DE2827005A1 - Optischer kreis aus polymere - Google Patents

Optischer kreis aus polymere

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DE2827005A1 DE19782827005 DE2827005A DE2827005A1 DE 2827005 A1 DE2827005 A1 DE 2827005A1 DE 19782827005 DE19782827005 DE 19782827005 DE 2827005 A DE2827005 A DE 2827005A DE 2827005 A1 DE2827005 A1 DE 2827005A1
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Description

Bes ehre ib ung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Kreis aus Polymere mit optischen We.l.lenleitern, an die optische Fasern als Ein- und Auslässe angeschlossen sind. ^
Es ist bei optischen Wellenleitern dieser Art bekannt, daß man auf optische Genauigkeit besonders achten soll, wenn optische Fasern mit einem optischen Wellenleiter verbunden werden. Das Verfahren zur Verbindung wird daher kompliziert und erfordert eine Verbesserung für die Verbindung z.B. einen Stecker oder eine fein einstellbare Spann- und Fixiereinrichtung. Dementsprechend^srehen unvermeidbare Schwierigkeiten bei der Miniaturisierung und wirtschaftlichen Herstellung von optischen Kreisen.
Die Erfindung von Siemens gemäß der DE-OS 26Ο91Λ3 und der Zeitschrift " Optics Communication,-Band 17, Nummer 1, Seiten 129 bis 132, kann als eine Verbesserung für die oben erwähnte Verbindung zwischen optischen Fasern und einem optischen .Wellenleiter betrachtet werden. Nach dem Verfahren von Siemens werden ein streifenförmiges optischer Wellenleiter mit Abzweigungen sowie Führungsnuten für die optischen Fasern durch ein fotolithografisches Verfahren hergestellt, wobei auf ein Substrat eine Foto-" widerstands-Schicht aufgebracht wird. Es wird eine fotoempfindliche Polymere- bzw.
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Kunststoff schicht, deren Dicke im wesentlichen dem Durchmesser der optischen Fasern entspricht, auf das Substrat aufgebracht und durch eine vorbestimmte Fotomaske einem Licht ausgesetzt. Nach der Entwicklung der fotoempfindlichen Polymerebzw. Kunstsirbf fschicht werden die Führungsnuten für diej optischen Fasern und der streifenförmige, optische Wellenleiter zur selben Zeit gebildet, wobei dadurch eine exakte Fluchtung zwischen den optischen Fasern und dem optischen Wellenleiter erhalten wird.
Die optischen Fasern werden in die Führungsnuten eingelegt, um die Stirnseiten der optischen Fasern .mit den Stirnseiten des verzweigten optischen Wellenleiters in Kontakt zu bringen. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr bzw. Tendenz, daß an den Stoßverbindungen zwischen den Fasern und dem Wellenleiter Luft zurückgehalten bzw. eingeschlossen wird. Die Folge ist, daß der Refle χ ionsverlust an der Berührungsfläche zunimmt. Um den Reflexionsverlust zu reduzieren, ist es notwendig ein Bindeöl zu be- · nutzen, um einen vollständigen Kontakt zwischen den oben erwähnten Stirnflächen der beiden Teile sicherzustellen. Außerdem ist der Wellenleiterverlust sehr groß, d.h. 10 bis 20 dB/cm bei X = 0,63 pm, und 2 dB/cm bei 7^· = 1,15 um,
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Ferner ist es schwierig, einen optischen Kreis mit geringen Verlustwerten herzustellen. Weiters tendieren die in den Führungsnuten befestigen optischen Fasern, sich nach einer gewissen Zeit zu lösen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Kreis zu schaffen, der Hauptfasern aufweist, in denen optische, als Ein- und Auslässe dienende Fasern mit optischen Wellenleitern verbunden sind, sodaß sie eine integrierte Einheit bilden, und der die oben genannten Nachteile und Ablenkungen vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch einen optischen Kreis aus Polynare gelöst, der optische Hauptfasern aufweist, die aus einer Vielzahl optischer Fasern bestehen, deren jedes eine Ende in einem auf ein Substrat aufgebrachten, transparenten Polymere-Film bzw. Polymere-Schicht eingebettet ist, und die einen optischen Wellenleiter aus Polymere aufweisen, der einen höheren Brechungsindex als der Polymere-Film bzw. die Polymere-Schicht besitzt und der innerhalb der Polymere-Schicht zwischen den eingebetteten Enden der optischen Fasern geformt ist derart, daß die Anschlußenden des Vfellenleiters mit den eingebetteten Enden der optischen Fasern fluchten und perfekt verbunden sind, wobei der optische Kreis bestehend aus dem Substrat, Polymere-Film bzw«.
