聚合物基底上的聚合物光波导的端面制备方法

专利名称：聚合物基底上的聚合物光波导的端面制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备光波导器件例如集成聚合物光波导的端面的方法，和由此方法制成的光学器件。
背景技术：
通过使用芯层聚合物和包层聚合物，且芯层聚合物的折射系数稍高于包层聚合物的折射系数来形成聚合物光波导。各种光学器件比如集成分束器、耦合器、阵列波导光栅和光波导放大器都可以用光波导形成。
为使光波导器件插入在光纤通信网络中，必须能够将光纤连接到波导。将光纤连接到波导的常用方法是所谓的“底部耦合(butt-coupling)”法，它生成一个光滑的波导端面，然后将抛光了的光纤端面对准波导。之后使用粘合剂将波导和光纤粘结在一起。这种技术需要一个光滑的波导端面。
传统上，波导芯片的端面可用颗粒尺寸逐渐减少的多层薄膜通过抛光制备而成。但是，抛光法有两点问题。第一，为了通过抛光得到光滑的表面，在抛光处理时需要例如水或其它液体的润滑剂。润滑剂会渗透到波导芯片中，从而导致在波导薄膜和基底之间产生间隙或分离。第二，不同材料的抛光率也不同。就聚合物基底上的聚合物波导来说，它包含有至少三种不同类型的聚合物，这些材料包括基底材料、包层材料和芯层材料。基底、包层以及芯层材料的抛光率之差导致拖尾效应(smearing effects)，阻止了光滑端面的形成。
本发明公开了一种方法，用于克服现有技术中存在的上述问题或缺点中的至少一个。

发明内容
本发明涉及一种制备聚合物波导芯片的端面的方法，该方法包括使端面与刀片接触并使端面和刀片之间产生相对运动。
当端面被制备成足够的光滑时，其表面粗糙度(RMS)近似为0.2μm，光学器件例如至少一条光纤就被连接到制备好的端面上。
本发明还公开了一种根据本发明的方法制成的光学聚合物波导芯片。
在另一实施例中，通过将聚合物波导晶片切成至少两个聚合物波导芯片制备出聚合物波导芯片的端面。然后，使端面与刀片接触并使端面和刀片之间产生相对运动。
在再一实施例中，可通过使端面与刀片接触并在端面和刀片之间产生相对运动在聚合物基底上制备聚合物波导的端面，该聚合物波导包含包层材料和芯层材料。聚合物基底、包层材料和芯层材料可以包含至少三种不同的聚合物。


在此引入并构成说明书的一部分的所附附图，举例说明了本发明的实施例，以及同上面给出的发明内容和以下将要给出的具体实施方式
一起，用于解释本发明的特征。在附图中图1概括说明与光学聚合物波导物理连接的方法；图2(a)概括说明与光学聚合物波导物理连接的粘合剂粘结方法的侧视图；图2(b)概括说明物理连接V型槽子组件的主视图；图3概括说明显微镜用薄片切片处理的机构；图4是聚合物光波导芯片端面的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
具体实施例方式
在下列说明中，附图中的参数形成附图的一部分，通过对实行本发明的具体示范性实施例的说明来示出。这些实施例将被详细说明以使本领域的技术人员能够实施本发明，以及将会明白也可以使用其它的实施例和在不脱离本发明的范围下进行变化。
本发明涉及一种制备聚合物波导芯片的方法，该方法包括使端面与刀片接触并使端面和刀片之间产生相对运动。根据该方法，可从端面削去至少一层，最多可达50微米厚。优选地，削去层的厚度值为1到30微米厚。在一个实施例中，刀片是指显微镜用薄片切片机刀片。刀片可由选自金属、玻璃、陶瓷和金刚石材料中的一种材料制成。此外，例如，刀片可以是激光束的形式。
本发明还公开了一种根据本发明的方法制成的光学聚合物波导芯片。
当端面被制备成足够的光滑时，例如具有的表面粗糙度(RMS)近似为0.2μm，至少一种光学产品例如，光纤、激光器、接收器、滤光器、光学透镜或光栅，就被连接到已制备好的端面上。在一个实施例中，光学产品的将被连接到已制备好的端面的一端在被连接之前先被抛光。例如，光学产品可以是光纤(或光纤束)，在它的一端被抛光。
