起來作為集成光學(xué)裝置使用。例如可在光通信尤其是高密度多重化/多重分割化用波長(zhǎng)管程模塊中作為波分光學(xué)元件使用。高密度波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)，是在單一光路上同時(shí)傳送多個(gè)信號(hào)的技術(shù)，在光纖通信系統(tǒng)中，由于可以不增加經(jīng)費(fèi)增大通信容量，所以是很重要的技術(shù)。即，通過增加用光纖搬送的通信溝道數(shù)目，增加系統(tǒng)容量。光通信中使用的信號(hào)，采用波長(zhǎng)為1.55μm和1.3μm的光。優(yōu)選使用以高效率衍射這些波長(zhǎng)的光，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)良的衍射光柵。
本發(fā)明的衍射光柵由于耐熱性和耐環(huán)境性優(yōu)良，優(yōu)選用作要求高精度的微小光學(xué)元件。在本發(fā)明的衍射光柵用作高密度多重化/多重分割用波長(zhǎng)管程模塊的情況下，可以與光纖、準(zhǔn)直透鏡、光敏性半導(dǎo)體元件等組合使用。另外當(dāng)通常的衍射光柵用作反射型光學(xué)元件時(shí)，存在因光的偏振狀態(tài)，衍射效率顯著降低的情況。此時(shí)必需通過在準(zhǔn)直透鏡和衍射光柵之前插入偏振濾光片、偏振變換器，改善偏振特性。本發(fā)明的階梯狀衍射光柵由于將階梯狀衍射光柵的階梯寬度設(shè)定為大于使用的光的波長(zhǎng)，可制作沒有偏振依賴性，偏振光特性優(yōu)良，即，即使偏振狀態(tài)變化也能維持高衍射效率的集成光學(xué)元件。另外，也可以依次配置本發(fā)明的階梯狀衍射光柵、準(zhǔn)直透鏡、和陣列狀光敏半導(dǎo)體元件，在準(zhǔn)直透鏡和陣列狀光敏半導(dǎo)體元件之間以與光敏性半導(dǎo)體元件相鄰接的方式配置陣列狀的微型透鏡。該陣列狀的微型透鏡在市場(chǎng)上有NSG美國(guó)公司的“PML”(商品名)。通過使用這樣的陣列狀微型透鏡，可以減小陣列狀光敏半導(dǎo)體元件的鄰接串?dāng)_。通過與其它的衍射光柵或棱鏡等光學(xué)元件組合，本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的衍射光可以在上下方向上進(jìn)行不同次數(shù)的反復(fù)，發(fā)散，可以得到較大范圍內(nèi)的分辨率優(yōu)良的波譜。
下面說明本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的形成材料。
形成本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的聚有機(jī)硅氧烷膜，其特征在于含有上述式(1)表示的二甲基硅氧烷和上述式(2)表示的苯基硅氧烷基(苯基的一部分氫被鹵素原子(如氯、氟)；甲基、乙基、丙基等的烴基；或乙烯基、丙烯基等的烯烴基取代也是可以的)。該聚有機(jī)硅氧烷膜，通過選擇借助于加水分解和脫水縮聚反應(yīng)提供上述式(1)表示的二甲基硅氧烷和上述式(2)表示的苯基硅氧烷類的溶膠-凝膠材料的原料而形成。
作為提供上述式(1)表示的二甲基硅氧烷的溶膠-凝膠材料的原料(下稱(A)成分)，例如可舉出優(yōu)選的幾種，即諸如二甲基二乙氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的二甲基二烷氧基硅烷、諸如二甲基二氯化硅烷和二甲基二溴化硅烷的二甲基二鹵化硅烷。另外還可使用二甲基硅倍半氧基(dimethylsilsequioxy)的縮聚物，如六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)戊硅氧烷等。如果用重氫原子(O)置換二甲基硅氧烷中的氫原子(H)而得到的二甲基硅氧烷-d6作為光波導(dǎo)的芯材，由于可增加波長(zhǎng)1.55μm的光的透射性，是優(yōu)選的。而且二甲基硅氧烷-d6作為透射型衍射光柵的材料使用也是優(yōu)選的。
