专利名称：光波导片材及其生产方法
技术领域：
本发明涉及光波导片材，其中由芯和覆层制成的光波导纤维在该片材的厚度方向上穿过塑料片材，而且其中多根光波导纤维彼此平行地排列，此外，本发明还涉及这种光波导片材的生产方法。
现有技术的描述近年来，愈加多功能、紧凑和轻便的电子设备的发展已为半导体领域带来了在芯片上生产集成光学回路的新技术。作为一个例子，正在发展采用超微生产技术在硅内加入极小光学回路(用于光波导)的集成光学回路，这样光被垂直弯曲，并且无须转化成电信号便可进行信号处理。然而，这个领域至今还未克服诸如漏光、光线性以及生产时遇到的各种困难之类的问题。
发明概述本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题。
作为解决上述问题的研究结果，本发明的发明人已经成功地发现，一种光波导片材能提供解决上述问题的办法，从而完成了本发明，在这种光波导片材中，每根都由芯和覆层构成的光波导纤维在片材厚度方向上穿过塑料片材，而且其中多根光波导纤维彼此平行地排列。
更具体地，本发明涉及光波导片材，其中每根都由芯和覆层制成的光波导纤维在该片基材的厚度方向上穿过塑料片材基材，而且其中多根光波导纤维彼此平行地排列；这种光波导片材的生产方法；以及在基材上形成由芯和覆层制成的光波导的光波导型光学回路中，部分或全部光波导使用上述光波导片材的光学回路。
附图简要说明
图1表示本发明光波导片材的从侧面(厚度)看的截面图以及俯视平面图。
图2表示本发明光波导片材的生产方法。
图3表示根据本发明用正型生产光波导片材的方法。
图4表示根据本发明用负型生产光波导片材的方法。
图5表示本发明的光波导片材应用实例。
图6表示本发明的光波导片材应用实例。
优选实施方案的详细描述下面描述本发明的具体实施方案。
图1(a)和图1(a’)是本发明光波导片材100和100’的侧视(厚度)截面图。图1(b)和图1(b’)是光波导片材100和100’的俯视平面图。在这些图中，图1(a)和图1(b)表示有很少的光波导纤维的光波导片材100，而图1(b)和图1(b’)表示有大量光波导纤维的光波导片材100’。
如图1所示，构成了光波导片材100和100’，其中由芯102和102’与覆层103和103’制成的光波导纤维排列在塑料片材101和101’中。光波导纤维在所述片的厚度方向上穿过塑料片材101和101’，而且多根光波导纤维彼此平行地排列。
在现有技术中熟知的材料都可以用作构成光波导纤维的芯102和102’与覆层103和103’。使用这些材料，从而使得芯102和102’的折射指数大于覆层103和103’的折射指数。此外，在塑料片材101和101’本身起覆层103和103’的作用的结构的情况下，可以使用对能量射线敏感的塑料片材101和101’，其折射指数小于芯102和102’的折射指数。
构成光波导纤维的覆层优选地是吸收入射光的物质，它既防止相邻光波导纤维的信号干扰，也防止入射光线尺寸大于芯或光轴发散的情况下的信号干扰。具体来讲，通过芯的波长的光的吸收率ε(λ)优选是0.01-4，更优选0.1-2。
这些光波导纤维可以包括其中光波导纤维外周边覆盖有一种或多种光纤维树脂的光波导纤维。
这些光波导纤维的直径优选是0.001-2毫米，更优选是0.003-1.5毫米。
在这些光波导纤维中，彼此平行地排列的相邻光波导纤维之间的最小距离优选是0.01微米或更大，更优选0.1-100微米。
在光波导片100和100’中，排列在塑料片材中的光波导纤维数优选地是——每100平方厘米的塑料表面积为500-40000根，更优选为每100平方厘米的塑料表面积为1000-20000根。