聚合物波导芯片和光学产品子连接组件放置在对准台，例如六自由度的对准台上。光学产品子连接组件包括任一公知的光学器件，例如纤维光学毛细管，或硅树脂V型槽阵列。在聚合物波导芯片和光学产品子连接组件之间可以设置例如环氧树脂的粘合剂。
使用时，粘合剂可经过固化处理，例如，紫外线曝光或热加工处理。在固化处理过程中还可以调整使聚合物波导芯片和光学产品连接组件之间对准。
在另一实施例中，通过将聚合物波导晶片切成至少两个聚合物波导芯片制备聚合物波导芯片的端面。在该实施例中，然后使端面与刀片接触并在端面和刀片之间产生相对运动以便得到一个足够光滑的端面，这将容许光学器件连接到该端面。
在再一实施例中，通过将刀片或芯安装在机动化平台上制备聚合物波导芯片的端面。该机动化平台可被控制，例如使用微机控制。
在一个实施例中，通过使端面与刀片接触并在端面和刀片之间产生相对运动在聚合物基底上制备聚合物波导的端面，该聚合物波导包含包层材料和芯层材料。聚合物基底、包层材料和芯层材料可以包含至少三种不同的聚合物。
图1概括说明与光学聚合物波导物理连接的方法。例如，在物理连接的方法中，由纤维光学毛细管或硅晶V型槽阵列形成的预制光学产品连接子组件的端面被抛光，该端面将被连接到光学聚合物波导。光学聚合物波导被切成片，并且在与光学产品连接子组件进行连接之前其端面被抛光。端面已制备好的光学产品连接子组件和光学聚合物波导芯片被放置到六自由度的精密对准台上。在对光学产品与聚合物波导芯片进行最大限度的平移和转动的精密机械调整之后，将粘合剂比如环氧树脂放置到光学产品和聚合物波导芯片之间。粘合剂随后经过固化，例如紫外线曝光或热加工，使光学产品和聚合物波导芯片之间的相对位置固定。由于事实上单模光学产品芯和单模聚合物波导芯片的尺寸都是微米量级的，取得容许等级的光学损失的对准公差在次微级之内。此外，当光学产品和聚合物波导芯片之间的粘合剂被固化时，因为粘合剂的收缩引起对准变化，所以经常需要在原位置处重新对准调整。
图2(a)概括说明与聚合物波导芯片物理连接的粘合剂粘结方法的侧视图。图2(b)概括说明物理连接V型槽子组件的主视图。
图3概括说明显微镜用薄片切片处理的结构。聚合物波导芯片置于精确的位置和角度。刀片和样本经过相对运动，以致每切一次，就削掉一层可达50微米厚的聚合物，例如，范围在1到30微米的聚合物被自波导芯片的端面削掉。刀刃光滑和刀片坚硬有助于取得光滑的聚合物波导芯片的端面。
在2001年11月7日提交的美国专利申请No.10/045,317中，发明人已经公开了一种在聚合物基底上，即聚合物波导晶片上，制备聚合物波导的方法，在此引入该申请作为参考。制备聚合物晶片的一般方法是首先从制备基底开始。对基底表面进行清理，除去在基底表面上残留的所有粘合剂。典型地，基底由铸塑或注射模塑成形，提供一相对光滑的表面，在该表面上很难沉积全氟聚合物，一般而言是因为全氟聚合物的不具有粘合性的特性。
在清理之后，制备基底，使较低的包层能更好的粘合到基底的表面。制备基底可通过使表面粗糙或改变表面的化学性能以很好地保留含较低的包层的全氟聚合物，一种硬化方法的例子是用氩进行反应离子蚀刻(RIE)。氩使基底的表面物理变形，在深度上生成理想的硬度，近似50到100毫微米。一种方法是改变基底表面的化学特性，它使用氧离子进行RIE(反应离子蚀刻)。氧离子与组成基底表面的聚合物结合，在基底表面上引起化学反应，使基底表面氧化。基底的氧化允许组成较低包层的全氟聚合物的分子与基底粘合。熟悉本领域的技术人员将会认识到还可以用其它方法制备基底。
然后将较低包层沉积到基底上。对于由聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]构成的较低包层，将固态聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]溶解于溶剂中，所述溶剂为市售商标为FC-75的全氟(2-丁基四氢呋喃)，和市售商标为FC-40的全氟烷基胺。其它可用溶剂是全氟化多醚，如市售商标为HGALDEN系列的HT170，或氢氟代多醚，如市售商标为H GALDEN系列的ZT180和ZT130。对于由其它聚合物构成的较低包层，每种聚合物被溶解在合适的溶剂中形成聚合物溶液。然后用已知的旋转涂敷技术将聚合物溶液旋转涂敷到基底上。然后对基底和较低包层加热以使溶剂从溶液中蒸发出来。