作為提供上述式(2)表示的苯基硅氧烷類的溶膠-凝膠材料的原料(以下稱為(B)成分)，可以舉出具有苯基或取代苯基的三烷氧基硅烷如苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷；用如氯原子取代五個(gè)氫原子中的部分如1～4個(gè)的具有含鹵原子的取代苯基的三乙氧基硅烷；具有同樣的取代苯基的三甲氧基硅烷；苯基的五個(gè)氫原子中的1～4個(gè)被鹵素如氯原子取代后的苯基三氯硅烷和三氯硅烷；雙苯基三甲氧基硅烷、雙苯基三乙氧基硅烷、雙苯基三氯硅烷等。若將用重氫(D)或氟原子(F)取代苯基的氫原子(H)得到的苯基三乙氧基硅烷-d5，或五氟苯基三乙氧基硅烷等用作光波導(dǎo)的芯材和透射型衍射光柵的材料，由于可增加波長(zhǎng)1.55μm的光的透射性，是優(yōu)選的。
當(dāng)烷氧基硅烷如甲氧基硅烷或乙氧基硅烷用作成分(A)和(B)時(shí)，水解反應(yīng)生成的醇易于揮發(fā)，所以是優(yōu)選的。作為溶膠-凝膠材料的成分(A)和(B)的優(yōu)選組合，可以用二甲基二烷氧基硅烷和苯基三烷氧基硅烷。
在本發(fā)明中，作為溶膠-凝膠材料的原料，若使用(A)成分和(B)成分，在用其覆蓋基板材料最終得到的膜內(nèi)殘余有大量的甲基和苯基(或取代苯基)。由于甲基和苯基(或取代苯基)可減小膜的脆性并增加彈性，可以抑制在膜內(nèi)部生成的熱應(yīng)力，因此可防止膜的裂紋產(chǎn)生和膜從基板上剝離。
下面以(A)成分為二甲基二烷氧基硅烷，(B)成分為含苯基的三烷氧硅烷的情況為例進(jìn)行說明。
推測(cè)認(rèn)為本發(fā)明的膜結(jié)構(gòu)是，通過將二甲基硅烷和三烷氧基硅烷混合，使三烷氧基硅烷在三維空間上與呈纖維狀延伸的直鏈狀二甲基硅烷的末端連接，在三維骨架中形成空間，由此提供膜以彈性，降低膜的脆性，可以形成厚的膜。
根據(jù)本發(fā)明的膜含有苯基(或取代苯基)意味著，與其它有機(jī)基團(tuán)相比，在膜的氧化物骨架中，苯基在抑制膜脆性、增加膜彈性方面，有足夠的體積，而且與其它有機(jī)基團(tuán)相比由于它具有共軛系而在高溫下具有更高的穩(wěn)定性。例如，用沒有共軛系的環(huán)己基取代苯基得到的含有環(huán)己基三烷氧基硅烷和二甲基二烷氧基硅烷的膜在2～300℃下變色并生成龜裂。
溶膠-凝膠材料優(yōu)選具有(A)成分和(B)成分兩種成分，且二者的比例為1摩爾(A)成分對(duì)0.3～9摩爾(B)成分，其中(B)成分是含苯基的三烷氧基硅烷和含取代苯基的三烷氧基硅烷。(B)成分小于0.3摩爾時(shí)，膜難以硬化，在最加熱(燒結(jié))時(shí)，大量成分揮發(fā)，很難最終成膜。而(B)成分大于9摩爾時(shí)，損害膜的柔軟性，對(duì)于20μm以上的厚度的膜在最終加熱時(shí)或在最終加熱后的冷卻中易于產(chǎn)生龜裂(裂紋)。更優(yōu)選地，相對(duì)于1摩爾(A)成分，(B)成分為0.4～1.0摩爾。
在本發(fā)明中，作為溶膠-凝膠的原料，優(yōu)選地，向(A)成分和(B)成分的混合液中加入作為溶劑的醇。所加的醇，優(yōu)選為C原子1～4個(gè)的低元醇，尤其是沸點(diǎn)小的甲醇、乙醇。原因是在加水分解后，用較低的溫度熱處理就可以從溶液中迅速除去醇。所加的醇的量用摩爾表示，優(yōu)選為(A)成分和(B)成分之和的0.3～3倍，更優(yōu)選為0.5～1.5倍。
為了使(A)成分和(B)成分加水分解，向該原料溶液中加入催化劑。作為催化劑優(yōu)選使用酸催化劑。作為酸催化劑，優(yōu)選使用從蟻酸、乙酸、四氟乙酸、丙酸、草酸、鹽酸、硝酸和硫酸中選出的至少一個(gè)的水溶液。酸催化劑的添加量因酸的種類和作為質(zhì)子酸的強(qiáng)弱(弱酸、強(qiáng)酸)而異。如果太少則加入分解和脫水縮聚反應(yīng)遲緩，過多則縮聚反應(yīng)進(jìn)行得過分，分子量太大，且容易生成沉淀或涂敷液的凝膠化，這是不希望看到的。為了容易得到分別相對(duì)于上述原料溶液中的上述硅烷化合物(A)和(B)的含量，上述膜形成用液未加水分解前的硅烷(A)和(B)的含量為0.5～40％和0.5～60％，優(yōu)選采用這些酸中的弱酸即有機(jī)酸。有機(jī)酸中尤其是蟻酸，分子量小且易于揮發(fā)，優(yōu)選采用。所添加的酸催化劑的量，例如在酸催化劑采用蟻酸時(shí)，用摩爾表示，相對(duì)于(A)成分和(B)成分之和的1摩爾，優(yōu)選為0.5～5毫摩爾，更優(yōu)選為0.7～2毫摩爾。另外，水的添加量?jī)?yōu)選地應(yīng)大于加水分解的必需的化學(xué)計(jì)量比。如果加水量小于化學(xué)計(jì)量比，則在為了凝膠化而進(jìn)行的熱處理時(shí)未反應(yīng)的硅烷化合物(A)和(B)難以揮發(fā)。通常，水的添加量，若包括催化劑水溶液中的水，是必需的化學(xué)計(jì)量比的1.1～30倍，若用摩爾比表示，優(yōu)選為(A)成分和(B)成分之和的2～20倍，更優(yōu)選為3～10倍。在本發(fā)明的光學(xué)元件和各種存儲(chǔ)元件和其他電子電路接近時(shí)，若本發(fā)明的光學(xué)元件含有氯元素，則這些電子電路的壽命降低，因此作為上述酸催化劑優(yōu)選采用不含氯元素的酸。