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-Schicht, dem optischen Wellenleiter aus Polymere und aus den optischen Fasern als integrierte Einheit ausgebildet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden "Zeichnungen von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Kreises aus Polymere in perspektivischer Ansicht und im vergrößerten Maßstab, wobei der besseren Obersicht v«gen die Schalung 7 von dem abgebildeten optischen Kreis entfernt ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer aus Substrat und Schalung bestehenden Einheit, die zur Herstellung des optischen Kreises aus Polymere gemäß Fig. 1 benutzt wird, und
Fig. 3 in den Teilfiguren A, B, C, D und E die Herstellungsschritte für den erfindungsgemäßen optischen Kreis.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optischen Kreises aus Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivische Ansicht gezeigt, wobei dieser optische Kreis aus optischen Fasern 1, einem Polymere-Film bzw. einer Polymere-Schicht 2, einem Substrat 3, einem in dem Polymere-Film bzw. in der . Polymere-Schicht 2 gebildeten optischen Wellenleiter U aus Polymere und aus einem Polymere-
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Oberzug 5 besteht. Der Üba?zug 5 dient zum Schutz der oberen Oberfläche des Kreises. Das Substrat 3 stellt ebenfalls eine Art Oberzug für die untere Oberfläche des Kreises dar.
Im folgenderi~w"ird das Verfahren zur Herstellung des "Optischen Krefees gemäß vorliegender Erfindung anhand der Zeichnungen beschreiben.
Es wird ein Substrat 3 mit einer Länge von 30 mm, einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 1 mm bereitgestellt. Dieses Substrat, das als Schutzschicht für einen später aufgebrachten, verzweigten optischen Wellenleiter 4 aus Polymere dient, muß aus einem transparenten Material hergestellt werden, z.B. Glas (ri^ = 1,5) oder Methylpenten-Polymere (n„ = 1,46), das einem Heineren Brechungsindex als der optische Wellenleiter besitzt und das während des Gießprozesses vor Auflösung, Trübung und Risse bewahrt wird, was durch ein'Lösungsmittel für den Polymere-Film bzw. die Polymere-Schicht verursacht wird. An den Stellen auf der Oberfläche des Substrates 3, die die Ein- und Auslässe des optischen Kreises bestimmen, werden nicht tiefe bzw. flache V-förmige bzw. Keilnuten 6 zur Führung der Endteile der optischen Fasern gebildet. Die oben er-
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wähnten Keilnuten 6 können auf dem Glassubstrat durch die sogenannte Ultraschallschneidmethode hergestellt werden. Das Substrat 3 mit den Nuten 6 kann aber ebenso wie die Schalung 7 als integrierte Einheit durch Formgießen von Methylpenten-Polymere hergestellt werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Schalung 7 um das Substrat herum angebracht, um eine Polymere-Lösung auf das Substrat 3 gießen zu können. Die Schalung 7 besitzt Löcher 8, durch die die optischen Fasern hindurchgeführt werden. Die optische Faser 1 wird durch das Loch 8 hindurch so auf die Nut 6 gelegt", daß das Ende der Faser 1 das Ende der Nut 6 berührt, wie es in Fig. 3 A gezeigt Et. Die optische Faser 1 wird dabei mittels eines Klebers aus Epoxyharz mit der Nut 6 verbunden. Anschließend wird das Loch 8 mit demselben Kleber abgedichtet. Wie in Fig. 3 A gezeigt, besteht die optische Faser aus einem Glaskern 10, der von einer glasabdeckenden Schicht 9 umgeben ist. Die Nut 6 besitzt einen solchen V-förmigen Querschnitt, daß die Grundlinie bzw. die untere Linie des kreisförmigen Querschnitts des Glaskernes IO im wesentlichen mit der Oberfläche des Substrates 3 fluchtet. Diese Anordnung reduziert eine
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Fehlanpassung während der gegenseitigen Kopplung zwischen der Stirnfläche des optischen Wellenleiters 1 und derjenigen des Glaskernes 10 der optischen Faser 1.