例如，较低包层以层状旋转涂敷，以使第一层被涂到基底，将其烘烤至使溶剂蒸发，并退火以使聚合物硬化，第二层被涂到第一层上并被退火以使聚合物硬化，第三层被涂到第二层上并且也被退火以使聚合物硬化。例如，在所有层涂敷之后，较低包层高达8至12毫米。尽管上面的描述应用了三层，但熟悉本领域的技术人员将会明白可以使用多于或少于三层。
在较低包层被干燥和硬化之后，将聚合物芯层沉积到较低包层上，例如，使用与上面描述的将较低包层沉积到基底上的技术相同的技术。代替将几个芯层的子层沉积到较低包层上，例如可以只将一层芯层沉积到较低包层上。芯层可以溶解在较低包层不能溶的溶剂中，以使溶剂不能渗透较低包层去破坏它。
对由聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氢呋喃]构成的芯层，将固态聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氢呋喃]溶解在溶剂，比如市售商标为CT-SOLV 180TM的全氟代三烷基胺中，或其它容易使聚合物溶解的溶剂中，形成聚合物溶液。或者，可以从市场上购买已经配好溶液状态的聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氢呋喃]。在涂加芯层物质并干燥之后，使用低温烘烤处理使芯层薄膜硬化。在芯层干燥之后，芯层和较低包层的厚度为例如近似12～16微米。
接下来，蚀刻芯层以形成理想的芯层形状。例如，通过本领域公知的RIE进行蚀刻。但是，熟悉本领域的技术人员将会明白还可以其它的方法蚀刻芯层。
接下来，将较上包层沉积到芯、芯层和较低包层的没有被芯或芯层遮盖的其它剩余部分。例如，同较低包层相似，较上包层被层状旋转涂敷，比如第一层涂敷到芯上和较低包层的没有被芯遮盖的剩余部分上，烘烤以使溶剂蒸发，并退火以使聚合物硬化，第二层被涂敷到第一层，烘烤和硬化，第三层被涂敷到第二层，并也烘烤和硬化。
例如较上包层可以溶解于芯和芯层不能溶的溶剂中，以使溶剂不会渗透芯和芯层进而破坏芯和芯层。例如，在所有层涂敷之后，整个波导的高度为近似15～50微米。尽管描述的三层的应用，但熟悉本领域的技术人员将会明白可以使用多于或少于三层。较上包层的材料与较低包层的材料可以相同或不同，但它们的折射近似相等，例如，光固化氟化丙烯酸酯或热固性树脂。
各个层不必光滑，但是绕芯的等高线的曲率随连续的层减少。熟悉本领域的技术人员将会明白高度光滑或平坦的单个包层即可通过旋转涂敷也可通过铸造加工得到。
聚合物基底可以选自例如聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素、热塑性弹性体、丙烯酸亚乙基丁酯、亚乙基乙烯醇、亚乙基四氟乙烯、氟化亚乙基丙烯、聚醚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮、聚全氟烷氧乙烯、尼龙、聚苯并咪唑、聚酯、聚乙烯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、ABS聚合物(比如聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、缩醛聚合物、聚[2，2-双三氟甲基-4，5-二氟代-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]、聚[2，3-(全氟烯基)全氟四氢呋喃]、聚[2，2，4-三氟代-5-三氟代甲氧-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]和其它的热塑性聚合物；以及热固性聚合物。可以从例如邻苯二甲酸二烯丙酯、环氧树脂、呋喃、酚醛树脂、热固性聚酯、聚氨酯和乙烯基酯中选择热固性聚合物。然而，本领域技术人员会认识到可以使用以上列举的至少两种聚合物的混合物或者其它聚合物。
