耐熱・透明ポリアリレートの開発と波長多重通信用光導波路素子への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555013
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 杉原 興浩 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (30222053)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 尚道 静岡大学, 工学部, 教授 (40022173) ; 小松 京嗣 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (90261502) ; 戒能 俊邦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (00281709) ; 白井 宏政 ユニチカ(株)中央研究所, グループ長(研究職)
• Keywords: ポリアリレート / 光導波路 / 耐熱透明性 / フッ素化 / 電子線直接描画 / 熱現象

Research Abstract

情報通信分野における急速な情報量の増加により、光導波路を用いたモジュール間あるいはボード間の光インターコネクションの研究が活発に展開されている。本研究では、高耐熱性・優れた透明性を備えた樹脂を開発し、それを用いて光導波路デバイスを作製・評価することを目的とする。材料として高いガラス転移温度を有するポリアリレート樹脂を開発し、現行樹脂の欠点を克服し、これまでにない優れた光学特性を有する材料を得る。また該樹脂を光導波路デバイスに応用し、ポリアリレート高分子光導波路作製において、光インターコネクションや宅内・車載LANに応用できる低損失マルチモード光導波路(コア径:30〜100μm)を実現する。
従来のポリアリレートは、200℃以上の耐熱性を有していたが、その構造にC-H結合を多く有するため、赤外域での吸収損失が無視できなかった。そこで、C-H結合の一部をC-F結合に置換したフッ素化ポリアリレートを開発し、その材料としての特性を評価した。その結果、ガラス転移温度は基本的なポリアリレートであるU-100と比べて30℃上昇し、耐熱性が向上していることが明らかとなった。また、可視〜赤外の広い領域でU-100と比較して透明性が向上しており、光導波路コア材として適していることも明らかとなった。
このフッ素化ポリアリレートを用いて、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング法でコア径90μm及び30μmのマルチモード光導波路を作製した。また、ポリアリレートは、電子線直接描画と熱現象により微細加工できるが、フッ素化ポリアリレートにおいては、微細加工に必要な電子線照射量がU-100の1/20で良いことがわかり、材料の電子線感度が大幅に向上することが新たに発見された。

Research Products

• [Publications] M.Tomiki, O.Sugihara, H.Fujimura, N.Okamoto: "High-Resolution in Heat-Resistant Optical Polymer by Electron-Beam Exposure and Thermal Development"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42, No.4B. 2538-2540 (2003)
• [Publications] H.Mizuno, O.Sugihara, T.Kaino, N.Okamoto, M.Hoshino: "Low-loss polymeric optical waveguides with large cores fabricated by hot embossing"Opt.Lett.. Vol.28, No.23. 2378-2380 (2003)
• [Publications] O.Sugihara, N.Okamoto: "Polymer optical waveguide fabrication toward low insertion loss(invited)"Proc.SPIE. Vol.5246. 143-150 (2003)
• [Publications] 杉原興浩: "ナノファイバーテクノロジーを用いた高度産業発掘戦略高分子光導波路デバイス」応用編第8章6"シーエムシー出版. 457 (2004)