本發(fā)明中，溶膠-凝膠材料的原料即(A)成分、(B)成分、醇溶劑、水和催化劑構(gòu)成的溶液通過在室溫下攪拌90～100分鐘，放置，使兩烷氫基硅烷加水分解而制成。作為其它成分，可加入粒徑分別為1μm以下，優(yōu)選為0.5μm以下的氧化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰等的金屬氧化物粒子、碳酸鈣等的無機(jī)粒子等作為熱收縮阻止劑，其總量相對(duì)于上述溶液中的全部固形物為30重量％以下。另外，作為折射率調(diào)整劑，可加入硅的四元醇鹽、鈦的四元醇鹽、鋯的四元醇鹽、鎘的四元醇鹽和鋁的三元醇鹽，其總量相對(duì)于(A)成分和(B)成分之和為30摩爾％以下。之后，在室溫～140℃，優(yōu)選在70～100℃下保持6～30個(gè)小時(shí)，進(jìn)行脫水縮聚反應(yīng)，優(yōu)選地，同時(shí)溶液中的溶劑、水和脫水縮聚反應(yīng)生成物即醇和水氣化蒸發(fā)。結(jié)果，溶液的質(zhì)量和體積減少到當(dāng)和調(diào)制時(shí)的25～35％重量％和體積％。由此，可以抑制成膜時(shí)的收縮并防止膜中產(chǎn)生裂紋，同時(shí)形成硬化膜，而且在最終加熱時(shí)在膜中不產(chǎn)生氣泡。如果該膜水縮聚反應(yīng)進(jìn)行得過分，溶液的粘度太大，難以覆蓋成形?；蚧宀牧媳砻?。而如果相反地，脫水縮聚反應(yīng)進(jìn)行得不夠，不能防止在最終加熱時(shí)在膜中產(chǎn)生氣泡。優(yōu)選地，通過以使溶液粘度為103泊以下的方式選擇溫度和保溫時(shí)間，調(diào)整脫水縮聚反應(yīng)的進(jìn)行。
下面說明本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的形成方法。
本發(fā)明的階梯狀衍射光柵，在用形成本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的材料形成聚有機(jī)硅氧烷膜之后，用光刻、反應(yīng)離子蝕刻等方法可以加工成任意的階梯形狀?；蛘呷缦滤瞿菢?，可用具有相反的階段形狀的成形模如階梯狀衍射光柵那樣的成形模，與聚有機(jī)硅氧烷膜接觸，然后加熱硬化加工成階梯形狀。
作為將上述溶膠-凝膠材料在基板材料和成形模之間以緊密結(jié)合的膜狀配置，加熱，使凝膠膜具有與上述成形模表面形狀相反的表面，并覆蓋該凝膠膜的光學(xué)元件的形成方法，可以舉出以下兩種代表性的方法。
第一種方法(下稱注入模法)是，向成形模注入溶膠-凝膠材料液，加熱，使其與物品基板材料接觸并繼續(xù)加熱，使基板材料和成形模接合，脫模后再進(jìn)行最終加熱。即，將具有微小凹凸形狀的成形模水平放置，向該成形模上注入粘度為103泊以下的液體狀溶膠-凝膠材料，使溶膠-凝膠材料盡量填滿成形模的凹坑。另外，除了注入之外，也可以例如將該成形模浸入溶膠-凝膠材料中，或用毛刷將溶膠-凝膠材料液涂敷在該成形模表面上。在該狀態(tài)下，在成形模上裝滿的溶膠-凝膠材料放置到粘度為104～108泊，在140～180℃下保溫20～120分鐘，進(jìn)行脫水和重縮聚反應(yīng)。
然后，使基板材料在成形模上緊密結(jié)合地接觸，使溶膠-凝膠材料在基板材料表面上以之間無縫隙的方式接觸，在該狀態(tài)下再在140～180℃下保溫10～120分鐘，使溶膠-凝膠材料的脫水和重縮聚反應(yīng)基本結(jié)束進(jìn)行凝膠化。接著，通過與成形模剝離進(jìn)行脫模，得到在基板材料表面上接合有凝膠膜的狀態(tài)，該凝膠膜是具有將成形模的凹凸形狀反轉(zhuǎn)的凹凸形態(tài)的表面的柔軟的聚硅氧烷膜。如果上述脫模進(jìn)行得太早，聚硅氧烷膜柔軟因自重使其表面的凹凸形狀變形，所以為避免這種變形應(yīng)進(jìn)行上述加熱。