可以从例如无规玻璃状聚合物材料中选择聚合物波导。这些聚合物波导在于2003年2月7日递交的、名称为“纳米孔径的无规玻璃状聚合物材料(Nanoporous Random Glassy Polymers)”、Attorney Docket为07033.0060的美国专利申请10/359，725中有所描述，该申请在此引入作参考。无规玻璃状基质可包括至少一种选自于聚合物、共聚物和三元共聚物的聚合体。无规玻璃状基质也可包括尺寸在约1nm至约1000nm范围内的孔。
例如，无规玻璃状基质可包括至少一种卤化聚合物，如卤化弹性体、全卤化弹性体、卤化塑料或者全卤化塑料，或者是其自身，或者是以与本文所列举的其它基质材料的混合物。本文公开的三氟聚合物可以为，例如选自于氟代弹性体、全氟代弹性体、氟代塑料和全氟代塑料的物质。
无规玻璃状基质可包括至少一种选自于聚合物、共聚物、三聚物的至少一种聚合物实体，其中三聚物包括至少一种选自于下式中一种的氟化卤化单体 和 其中可以相同或不同的R1，R2，R3，R4和R5各选自于线性或者支化的烃类链，可能形成至少一个饱和或者不饱和的碳环，其中烃类链的至少一个氢原子可以为卤化的、卤化烷基、卤化芳基、卤化环烷基、卤化烯基、卤化亚烷基醚、卤化硅氧烷、卤化醚、卤化聚醚、卤化硫醚、卤化亚甲硅基和卤化硅氮烷。可以相同或不同的Y1，Y2各选自于H、F、Cl和Br原子。Y3选自于H、F、Cl和Br原子、CF3自由基和CH3自由基。
或者，聚合物、共聚物和三聚物可包括由下面所列举单体制备的缩合产物HO-R-OH+NCO-R′-NCO或者
HO-R-OH+Ary1-Ary2，其中可以相同或不同的R，R’各选自于卤化亚烷基、卤化硅氧烷、卤化醚、卤化亚甲硅基、卤化亚芳基、卤化聚醚和卤化环亚烷基。可以相同或不同的Ary1、Ary2各选自于卤化芳基和卤化烷基芳基。
本文所用的Ary定义为饱和或者不饱和的卤化芳基、卤化烷基芳基基团。
或者，无规玻璃状基质可包括至少选自于下列物质的聚合物体卤化环烯烃聚合物、卤化环烯烃共聚物、卤化多环聚合物、卤化聚酰亚胺、卤化聚醚醚酮、卤化环氧树脂、卤化聚砜和卤化聚碳酸酯。
无规玻璃状基质可以为，例如在较宽波长范围内具有非常少吸收损耗的氟化聚合物主体基质。因此，这种氟化聚合物材料可适于光学应用。
例如，卤化芳基、烷基、亚烷基、亚烷基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团中的至少一种为部分卤化的，也就是说基团中的至少一个氢被卤素代替。另一实施例中，所述基团中的至少一个氢被氟代替。或者，芳基、烷基、亚烷基、烯基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团中的至少一种为完全卤化的，也就是说基团的每个氢都被卤素代替。此外，例如芳基、烷基、亚烷基、烯基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团中的至少一种为完全氟化的，也就是说每个氢都被氟取代。而且，烷基和亚烷基基团可包括1和12碳原子。
另外，无规玻璃状基质可包括一种或多种不同卤化聚合物如氟代聚合物的组合物。此外，无规玻璃状基质也可包括至少一种其它聚合物，如包括至少一个官能团如亚膦酸酯、磷酸酯、羧酸酯、硅烷、硅氧烷、硫化物的卤化聚合物，该官能团包括POOH，POSH，PSSH，OH，SO3H，SO3R，SO4R，COOH，NH2，NHR，NR2，CONH2和NH-NH2，其中R可包括选自于芳基、烷基、亚烷基、烯基醚、烷氧、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团中的至少一种基团。