对塑料片材101和101’没有特别的限制，而可以使用的树脂实例包括乙烯基醚树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、硅树脂、碳氟树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯并噁唑树脂、聚碳酸酯树脂、酚树脂、氰酸酯(cyanate)树脂、双马来酰亚胺(bisumaleimide)树脂、由这些树脂中的两种或更多种树脂组成的复合树脂、或已进行化学键合的改性树脂。这些树脂也可以被氟化或氘化(deaterated)。
图2表示本发明光波导片材的生产方法。
这种生产方法包括下述步骤使用塑料基材通过压粘或熔融粘合将多根光波导纤维形成粘合在一起的集束；以及切割光波导纤维集束形成片，从而使该片的表面与光波导纤维的纤维方向垂直。
图2(a)是多根光波导纤维的侧面截面图；图2(b)是已用固定材料(例如热塑性树脂)固定的光波导纤维集束的侧面截面图。图2(c)是通过切粒(切割)转变成片的固定光波导纤维集束的侧面截面图，图2(d)是完成的光波导片的侧面截面图。
图2(a)所示出的由芯102和覆层103组成的光波导纤维201(参见图1)制成光波导纤维集束202，其中如图2(b)所示，借助固定材料203使多根纤维集结成束。接着如图2(c)所示，采用切粒(切割)将这种集束转变成光波导片，于是转变成图2(d)所示的光波导片。
在上述的生产方法中，生产步骤可以是连续的或非连续的(间歇工艺)。此外，切割后的端面可以进行抛光。
另外，作为一种用固定材料(例如热塑性树脂)203固定光波导纤维201的方法，光波导纤维201外周边可以预先涂布熔融树脂(热成型树脂)，然后加热集束的光波导纤维201，进行加热和加压处理，生产光波导纤维201的塑性组合材料，或者，可将光波导纤维201和热成型加工用树脂进行模塑塑料加工，生产塑料成型制品。
更进一步地，用激活能量射线(例如光、紫外光或辐射线)或热射线(例如红外线)固化的树脂可以用作在上述光波导纤维201的集束上的固定材料203，接着固化这种固化树脂。
下面的说明涉及本发明光波导片材的另一种生产方法。这种生产方法包括下述步骤(1)形成对激活能量射线敏感的树脂层；(2)或者直接地或者采用掩膜从对激活能量射线敏感的树脂层表面进行激活能量射线辐照，所述树脂层如此构成由芯和覆层构成的光波导纤维可沿该片材的厚度方向穿过树脂片，而且多根光波导纤维彼此平行地排列。
采用正型和负型可以实现生产上述光波导片材的方法。
首先参照图3就有关使用正型的生产方法进行说明，该图3示出了分段的生产步骤。
首先，如图3(a)所示，先制备片材301，其中如必要可将正型(例如光-敏或热敏的)塑性组合物涂到基材表面，例如可除去的薄膜。
其次，如图3(b)所示，加热片材301，使正型树脂组合物交联。
然后，如图3(c)所示，采用掩膜302从交联的正型树脂薄膜表面(或直接地)进行激活能量射线辐照。接着加热以产生图3(d)所示的状态。
在上述利用正型的方法中，涂布的薄膜是已热固化的正型光敏的涂布薄膜，该薄膜受到紫外线或可见光线的照射，借此切去辐照的交联部分。由这些辐照部分和未曝光部分得到的固化部分与部分固化部分可产生涂布薄膜的交联密度差，而这些密度差反过来会造成折射指数差，这些折射指数差具有与芯和覆层同样的效果。因此，本方法可得到一种其作用与光波导纤维等效的结构。作为正型树脂组合物，可以利用该现有技术领域中熟知的结构，没有任何特别的限制。
参照图4就有关负型生产方法进行说明，该图4示出了分段的生产步骤。
如图4(a)所示，首先制备未固化的负型树脂薄膜401。其次，如图4(b)所示，采用掩膜402从负型树脂薄膜表面(或直接地)进行激活能量射线辐照，产生在辐照部分形成交联部分403的状态，如图4(c)所示。
接着加热，从而如图4(d)所示，使未交联部分404固化，并且通过将泡沫材料(发泡剂混合物)或聚合物微粒混合，将未交联部分404的折射指数调整到低于交联部分403的水平。