然后，通過最終將其在180～350℃之間加熱10～150分鐘，使聚硅氧烷膜的殘留硅醇基重聚合，同時(shí)使重聚合產(chǎn)生的水分氣化，使膜在厚度方向上體積收縮得到致密的膜。由此，得到覆蓋有具有將成形模的表面形狀反轉(zhuǎn)的形狀的表面的膜的光學(xué)元件。
第二種成形方法(下稱注入基板材料法)是，把溶膠-凝膠材料液直接注到基板表面上，加熱，在該液膜具有可塑性時(shí)(液體粘度為104～108泊時(shí))，把成形膜正壓在物品基板表面的膜上，在該狀態(tài)下加熱，轉(zhuǎn)印成形成，脫模，進(jìn)行最終加熱。即，將物品基板材料的將被覆蓋的表面水平放置，在該基板材料上注入預(yù)定厚度的粘度為103泊以下的液狀溶膠-凝膠材料，在基板材料上以膜的形狀攤開溶膠-凝膠材料。在該狀態(tài)下將注入的溶膠-凝膠材料放置到粘度為104～108泊，在140～180℃下保溫20～120分鐘，進(jìn)行脫水和重縮聚反應(yīng)。接著將具有微小凹凸形成的成形模壓在膜狀的溶膠-凝膠材料上在0.5～120kg/cm2的壓力和160～350℃的溫度下保溫60秒～60分鐘，使溶膠-凝膠材料的脫水和重縮聚反應(yīng)基本結(jié)束進(jìn)行凝膠化。然后通過將成形模剝離，得到具有將成形模的凹凸形狀反轉(zhuǎn)的凹凸形狀的表面的凝膠膜即聚硅氧烷膜與基板材料表面相接合的狀態(tài)。然后，通過最終將其在180～350℃之間加熱10～150分鐘，使聚硅氧烷膜的殘留硅醇基重聚合，同時(shí)使重聚合產(chǎn)生的水分氣化，使膜在厚度方向上體積收縮得到致密的膜。由此，得到覆蓋有具有將成形模的表面形狀反轉(zhuǎn)的形狀的表面的膜的光學(xué)元件。
上述成形模通過例如精密蝕刻表面平坦的玻璃基板表面，形成的具有所期望形狀的如凹模。這種模子可用無電解鍍或電解鍍得到的凸型的金屬母模制作。若以上述凹模為母模用上述電鍍法制成凸型的金屬模，可再以該金屬模用上述電鍍法制成凹型的金屬母模。這樣的凹型的或凸型的母?？勺鳛槌尚文Ｊ褂?。且上述電鍍法優(yōu)選用鎳、鉻等金屬。另外，用上述方法制作的金屬模，通過用紫外線硬化樹脂借助于2P成形法制成的樹脂母模，也可以用作成形模。
由此，根據(jù)本發(fā)明，在平坦板狀或曲面板狀的基板材料上形成在350℃下耐熱性優(yōu)良的、最大厚度(在表面凹凸的凸部測(cè)得的厚度)為1μm～1mm且優(yōu)選為20～100μm的、具有接近一般玻璃的折射率的1.50～1.54的折射率、在主表面上沿與主表面垂直的方向形成有微細(xì)凹凸形成的聚有機(jī)硅氧烷膜構(gòu)成的膜。階梯狀衍射光柵的階梯沿該聚有機(jī)硅氧烷膜的主表面形成也是可以的，且沿與聚有機(jī)硅氧烷膜的主表面垂直的方向，如日本專利特開昭62-287210號(hào)公報(bào)的圖3或4所示地形成也是可以的。構(gòu)成該膜的有機(jī)聚硅氧烷，含有二甲基硅氧烷和苯基硅氧烷類，二者的比例為1摩爾二甲基硅氧烷對(duì)0.3～9摩爾苯基硅氧烷類，優(yōu)選地，含有10～75摩爾％二甲基硅氧烷和25～90摩爾％苯基硅氧烷。而且構(gòu)成該膜的有機(jī)聚硅氧烷含有5～25重量％、優(yōu)選為15～22重量％的甲基、和5～40重量％、優(yōu)選為26～37重量％的苯基(或取代苯基)。該膜的彈性好(脆性小)，且強(qiáng)度高，難以發(fā)生龜裂。且在膜內(nèi)部成形時(shí)不發(fā)泡，可以實(shí)現(xiàn)膜表面的微細(xì)凹凸形成的尺寸精度極高的優(yōu)良的轉(zhuǎn)印性。具體地，例如在形成多個(gè)高為20～100μm的凸部時(shí)，膜表面凸部的高度偏差為1μm以下。而膜表面的凸部間隔的與成形模的偏離在測(cè)量精度(0.2μm)以下。
本發(fā)明中使用的基板材料，優(yōu)選具有平板狀、曲板狀等的形狀。優(yōu)選地，希望在200℃和20℃時(shí)的基板材料表面的反彈量(基板材料表面方向的每單位長(zhǎng)度的與該表面垂直方向的熱變形長(zhǎng)度)為每1cm在±5μm以內(nèi)。若反彈量越過該范圍，由于在膜的成形過程中在基板和膜的界面處發(fā)生剝離或膜發(fā)生龜裂，優(yōu)選地對(duì)基板材料的材料、尺寸、形狀進(jìn)行選擇。