另外，无规玻璃状基质也可包括选自于乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、芳香酸乙烯酯、乙烯基酯、αβ不饱和酸酯、不饱和羧酸酯、氯乙烯、偏二氯乙烯和二烯单体的均聚物和共聚物中的至少一种实体。而且，无规玻璃状基质也可包括含氢的氟代弹性体、含氢的全氟弹性体、含氢的氟代塑料、全氟代热塑性塑料、至少两种不同的氟代聚合物或者交联的卤化聚合物。
无规玻璃状基质的例子包括聚[2，2-双三氟代甲基-4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，2-双全氟代烷基-4，5-二氟代-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氢呋喃]，聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]，聚(五氟代苯乙烯)，氟化的聚酰亚胺，氟化的聚甲基丙烯酸甲酯，聚氟代丙烯酸酯，聚氟代苯乙烯，氟化的聚碳酸酯，氟化的聚(N-乙烯基咔唑)，氟化的丙烯氰-苯乙烯共聚物，氟化的Nafion，氟化的聚(亚苯基亚乙烯基)，聚氟代丙烯酸酯，氟化的聚碳酸酯，全氟代-多环聚合物，氟化的环烯烃的聚合物，或者氟化的环烯烃的共聚物。
通过使无规玻璃状基质中包括至少一个卤原子如至少一个氟原子，由本文所公开方法所得的聚合物基质和所得的纳米复合材料的光学性能会优于常规的纳米复合材料。与烃聚合物中的C-H键不同，碳-卤键(如C-F)朝着电信应用所用范围之外更长的波长移动振动泛音(vibrational overtone)。例如，碳-卤键表现出具有低吸收水平范围的振动泛音，特别是在850、1310和1550nm附近的电信波长该范围为约0.8微米至约0.9微米，且该范围为约1.2微米至1.7微米。由于在部分卤化到完全卤化的过程要除去氢，因为由振动泛音而致的光吸收降低了。
定量聚合物中氢数量的一个参数是对特定单体单元中每个氢的分子量。对光学应用中适用的高卤化聚合物而言，这个比率可以为约10至100或者更大。对全氟化材料而言该比率可接近于无穷大，全氟化材料中，可以相同或不同的R1，R2，R3，R4和R5各选自于线性或者支化的烃类链，可能形成至少一个饱和或者不饱和的碳环，其中烃类链的至少一个氢原子可以为氟化的、氟化的烷基、氟化的芳基、氟化的环烷基、氟化的烯基、氟化的亚烷基醚、氟化的硅氧烷、氟化的醚、氟化的聚醚、氟化的硫醚、氟化的亚甲硅基和氟化的硅氮烷。可以相同或不同的Y1，Y2各选自于H、F原子，且Y3选自于H和F原子、CF3和CH3。
或者，氟聚物可包括由以下所列举的单体所得到的缩合产物HO-R-OH+NCO-R′-NCO；或者HO-R-OH+Ary1-Ary2，其中可以相同或不同的R，R’各选自于氟化的亚烷基、氟化的硅氧烷、氟化的醚、氟化的亚甲硅基、氟化的亚芳基、氟化的聚醚和氟化的环亚烷基；可以相同或不同的Ary1、Ary2各选自于氟化的芳基和氟化的烷基芳基。
本文所用的Ary定义为饱和或者不饱和的、氟化芳基或者氟化的烷基芳基基团。
或者，氟代聚合物也可选自于氟化的环烯烃聚合物、氟化的环烯烃共聚物、氟化的多环聚合物、氟化的聚酰亚胺、氟化的聚醚醚酮、氟化的环氧树脂、氟化的聚砜和氟化的聚碳酸酯。
例如，氟化的芳基、烷基、亚烷基、亚烷基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团被至少部分地氟化，也就是说基团中的至少一个氢被氟代替。或者，这些芳基、烷基、亚烷基、亚烷基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团是被完全氟化的，也就是说基团的每个氢都被氟代替。而且，烷基和亚烷基基团可包括1和12碳原子。