Wenn eine optische Faser einen Kerndurchmesser von iÖO μπι sowie einen äußeren Durchmesser von 150 pm und eine Brechungsindex-Differenz zwischen dem Kern und der Deckschicht 9 von etwa 1% aufweist, wird das Substrat mit der Schalung 7, die die optischen Fasern 1 sicher halten, etwa horizontal in eine Trockenkammer gegeben, in der Stickstoffgas eingeleitet wird. Dann wird auf das Substrat 3 eine Polymere-Lösung gegossen, um einen Polymere-FiIm bzw. eine Polymer^-Schicht 2 mit einer Dicke von etwa 90 Mikron hezusteilen. Die Polymere-Lösung besteht aus 100 g Methylenchlorid als Lösungsmittel, 2 g Polycarbonat (n~ = 1,59), das aus 1,1-(U,H*- dihydroxydiphenyD-cyclohexan als ein Matrix-Polymere synthetisiert ist, ein ml Methylacrylat als durch UV-Licht-Bestrahlung polymeresierbares Dotierungsmonomere (nD in Polymere-Zustand = 1,47), 2 mg Benzoeäthyläther als Fotosensibilisator und aus 0,1 mg Hydrochinon als Hemmer. Eine geeignete Menge der oben erwähnten Polymere-Lösung wird auf das Substrat 3 gegossen und etwa 5 Stunden bei etwa 300C zur Verdampfung des Methylenchlorids getrocknet, wobei auf dem Substrat ein
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PoIymere-FiIm bzw. eine Polymere-Schicht 2 mit einer Dicke von etwa 100 Mikron entsteht, wie in Fig. 3 B gezeigt ist. Die Flecken bzw. Punkte, die in dem Polymere-Film 2 gezeigt sind, deuten die Anwesenheit von Monomere-Partikel an.
Gemäß Fig.-3--G wird der Polymere-Film bzw. die Polymere-Schicht 2 mit einer Fotomaske 11 aus Glas bedeckt, die ein Wellenleiter-Muster 12 mit einer Breite von etwa 90 Mikron aufweist. In diesem Falle ist es ratsam, mit einem Mikroskop die Anpassung zwischen der Stirnseite der in dem Polymere-Film 2 eingebetteten optischen Faser 1 und der Stirnseite des Musters 12 von dem optischen Wellenleiter zu beobachten, um eine vollständige Fluchtung zwischen den beiden Stirnseiten bzw. -flächen sicherzustellen. Dann wird auf die Maske 11 für etwa 10 Minuten ein aus einer Ultra-Hochdruck-Quecksilberlampe von 500 W stammendes, ultraviolettes Licht gestrahlt, und zwar in Richtung der Pfeile gemäß Fig. 3 C. Als Folge davon wird das Methylacrylat-Monomere, das in dem Polymere-Film bzw. in der Polymere-Schicht 2 enthalten ist, an dem den lichtausgesetzten Teil selektiv fotopolymerisiert und der Brechungsindex in dem dem Licht ausgesetzten Teil gegenüber den übrigen Teilen gesenkt.