另外，優(yōu)選地，該基板具有1.5×10-5/℃以下的熱膨脹系數(shù)，若基板材料的熱膨脹系數(shù)大于1.5×10-5/℃，例如熱膨脹系數(shù)高的聚丙烯(9～15×10-5/℃)之類的塑料基板材料的情況下，在有機(jī)聚硅氧烷膜的成形過程中在基板和膜的界面處剝離，膜產(chǎn)生龜裂。通常的無機(jī)玻璃具有1.5×10-5/℃以下的熱膨脹系數(shù)。另外，優(yōu)選地，至少基板材料的表面是氧化物。若與有機(jī)聚硅氧烷膜相接的基板表面不是氧化物，在膜的成形過程中結(jié)合強(qiáng)度低，在有些情況下在基板材料和膜的界面處發(fā)生剝離。優(yōu)選的基板材料例如可舉出硅酸鹽系玻璃、硼酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃、石英、陶瓷、硅、金屬、環(huán)氧樹脂、玻璃纖維強(qiáng)化聚苯乙烯等。對(duì)于透過型的且其階梯沿上述有機(jī)聚硅氧烷膜的主表面形成的階梯狀衍射光柵的基板材料，優(yōu)選采用對(duì)所用波長(zhǎng)的光透射率高的玻璃、石英等構(gòu)成的0.5～5mm厚的板。金屬不能直接與有機(jī)聚硅氧烷膜相接合，可以將待使用的金屬表面用氧化劑處理后再用作基板材料。
下面說明本發(fā)明的光波導(dǎo)元件的材料。
本發(fā)明的光波導(dǎo)元件的材料，優(yōu)選地，可采用與形成本發(fā)明的階梯狀衍射光柵的材料相同的材料。含上述式(1)表示的二甲基硅氧烷的聚有機(jī)硅氧烷比含上述式(2)表示的苯基硅氧烷(或取代苯基硅氧烷)的聚有機(jī)硅氧烷的折射率低。因此，若是本發(fā)明的光波導(dǎo)元件的包層部分，可采用含上述式(1)表示的二甲基硅氧烷較多的材料；若用作芯部，則可采用含上述式(2)表示的苯基硅氧烷(或取代苯基硅氧烷)較多的材料。由此，可以使得到的光波導(dǎo)元件的芯部的折射率比包層部分大0.002～0.10。另外，苯基三乙氧基硅烷的折射率為1.4718，二甲基二乙氧基硅烷的折射率為1.3805。
把本發(fā)明的聚有機(jī)硅氧烷用作光波導(dǎo)、透射型衍射光柵時(shí)，為了改善因CH基吸光(1.63μm)造成的波長(zhǎng)1.55μm的光的吸收損失，優(yōu)選地采用提供用CD基或CF基取代CH基的取代苯基硅氧烷和取代二甲基硅氧烷的原料。
另外，由上述式(1)表示的二甲基硅氧烷和上述式(2)表示的苯基(或取代苯基)硅氧烷構(gòu)成的溶膠-凝膠材料具有耐熱性。因此，在制造時(shí)可提高處理溫度，使脫水和縮聚反應(yīng)充分進(jìn)行，由于防止了吸收1.42μm光的OH基的殘留，可以得到對(duì)波長(zhǎng)1.55μm的光損失更低的材料。
下面說明本發(fā)明的光波導(dǎo)元件的形成方法。
第一種方法(上述注入模法)是，向具有凹部溝的成形模注入溶膠-凝膠液，加熱，通過將其與基板材料接觸并進(jìn)一步加熱使基板材料與成形模接合，脫模然后進(jìn)行最終加熱。由此在基板材料表面上接著形成的本發(fā)明的有機(jī)聚硅氧烷膜，得到具有轉(zhuǎn)印上述成形模的凹部溝的細(xì)長(zhǎng)凸部線狀(脊)的芯部的溝道型光波導(dǎo)。此時(shí)，作為基板材料，優(yōu)選地使用折射率比上述有機(jī)聚硅氧烷膜的折射率小的材料?；宀牧喜捎蒙鲜霾牧现獾牟牧蠒r(shí)，在待使用的基板材料的整個(gè)表面上或設(shè)置有上述芯部的表面部分上，用折射率比上述有機(jī)聚硅氧烷膜的折射率小的材料覆蓋也是可以的。作為該覆蓋層，可以使用本發(fā)明的有機(jī)聚硅氧烷膜。
第二種方法(上述注入模法)是，向具有細(xì)長(zhǎng)凸部的成形模中注入含比較多的二甲基硅氧烷的溶膠-凝膠材料液，加熱，通過使其與基板材料接觸并進(jìn)一步加熱將基板材料和成形膜接合，脫模，然后加熱。這樣的在基板表面上接著形成的有機(jī)聚硅氧烷膜，具有轉(zhuǎn)印上述成形模得到的凹部溝。通過用比形成該凹部的材料折射率高的材料(比形成凹部的材料含更多苯基硅氧烷的溶膠-凝膠材料)充填該凹部并加熱，得到階梯型光波導(dǎo)。
第三種方法(上述注入模法)是，向具有細(xì)長(zhǎng)凸部的成形模注入含有較多的有甲基的硅倍半氧基的溶膠-凝膠液，加熱，通過將其與基板材料接觸并進(jìn)一步加熱使基板材料與成形膜接合。將其脫模，加熱，形成具有凹部形狀的有機(jī)聚硅氧烷膜。通過用比形成凹部的材料折射率高的材料(比形成凹部的材料含更多的苯基硅氧烷的溶膠-凝膠材料)充填該凹部，加熱形成芯部，并用與該凹部折射率相同的材料再涂敷(overcoat)，加熱。由此得到由在基板材料上形成的芯部和其周圍的包層部分的有機(jī)聚硅氧烷膜構(gòu)成的埋入型光波導(dǎo)。
下面，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案。