另外，氟代聚合物可含有至少一个官能团如亚膦酸酯、磷酸酯、羧酸酯、硅烷、硅氧烷、硫化物，包括POOH，POSH，PSSH，OH，SO3H，SO3R，SO4R，COOH，NH2，NHR，NR2，CONH2和NH-NH2，其中R可包括选自于芳基、烷基、亚烷基、硅氧烷、硅烷、醚、多醚、硫醚、亚甲硅基和硅氮烷基团。进一步地，氟代聚合物可以选自于乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、芳香酸乙烯酯、乙烯基酯、α β不饱和酸酯、不饱和羧酸酯、氯乙烯、偏二氯乙烯和二烯单体的均聚物和共聚物。例如，氟代聚合物可以选自于含有氢的氟代弹性体、含有氢的全氟代弹性体、含有氢的氟代塑料和全氟代塑料和交联含氟聚合物。
氟代聚合物的例子包括聚[2，2-双三氟代甲基-4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，2-双全氟代烷基-4，5-二氟代-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氢呋喃]，聚[2，2，4-三氟代-5-三氟甲氧-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]，聚(五氟代苯乙烯)，氟化的聚酰亚胺，氟化的聚甲基丙烯酸甲酯，聚氟代丙烯酸酯，聚氟代苯乙烯，氟化的聚碳酸酯，氟化的聚(N-乙烯基咔唑)，氟化的丙烯腈-苯乙烯共聚物，全氟代磺酸酯离聚物如氟化的Nafion，以及氟化的聚(亚苯基亚乙烯基)。
例如，氟代聚合物可选自于全氟代聚合物。此外，例如，氟代聚合物可以为聚(环全氟丁烯基乙烯基醚)。
另外，无规玻璃状基质可包括足够透明适于光学应用地任何聚合物。这种聚合物的例子包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、环氧树脂、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、丙烯酸酯聚合物、PET、聚亚苯基亚乙烯、聚醚醚酮、聚(N-乙烯基咔唑)、丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚(亚苯基亚乙烯)。
无规玻璃状基质也可包括复合材料。这些复合材料在于2003年2月19日递交的、名称为“光学聚合物纳米复合物(Optical Polyme Nanocomposites)”、Attorney Docket数为07033.0070的美国专利申请10/367,683中有所描述，该申请在此引入作参考。例如，一种复合材料包括如分布在整个聚合物或者如先前所述的无规玻璃状基质中的纳米颗粒。
纳米颗粒是具有纳米尺度测定尺寸的材料的颗粒。一般而言，纳米颗粒比团簇(某些情况下可能只是为几百个原子)更大，但具有相当大的表面积与总体积比。当纳米颗粒具有约10nm至约500nm的大小时，术语纳米颗粒可包括尺寸落在该范围之外的颗粒。
纳米颗粒可由许多材料制得。这些材料中，例子包括，过渡金属、稀土金属、VA族元素、聚合物、染料、半导体、碱土金属、碱金属、IIIA族元素和IVA族元素。此外，例如，纳米颗粒可选自于金属、玻璃、陶瓷、耐火材料、介电材料、碳和石墨、包括塑料和弹性体的天然和合成的聚合物、染料、离子、合金、化合物、复合物和过渡金属的络合物。
此外，纳米复合材料可以为结晶的、无定形的、这些结构的混合物或者组合物。纳米颗粒可以为裸露的、涂覆过的、裸露的芯壳、涂覆过的芯壳。此外，纳米颗粒自身可看作纳米颗粒基质，它可包括宽阵列的材料、单质、元素的混合物、化学计量的或者非化学计量的化合物。
纳米颗粒也可包括外部涂层，它至少部分地涂覆纳米颗粒并抑制它们的聚集。适当的涂层材料可具有与主体基质相容的尾基和头基，该头基可通过物理吸附或者化学反应连接到颗粒的表面。然后纳米颗粒可掺杂有有效数量的掺杂剂材料。有效量是达到所需效果所必要的数量。
