ナノインプリント法による非線形高分子光導波路デバイスの簡便な作製法の提案

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650341
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 杉原 興浩 静岡大学, 工学部, 助教授 (30222053)
• 研究分担者: 江上 力 静岡大学, 工学部, 助教授 (70262798) ; 岡本 尚道 静岡大学, 工学部, 教授 (40022173)
• キーワード: ナノインプリント法 / マスター回折格子 / レプリカ回折格子 / 電気光学高分子 / SHG回折 / 熱安定性 / 機械的安定性 / チャネル導波路

研究概要

マルチメディアにおける情報伝送の大容量、高速化の流れの中で、宅内系へと通信の光化が進展している。光通信等において、光部品の集積化が可能な導波路型光回路が注目されている。中でも低価格、プラスチック光ファイバとの整合性等の観点から、高分子を用いた光導波路が注目されている。特に、光機能性色素を含有する非線形高分子は、高非線形性、加工性に優れる等の利点を持つため、波長変換素子や光変調素子、機能性高分子光回路への応用が期待される。
本研究では、機能性高分子光導波路作製に関する新たな作製法の提案と実証研究を行った。レーザ微細加工技術を用いて、ナノメートルオーダの解像度のマスターを作製し、高温下でマスターを非線形高分子に押し付けると同時に電界配向を行い、パターン形成と2次非線形性(1次電気光学特性)の発現を実現した。マスターは、ニッケル基板上のポリイミド薄膜にレリーフ回折格子を形成したものを用いた。高温下で各種非線形高分子薄膜にマスターを押しつけると同時にポーリングを行ったところ、〜サブミクロン周期のχ^<(2)>を有するレリーフ回折格子を作製することができ、その作製条件について検討した。また本方法は様々な非線形高分子薄膜に適用できることが明らかになった。
マスターの耐久性を測定したところ、300℃の高温下に200時間放置しても形状に変化はなく、高い熱安定性を示した。また、圧着ポーリングを数十回行っても、形状に変化はないことが分かった。この結果から、作製した複合材料構造マスターは、耐熱性と機械的強度に優れており、実用化に適している。
電気光学高分子薄膜に作製した0.67μm周期のχ^<(2)>を有する回折格子に、基本波を入射したところ、SHGの回折を観測した。また、他の光導波路部品であるチャネル導波路の形成についての提案も行った。

研究成果

• [文献書誌] O.Sugihara,M.Nakanishi,H.Fujimura,C.Egami,N.Okamoto: "Simultaneous process of embossing and poling at elevated temperatures : simple technique of nonlinear grating formation in polymer films"Optics Letters. Vol.25,No.13. 1028-1030 (2000)
• [文献書誌] 杉原興浩,車彦龍,中西愼,柴田慎弥,藤村久,江上力,岡本尚道: "スタンピングとポーリングを同時工程で行う高分子非線形回折格子作製と導波路型波長変換"光学. Vol.29,No.9. 573-579 (2000)
• [文献書誌] M.Nakanishi,H.Yamaji,O.Sugihara,H.Fujimura,C.Egami,N.Okamoto: "Simple Fabrication of Nonlinear Gratings in Polymer Film by Simultaneous Process of Emboss Heating and Thermal Poling"Molecular Crystals and Liquid Crystals. Vol.349. 15-18 (2000)
• [文献書誌] 杉原興浩,車彦龍,柴田慎弥,岡本尚道: "高温圧着ポーリング法による非線形高分子光導波路部品の形成"第49回高分子討論会. IL16(依頼発表). (2000)
• [文献書誌] O.Sugihara,Y.Che,S.Shibata,H.Fujimura,C.Egami,N.Okamoto: "Nonlinear Grating Formation Based-on Nanoimprint Technology : Fabrication and Characteristics of Master Gratings"Korea-Japan Joint Forum 2000. O-14. 31 (2000)
• [文献書誌] O.Sugihara,Y.Che,S.Shibata,M.Nakanishi,H.Yamaji,H.Fujimura,C.Egami,N.Okamoto: "Polymeric optical waveguide components fabricated by simultaneous process of embossing and poling at elevated temperatures"SPIE Photonics West. 4279-2. (2000)