微細(xì)凹凸物品的制造方法，概略地說進(jìn)行以下工序(1)調(diào)制有機(jī)聚硅氧烷溶液；(2)向成形?；蚧宀牧贤糠笕芤翰崽幚恚?3)接合、熱處理并脫模；(4)最終加熱(燒結(jié))。有機(jī)聚硅氧烷溶液(溶液A)的調(diào)制將0.1摩爾苯基三乙氧基硅烷和0.15摩爾二甲基二乙氧基硅烷加入燒杯內(nèi)攪拌。向該液體中加入0.25摩爾乙醇攪拌，再加入將0.1重量％的蟻酸溶入1.75摩爾(31.5g)水中得到的水溶液，攪拌2小時(shí)。攪拌初期液體分成兩層，攪拌兩小時(shí)后成為透明均勻的溶液。將該溶液在烤箱內(nèi)在80℃下加熱12小時(shí)，使乙醇、乙酸水溶液和重縮聚反應(yīng)中生成的水分等揮發(fā)掉。結(jié)果，當(dāng)初具有約91.2g的重量和約100cm3的體積的溶液體積和重量減少到約30％，成為重量約27g、體積約30cm3。將這樣得到的液體作為溶液A。溶液A中幾乎不含乙醇和水，苯基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷中所含的乙氧基只有約50％作為OH基殘留下來。有機(jī)聚硅氧烷溶液(溶液B)的調(diào)制將0.2摩爾苯基三乙氧基硅烷和0.1摩爾二甲基二乙氧基硅烷加入燒杯內(nèi)攪拌。向該液體中加入0.25摩爾乙醇攪拌，再加入將0.1重量％的蟻酸溶入1.75摩爾(31.5g)水中得到的水溶液，攪拌2小時(shí)。攪拌初期液體分成兩層，攪拌兩小時(shí)后成為透明均勻的溶液。將該溶液在烤箱內(nèi)在80℃下加熱12小時(shí)，使乙醇、乙酸水溶液和重縮聚反應(yīng)中生成的水分等揮發(fā)掉。結(jié)果，當(dāng)初具有約91.2g的重量和約100cm3的體積的溶液體積和重量減少到約30％，成為重量約27g、體積約30cm3。將這樣得到的液體作為溶液A。溶液A中幾乎不含乙醇和水，苯基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷中所含的乙氧基只有約50％作為OH基殘留下來。向成形?；蚧宀牧贤糠笕芤翰崽幚韺⑸鲜鋈芤篈，用注入模法注入成形模的表面，或用注入基板材料法注入基板材料的表面，形成厚度為50μm以上1mm以下的層，在140～180℃溫度下加熱20～120分鐘。熱處理的溫度因溶液的種類而異，對(duì)于溶液A從140～160℃開始熱處理，20分鐘后緩慢加熱到180℃保溫40分鐘。通過這樣的熱處理可以在成形?；蚧宀牧仙闲纬煽伤苄宰冃蔚哪z膜(粘度104～108泊)。接合、熱處理和脫模在注入模法的情況下，之后，將基板材料表面與上述涂敷面(凝膠膜)接觸，在該狀態(tài)下進(jìn)行160～250℃×20～60分鐘的加熱使其與基板材料接合。當(dāng)涂敷膜完全凝膠化之后，使基板材料從成形模上脫離，進(jìn)行脫模。結(jié)果得到在基板材料表面上貼附有轉(zhuǎn)印了成形模的形狀的膜的微細(xì)凹凸板。
在注入基體法的情況下，在上述凝膠模上壓上成形模，用2kg/cm2的壓力加壓，進(jìn)行250℃×20分鐘的加熱處理。之后脫模。結(jié)果得到在基板材料表面上貼附有轉(zhuǎn)印了成形模形狀的膜的微細(xì)凹凸板。最終加熱將脫模后得到的微細(xì)凹凸板在350℃下加熱15分鐘，得到有凹凸表面的物品。
用下述方法評(píng)價(jià)得到的有凹凸表面的物品的性能和特性。測(cè)量凸部高度的偏差通過用激光顯微鏡測(cè)量高度，測(cè)量最外層的凸部高度的偏差。測(cè)量耐熱性和光學(xué)特性對(duì)于在實(shí)施例和比較例中制造的具有凹凸表面的物品，進(jìn)行300℃×2小時(shí)的耐熱試驗(yàn)后，返回室溫，觀察有無龜裂(裂紋)發(fā)生，評(píng)價(jià)耐熱性。另外，用He-Ne激光，在耐熱試驗(yàn)前后測(cè)量評(píng)價(jià)衍射光柵的衍射圖案。