掺杂有玻璃状介质、单晶或者聚合物的纳米颗粒可嵌入聚合物或者无规玻璃状基质材料中。活性的纳米颗粒可以是无规或者均匀分布的。稀土掺杂的或者共掺杂的纳米颗粒、玻璃、单晶、有机染料或者聚合物可以是例如，嵌入到聚合物芯层材料中。当由于纳米颗粒与周围聚合物芯层无规玻璃状基质之间的物理、化学或热性能不匹配而产生界面分层的情况下，可将顺从层(compliancelayer)涂覆到纳米颗粒上以增强纳米颗粒与无规玻璃状基质聚合物芯层之间的界面性能。
权利要求
1.一种制备聚合物波导芯片的端面的方法，所述方法包括使端面与刀片接触并使端面和刀片之间产生相对运动以得到所制备的端面。
2.如权利要求1所述的方法，其中所制备的端面具有足以连接到至少一个光学产品上的光滑度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述刀片是切片机刀片。
4.如权利要求1所述的方法，其中至少一个光学产品连接到所制备的端面。
5.如权利要求4所述的方法，其中至少一个光学产品是光纤。
6.如权利要求4所述的方法，其中至少一个光学产品是激光器。
7.如权利要求4所述的方法，其中至少一个光学产品是接收器。
8.如权利要求4所述的方法，其中至少一个光学产品是滤光器。
9.如权利要求4所述的方法，其中至少一个光学产品是光学透镜。
10.如权利要求4所述的方法，其中至少一个光学产品是光栅。
11.如权利要求4所述的方法，其中光学产品的被连接到所制备端面的一端在连接之前进行抛光。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述聚合物波导芯片和光学产品连接子组件定位到对准台上。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述对准台是六自由度的精确对准台。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述光学产品连接子组件包括纤维光学毛细管或者硅树脂V型槽阵列。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括将粘合剂放置在所述聚合物波导芯片与所述光学产品连接子组件之间。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述粘合剂为环氧树脂。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述粘合剂随后进行至少一种固化过程。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一种固化过程选自于紫外光曝光和热处理过程。
19.如权利要求15所述的方法，进一步包括在至少一个固化过程中调整所述聚合物波导芯片与所述光学产品连接子组件之间的所述对准。
20.如权利要求1所述的方法，其中最多50微米厚的至少一层从所述端面切下。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述至少一层为1至30微米厚。
22.一种由如权利要求1所述方法所制得的光学聚合物波导芯片。
23.一种制备聚合物波导芯片的端面的方法，所述方法包括将聚合物波导晶片切成至少两个聚合物波导芯片；使所述端面与刀片接触；且使所述端面与所述刀片之间产生相对运动。
24.一种如权利要求23所述的制备聚合物波导芯片的端面的方法，其中刀片或者聚合物波导芯片被安装在机械化的平台上。
25.一种如权利要求24所述的制备聚合物波导芯片的端面的方法，其中刀片或者聚合物波导芯片被安装在由计算机控制的机械化的平台上。
26.一种如权利要求24所述的制备聚合物波导芯片的端面的方法，其中刀片是由选自于金属、玻璃、陶瓷和金刚石材料的一种材料制得。
27.一种如权利要求23所述的制备聚合物波导芯片的端面的方法，其中刀片是通过激光束形成的。