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Nach Entfernen der Fotomaske 11 aus Glas wird der dem Licht ausgesetzte Film 2 für etwa 8 Stunden bei etwa 85° C in Vakuum getrocknet, um das Methylacrylat-Monomer, das in dem Polymere-Film 2 nicht reagiert hat, abzudampfenViii'e'dem Licht nicht ausgesetzten Teile des Polymere-Films bzw. der Polymere-Schicht 2, die jetzt nur aus dem erwähnten Polycarbonat bestehen, bilden den optischen Wellenleiter U mit einem .höheren Brechungsindex, als die dem Licht ausgesetzten Teile des Polymere-Films bzw. der Polymere-Schicht 2 aufweisen. Die Fig. 3 D zeigt Teile des optischen Wellenleiters 4. Die. Differenz zwischen den Brechungsindices des Polymere-FiIms 2 und des optischen Wellenleiters 4 kann innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 2,5% durch die Gießzeit kontrolliert werden, d.h. die Zeit zwischen dem Moment, in dem die Polymere-Lösung in die Schalung 7 gegossen wird, und dem Moment, in dem die Lichtbestrahlung begonnen wird. Diese Zeitspanne beträgt zwischen 4 und 15 Stunden.
Mittels der oben erwähnten Schritte erhält man eine Ausführung eines optischen Kreises aus Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise, wie in den
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Figuren 1 und 3 E gezeigt, wird der Polymere-Film bzw. die Polymere-Schicht 2 mit einem Ober zug versehen, z.B. aus Epoxyharz der Polyglykol-Art (nD = 1,52), das einen Härter aufweist, wobei das Kunstharz etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von jetwä. 60° C ausgehärtet wird. Auf diese Weis:e entsteht ein transparenter bzw. durchsichtiger Oberzug 5 mit einem niedrigen Brechungsindex.
Es wurde ein optischer Kreis aus Polymere·,· der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, getestet, um den Obertragungsverlust bei He-Ne-Laserlicht zu bestimmen. Der Wellenleiter-verlust betrug bei dem optischen Wellenleiter mit der Gestalt gemäß Fig. 1 0,15 dB/cm. Der Verlust an der Verbindungsstelle zwischen dem optischen Wellenleiter 4 und der optischen Faser 1 betrug etwa 0,5 dB. Der Laserlicht-Verlust durch den gesamten optischen Kreis betrug etwa 1,5 dB.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen optischen Kreis aus Polymere zu erhalten, der einen optischen Wellenleiter mit niedrigem Übertragunsverlust aufweist wobei mit dem optischen Wellenleiter optische Fasern zu integrierten Haupt- bzw. Führungsfasern zusammengefügt sind. Der erfindungsgemäße optische Kreis kann mit
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einem optischen Übertragungssystem sehr leicht dauerhaft durch Zusammenfügen der optischen Fasern oder durch Steckverbindungen bzw. Stecte? verbunden werden. Da die Endteile der optischen Fasern 1 mit dem Substrat 3 verbunden bzw. auf das.1 .Substrat 3 geklebt und in dem Polymere-Film bzw. in der Polymere-Schicht 2 eingebettet sind, sind die optischen Fasern 1 fest mit dem optischen Wellenleiter 4 verbunden, wobei verhindert wird, daß zur Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilen Luft eindringt. Dadurch wird erreicht, daß der Reflexions verlust eines Laserlichts an der Grenzfläche zwischen den optischen Fasern und dem optischen Wellenleiter extrem reduziert wird. Dadurch ist es auch nicht mehr erforderlich, das eingangs erwähnte Bindeöl zu benutzen.