这种负型生产方法是一种辐照负型薄膜，然后实施固化不同部分的过程以降低折射指数的方法。该方法可在这些薄膜部分产生光折射指数差，因此产生了芯和覆层的作用，从而形成一种其作用与光波导纤维等效的结构。
另外，除了上述方法外，还可以采用这样一种方法，其中，进行负型薄膜的第一阶段曝光，接着进行不同部分的第二阶段曝光。改变第一阶段和第二阶段曝光强度可造成涂布薄膜交联强度差，从而造成光折射指数差，于是产生了芯和覆层作用。这样，可以形成一种其作用与光波导纤维等效的结构。
在日本专利延迟公开号1999-44827和日本专利延迟公开号2000-281421中公开了通过光辐照方法部分调节折射指数，从而约束和传输光的技术。
这些技术可以应用于图3和图4示出的生产方法，以便产生光折射指数差，因此产生芯和覆层作用。这样，可以形成一种其作用与光导纤维等效的结构。
本发明的光波导片可以在偶合光的器件中用作发光片材和接受光片材，或选择地，在光波导-型光学回路的部分或整个光波导管中可以使用本发明的光波导片，其中光波导管是由基材上的芯和覆层构成的。
图5表示一种器件，其中本发明的光波导片安装在电子光子器件中配置的发光元件与在包装基材上配置的接受光元件之间。
本发明的光波导片501安装在包装基材503上，并且与包装基材503和电子光子器件504连接，电子光子器件504能够通过发光元件502(例如表面发射激光器)和接受光元件506进行超快速计算。将控制到包装基材503中所需要的光量的发光元件502的输出光提供给接受光元件而构成一种光学回路。
图6示出一个应用实例，其中本发明的光波导片用于构成布线光学回路(optical wired circuit)。LS1芯片601和606通过焊料突起610安装在印刷基材601上。光元件单元602和607由发光元件和接受光元件制成，LS1芯片601和606每个的一部分上都形成有这些光元件单元602和607，而这些光元件单元602和607主要实现信号转移，并且通过本发明的光波导片604和605与高速光总线609相连，光总线609设置在印刷基材601的外面。另外，LS1芯片601和606也通过低速金属线608与印刷基材601相连，以传输原则上是电源的高电流信号。
权利要求
1.一种生产光波导片的方法，其中，对于通过光辐照调节折射指数的塑料片材，直接地或采用掩膜进行激活能量射线辐照两次，同时改变辐照强度，从而产生光折射指数差，并因此产生芯和覆层的作用，使得形成了光波导纤维，该光波导纤维在所述片材的厚度方向上穿过所述的片材，而且使得多根所述光波导纤维彼此平行地排列。
2.根据权利要求1所述的生产光波导片的方法，其中构成所述光波导纤维的所述覆层的对于由所述芯发射的波长λ的光的吸收率ε(λ)是0.01-4。
3.根据权利要求1所述的生产光波导片的方法，其中构成所述光波导纤维的所述覆层的对于由所述芯发射的波长λ的光的吸收率ε(λ)是0.1-2。
4.根据权利要求1所述的生产光波导片的方法，其中所述光波导纤维的直径是0.001-2毫米。
5.根据权利要求1所述的生产光波导片的方法，其中所述光波导纤维的排列使得相邻的所述光波导纤维之间的最小距离是至少0.01微米。
6.根据权利要求1所述的生产光波导片的方法，其中排列在塑料片材中的光波导纤维数是，每100平方厘米塑料片材表面积为2500-40000根。
全文摘要
本发明涉及一种光波导管使用的最佳片材。在这种光波导片材中，在塑料片材基材中的光波导纤维由芯和覆层构成，该光波导纤维在该片材的厚度方向上穿过该片材，而且多根光波导纤维彼此平行地排列。这种片材的生产方法包括下述步骤使用塑料基材，通过熔融粘合或压粘使多根光波导纤维形成集束，然后通过将这种光波导纤维集束切割成片，从而使该片的表面与光波导纤维的纤维方向垂直。
文档编号G02B6/06GK1924625SQ20061015158
公开日2007年3月7日 申请日期2002年10月3日 优先权日2001年10月4日
发明者今井玄儿 申请人:关西油漆株式会社