電気光学高分子を用いた電磁波強度測定技術の構築

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11355011
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 戒能 俊邦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (00281709)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小松 京嗣 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (90261502) ; 谷内 哲夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (80260446)
• Keywords: 電気光学ポリイミド / 光導波路 / 電磁波センシング / FOTOPUROSESU / UV硬化エポキシ樹脂 / トリシアノフラン環 / ポリアリルエーテ / 偏波依存性

Research Abstract

本年度は電気光学高分子を用いた電磁波強度検出用素子として、光導波路構造が適しているとの認識に立ち、熟安定性に優れるポリイミドをベースとした電気光学高分子の光導波路化を行った。この高分子は、DCM系色素が結合していることから光透過性に難点が有る。そこで、光透過性に優れる高分子と組み合わせ、電気光学効果を担う(すなわち電磁波センシングを行う)部分をポリイミド光導波路、それ以外の部分を透明高分子光導波路とする構造を設計・作製した。クラッド用高分子として、パッシブな(電気光学効果を有していない)ポリイミドを検討したが、コアとなる電気光学ポリイミドとの密着性に問題があった。そこで紫外線照射による架橋反応で耐熱性が得られるエポキシ樹脂(UV硬化エポキシ)を用いたところ、良好な接着性、加工性が確認できた。屈折率の異なる2種のUV硬化エポキシを選択し、一方を電気光学ポリイミドと組み合わせるコア材料、屈折率の低いもう一方をクラッド材料とした。通常のフォトプロセス+反応性イオンエッチングによる光導波路化にあたり、レジスト溶剤による電気光学ポリイミドのダメージを避けるためにPVAをバッファ層としたプロセスを採用し、光導波路化を実現した。電磁波強度検出用素子としては、光導波路のMZ構造化アンテナ取り付けなどが課題である。
一方高性能な電気光学高分子の開発を目指し、トリシアノ基を有するノフラン環をアクセプタとしたアゾ色素を設計・合成しPMMAの側鎖に結合した新規な電気光学高分子を開発した。従来の優れたアクセプタといわれるジシアノビニル基を用いた類似化合物に比べ2倍以上の効果が得られることが判明した。しかしPMMAをマトリックスとした場合は耐熱性が不十分であり、電磁波センシング用高分子としての信頼性に問題が残る。そこで新たなマトリックス高分子として、ベンゾニトリルを原料とし、各種ビスフェノールと反応させたたポリアリルエーテル類に着目した。この高分子は、色素の高濃度結合が可能であることから、電気光学効果を増強でき、さらに色素結合状態での光透過性に優れることが判明した。耐熱性も100℃の使用条件でも長期的に安定であり、電磁波センシングにあたり必要となる屈折率の偏波依存せいも小さいという特長がある。今後この高分子を用いた光導波路型センサー作製に取り組む。

Research Products

• [Publications] Takami USHIWATA, Etsuya OKAMOTO, Kyoji KOMATSU, Toshikuni KAINO: "Synthesis and optical properties of azo dye attached novel second order NLO polymers with high thermal stability"Proc. SPIE. 4279. 17-24 (2001)
• [Publications] 戒能 俊邦: "有機光導波路材料技術の動向"電子情報通信学会論文誌. J84-C(9). 744-755 (2001)
• [Publications] 戒能 俊邦: "高分子光導波路材料・技術の新展開"未来材料. 1(9). 13-23 (2001)
• [Publications] 戒能 俊邦: "光と化学の辞典"丸善. 5 (2001)