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Claims (11)

Patentansprüche
1.) Optischer Kreis aus Polymere mit optischen Haupt- bzw. Führungsfasern, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl optischer Tasern (1), deren Endteile in einer transparenten, auf ein Substrat (3) aufgetragenen Polymere-Schicht (2) eingebettet sind, und einen optischen Wellenleiter (U) mit einem höheren Brechungsindex als die Polymere-Schicht (2) aufweist, wobei der Wellenleiter (U) innerhalb der Polymere-Schicht (2) zwischen den in dieser eingebetteten Endteilen der optischen Fasern (1) gebildet ist derart, daß seine Anschlußenden mit den einge-
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betteten Edteilen der optischen Fasern (1) fluchten und perfekt verbunden sind, und daß der optische Kreis mit dem . Substrat (3), der Polymere-Schicht (2), dem optischen Wellenleiter (4) aus Polymere und den optischen Fasern (1) einen integrierteri:.}Kre;is bildet.
2. Optischer Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente PoIymere-Schicht bzw. der transparente Polymere-Film (2) aus einem Polycarbonat besteht, das aus 1,1-(1I5H'- dihydroxydiphenyl)-cyclonexan synthetisiert ist.
3. Optischer Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Oberfläche mit einem Oberzug (5) versehen ist, der aus einem ausgehärteten Epoxyharz besteht und einen geringeren Brechungsindex aufweist als die Polymere-Schicht (2).
4. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kreises aus Polymere mit optischen Hauptbzw. Führungsfasern, dadurch gekennzeichnet , daß
a) jedes Endteil der Vielzahl optischer Fasern mittels eines Klebers auf V-förmige bzw. Keilnuten befestigt wird, die auf ei' nem Substrat an vorbestimmten Stellen vorgesehen sind,
b) auf das Substrat mit den optischen Fasern eine Polymere-Lösung gegossen wird, die eine Monomere, durch UV-Licht-Bestrahlung
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polymerisierbar« Substanz, einen Fotosensibilisator und einen Hemmer enthält ,
c) das Lösungsmittel der vergossenen Polymere-Lösung abgedampft wird, sodaß eine Polymere-Schicht entsteht, die die auf dem Substrat befestigten optischen Fasern einbettet,
d) eine das Muster der optischen Wellenleitung laufweisende Fotomaske aus Glas auf die Polymere-Schicht aufgelegt wird derart, daß das Muster mit den eingebetteten Enden der optischen Fasern fluchtet,
e) daß die Maske mit einem UV-Licht bestraiit wird, so daß eine optische, mit den optischen Fasern verbundene Wellenleitung aus Polymere in. der Polymere-Schicht entsteht, und daß
f) die zurückgebliebene Monomere-Substanz aus der Polymere-Schicht durch Trocknung im Vakuum-entfernt wird, nachdem die Fotomaske von der Polymere-Schicht abgenommen wurde.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des optischen Kreises aus Polymere mit einem Oberzug beschichtet wird, der aus einem Epoxyharz besteht mit einem geringeren Brechungsindex als die Polymere—Schicht.
6. Verfahren nach Anspruch U, dadurch gekenn- =■
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zeichnet, daß das Substrat aus Glas hergestellt wird und daß die V-förmigen bzw. Keilnuten auf dem Substrat durch Ultraschallschneiden hergestellt werden.
7. Verfahren nach Anspruch fc, dadurch gekennzeichnet j. daß das Substrat mit den V-förmigen b,zw. Keilnuten sowie eine Schalung durch Formgießen eines Methylpenten-Polymere hergestellt - wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymere-Lösung eine Methylenchlorid-Lösung vom Polycarbonat ist, das aus 1,l-(4, 4'-dihydro xyddiphenyD-cyclohexan synthetisiert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die monomere Substanz, die durch Lichtbestrahlung polymeres ierbar ist, ein Methylacrylat ist.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Foto sensibilisator ein Benzoeathyläther ist.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hemmer Hydrochinon ist.
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DE2827005A 1977-06-21 1978-06-20 Verfahren zur Herstellung eines optischen Kreises aus Polymeren Expired DE2827005C2 (de)

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