28.一种制备聚合物波导的端面的方法，所述聚合物波导包括在聚合物基底上的包层材料和芯层材料，所述方法包括使所述端面与刀片相接触并使所述端面与所述刀片之间产生相对运动，其中所述聚合物基底、所述包层材料和所述芯材材料含有至少三种不同的聚合物。
29.如权利要求27所述的方法，其中聚合物基底选自于聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素、热塑性弹性体、丙烯酸亚乙基丁酯、亚乙基乙烯醇、亚乙基四氟乙烯、氟化亚乙基丙烯、聚醚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮、聚全氟烷氧乙烯、尼龙、聚苯并咪唑、聚酯、聚乙烯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、ABS聚合物、缩醛聚合物、聚[2，2-双三氟甲基-4，5-二氟代-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]、聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氢呋喃]、聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-间二氧杂环戊烯-共-四氟乙烯]和其它的热塑性聚合物；以及热固性聚合物和它们的混合物。
30.如权利要求29所述的方法，其中热固性聚合物选自于至少一种邻苯二甲酸二烯丙酯、环氧树脂、呋喃、酚醛树脂、热固性聚酯、聚氨酯和乙烯基酯。
31.如权利要求28所述的方法，其中所述聚合物波导包括无规玻璃状聚合物基质或者聚合物纳米复合物。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述无规玻璃状聚合物基质或者所述聚合物纳米复合物包括选自于聚合物、共聚物和三聚物的至少一种聚合物体。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述无规玻璃状聚合物基质或者所述聚合物纳米复合物包括卤化的弹性体、全卤化的弹性体、卤化的塑料和全卤化的塑料。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述聚合物纳米复合物包括由选自于过渡金属、稀土金属、VA族元素、聚合物、染料、半导体、碱土金属、碱金属、IIIA族元素和IVA族元素的材料制成的纳米颗粒。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述纳米颗粒是由选自于金属、玻璃、陶瓷、耐火材料、介电材料、碳和石墨、包括塑料和弹性体的天然和合成的聚合物、染料、离子、合金、化合物、复合物和过渡金属络合物的材料制成的。
36.如权利要求34所述的方法，其中所述纳米颗粒包括至少一个外涂层。
37.如权利要求31所述的方法，其中无规玻璃状聚合物基质包括尺寸在约1nm至约1000nm范围内的孔。
38.如权利要求2所述的方法，其中所述端面的表面粗糙度约为0.2μm。
39.一种制备聚合物波导芯片的方法，如权利要求1所述，其中刀片是由选自于金属、玻璃、陶瓷和金刚石材料的一种材料制得。
40.一种制备聚合物波导芯片的方法，如权利要求1所述，其中刀片是通过激光束形成的。
全文摘要
本发明涉及一种制备聚合物波导芯片的端面的方法，该方法包括使端面与刀片接触并使端面和刀片之间产生相对运动。一个实施例中，刀片是切片机刀片。一旦将端面制成使得它足够光滑，就可将光学器件如至少一种光纤连接到所制备的端面。此外本发明还公开了一种根据本发明方法制得的光学聚合物波导芯片。
文档编号G02B6/13GK1659460SQ03812786
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月4日 优先权日2002年4月4日
发明者高任远, 安东尼·F·格里托, 高任峰, 罗伯特·M·米尼尼, 伊莱·C·金 申请人:光斯公司