如上制作的有機(jī)聚硅氧烷膜是透明的，平坦部分的厚度為約40μm，折射率為1.51。膜中分別含有18重量％的甲基和31重量％的苯基。另外，膜中包含60摩爾％的二甲基硅氧烷和40摩爾％的苯基硅氧烷。該微細(xì)凹凸板的階梯高度為，在隨機(jī)選取的10條線狀凸部的長(zhǎng)度方向上每隔9mm共測(cè)100個(gè)點(diǎn)得到的平均高度為20.2μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.05μm。由此，可以得到由1.55μm的光和1.30μm的光分別作為26次衍射光和31次衍射光，可高效率地選擇反射的微細(xì)凹凸板構(gòu)成的反射型階梯狀衍射光柵。對(duì)該微細(xì)凹凸板的耐熱性評(píng)價(jià)的結(jié)果為在膜中不發(fā)生龜裂，外觀、膜的凸部高度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差、衍射圖樣與耐熱試驗(yàn)前的值相比看不到有什么變化。比較例1將甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水以摩爾濃度1∶1∶4混合，向其加入作為催化劑的0.01摩爾鹽酸，在室溫下進(jìn)行約30分鐘的攪拌，調(diào)制成溶膠溶液。
除了用上述溶膠狀溶液取代實(shí)施例1用的溶液A之外，用與實(shí)施例1記載的相同的方法形成微細(xì)凹凸板。但是，在350℃的最終加熱后的冷卻中膜中發(fā)生龜裂，膜的一部分剝落，無法進(jìn)行尺寸的評(píng)價(jià)。對(duì)該微細(xì)凹凸板的耐熱性評(píng)價(jià)的結(jié)果，膜中的龜裂進(jìn)一步增大，膜的一部分進(jìn)一步剝落。因此耐熱性試驗(yàn)后的膜的凸部的高度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差不能測(cè)量，衍射圖樣與耐熱試驗(yàn)前相比有很大變化。比較例2將甲基三乙氧基硅烷、乙醇和水以摩爾濃度1∶1∶4混合，向其加入作為催化劑的0.01摩爾鹽酸，在室溫下進(jìn)行約30分鐘的攪拌，調(diào)制成溶膠溶液。
除了用上述溶膠狀溶液取代實(shí)施例1用的溶液A之外，用與實(shí)施例1記載的相同的方法形成微細(xì)凹凸板。但是，在350℃的最終加熱后的冷卻中膜中發(fā)生龜裂，與比較例1的甲基三乙氧基硅烷同樣地，膜的一部分剝落，無法評(píng)價(jià)。該微細(xì)凹凸板的衍射圖樣與耐熱試驗(yàn)前相比有很大變化。
如上制作的有機(jī)聚硅氧烷膜是透明的，形成有高度為8μm、寬度8μm、長(zhǎng)為20mm的尺寸，且具有折射率為1.440的高折射率芯部和折射率為1.420的低折射包層部分的埋入型光波導(dǎo)。對(duì)該微細(xì)凹凸板的耐熱性評(píng)價(jià)的結(jié)果為在膜中不發(fā)生龜裂，外觀、膜的凸部高度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差、衍射圖樣與耐熱試驗(yàn)前的值相比看不到有什么變化。
作為成形模，制備具有深2μm、寬2μm、長(zhǎng)20mm的凹部溝、厚2.0mm的2.5cm×2.5cm的鋁板。將該成形模水平載置在凹部溝的上面，向該凹部溝中注入上述溶液C在150℃下加熱15分鐘，并在上述成形模上放置厚為1.0mm、2.5cm×2.5cm的石英玻璃(折射率1.460)基板，將成形模和石英基板一起上下翻轉(zhuǎn)。然后在使成形模的凹部溝中的成形膜與基板表面相接觸的狀態(tài)下在200℃溫度下保溫30分鐘，然后脫模，得到在石英玻璃基板上貼附形成有高1.8μm、寬2μm、長(zhǎng)20mm的有機(jī)聚硅氧烷的光傳送部分(折射率1.48)的溝道型光波導(dǎo)。
從160℃開始加熱，20分鐘后緩緩加熱到180℃，保持20分鐘。由此形成高度為8μm、寬為8μm、長(zhǎng)為20mm、且具有折射率1.440的高折射率芯部和在其周圍的(芯部上面除外)的折射率為1.420的低折射率包層部分的階梯型光波導(dǎo)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以獲得由于聚硅氧烷膜硬化時(shí)體積收縮小且膜中殘存有大量甲基和苯基而導(dǎo)致膜的彈性大，膜的強(qiáng)度高且難以發(fā)生膜的龜裂的階梯狀衍射光柵。因此，可以廉價(jià)地得到用厚的有機(jī)聚硅氧烷膜構(gòu)成的耐熱性高的衍射光柵和光波導(dǎo)。
權(quán)利要求
1．一種階梯狀衍射光柵，由在基板及其表面上形成的1μm～1mm厚的有機(jī)聚硅氧烷膜構(gòu)成，該有機(jī)聚硅氧烷膜上形成有多個(gè)具有1μm～500μm范圍內(nèi)的預(yù)定寬度和5～500μm范圍內(nèi)的預(yù)定高度的階梯，上述有機(jī)聚硅氧烷膜以下述化學(xué)式(1)表示的二甲基硅氧烷和下述化學(xué)式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分，(CH3)2SiO2/2…(1)PhSiO3/2…(2)其中P是苯基或取代苯基。
2．如權(quán)利要求1所述的階梯狀衍射光柵，其中上述有機(jī)聚硅氧烷膜含有的所述二甲基硅氧烷基和所述苯基硅氧烷類的比例為1摩爾二甲基硅氧烷對(duì)0.3～9摩爾的苯基硅氧烷。
3．如權(quán)利要求1或2所述的階梯狀衍射光柵，其中上述階梯的面是沿上述有機(jī)聚硅氧烷膜的主表面形成的。
4．如權(quán)利要求1或2所述的階梯狀衍射光柵，其中上述階梯的面是沿與上述有機(jī)聚硅氧烷膜的主表面垂直的方向形成的。
5．如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的階梯狀衍射光柵，其中上述階梯的高度適合使波長(zhǎng)1.55μm和波長(zhǎng)1.3μm中的任一個(gè)選擇反射，或同時(shí)使這兩種波長(zhǎng)的光都選擇反射。
6．一種光波導(dǎo)元件，該光波導(dǎo)元件在基板表面上設(shè)置具有1～30μm的高度和寬度、和沿上述基板表面延伸的長(zhǎng)度的用來傳輸光的芯部，以及圍繞上述芯部或夾在上述芯部和基板之間的包層部分，上述芯部和包層部分的至少一個(gè)包含以由下述化學(xué)式(1)表示的二甲基硅氧烷和下述式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分的有機(jī)聚硅氧烷(CH3)2SiO2/2…(1)PhSiO3/2…(2)其中Ph是苯基或取代苯基。
7．如權(quán)利要求6所述的光波導(dǎo)元件，其中上述有機(jī)聚硅氧烷膜的芯部和包層部分中的一個(gè)以由上述化學(xué)式(1)表示的二甲基硅氧烷和上述化學(xué)式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分。
8．如權(quán)利要求6所述的光波導(dǎo)元件，其中上述有機(jī)聚硅氧烷膜的芯部和包層部分中的任何一個(gè)含有的所述二甲基硅氧烷類和所述苯基硅氧烷類的比例為1摩爾二甲基硅氧烷對(duì)0.3～9摩爾的苯基硅氧烷。
9．如權(quán)利要求8所述的光波導(dǎo)元件，其中上述芯部和上述包層部分包含二甲基硅氧烷和苯基硅氧烷，關(guān)于相對(duì)于1摩爾二甲基硅氧烷的苯基硅氧烷摩爾數(shù)，上述芯部比上述包層部分至少多0.5摩爾。
10．如權(quán)利要求6～9中任一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)元件，其中上述芯部的折射率比上述包層部分的折射率大0.002～0.10。
11．一種光波導(dǎo)元件，該光波導(dǎo)元件在基板表面上設(shè)置具有1～30μm的高度和寬度、和沿上述基板表面延伸的長(zhǎng)度的用來傳輸光的芯部，上述芯部以由下述化學(xué)式(1)表示的二甲基硅氧烷和下述式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分，且上述基板的折射率比上述芯部大，(CH3)2SiO2/2…(1)PhSiO3/2…(2)其中Ph是苯基或取代苯基。
全文摘要
提供一種可以低成本制造且耐熱性優(yōu)良的階梯狀衍射光柵,和耐熱性高、對(duì)近紅外區(qū)的通信波長(zhǎng)吸收少、可滿足可靠性和光通信波段的低損失的要求的光波導(dǎo)。該階梯狀衍射光柵,由在基板及其表面上形成的1μm～1mm厚的有機(jī)聚硅氧烷膜構(gòu)成,該有機(jī)聚硅氧烷膜上形成有多個(gè)具有1μm～500μm范圍內(nèi)的預(yù)定寬度和5～500μm范圍內(nèi)的預(yù)定高度的階梯,上述有機(jī)聚硅氧烷膜以下式(1)表示的二甲基硅氧烷和下式(2)表示的苯基硅氧烷為主要成分,(CH
文檔編號(hào)G02B1/04GK1319191SQ00801600
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2000年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月4日
發(fā)明者中村浩一郎, 堀雅宏, 山本博章 申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社