DE2827005C2 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Kreises aus Polymeren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines optischen Kreises aus Polymeren

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Description

dadurch gekennzeichnet, daß
f) vor dem Verfahrensschritt (a) jedes Endteil einer Vielzahl optischer Fasern, die mit dem aufbelirhieten Muster fluchten, mittels eines Klebers auf Keilnuten (6) befestigt wird, die auf einem transparenten Substrat (3) an vorbestimmten Stellen vorgesehen sind, und
g) das restliche in der urspi ;nglichen Abbildung des Wellenleiters enthaltene Monomer durch J5 Trocknen des auf dem Substrat (3) befestigten Films (2) im Vakuum zur Ausbildung eines fertigen, in dem Film (2) enthaltenen, optischen Wellenleiters entfernt wird, wobei der Brechungsindex des Films (2) geringer als der des optischen Wellenleiters (4) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) aus Glas hergestellt wird und die Keilnuten (6) auf dem Substrat (3) durch «5 Ultraschallschneiden hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) mit den Keilnuten und der Rahmen (7) durch Formgießen eines Methylpenten-Polymers hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des erhaltenen optischen Kreises mit einem Überzug (5) aus Epoxidharz mit einem geringeren Brechungsindex als der Film (2) beschichtet wird.
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Die F.rfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit optischen Fasern verbindbaren optischen Kreises aus Polymeren, bei dem
a) in einem am oberen Umfangsabschnitt des (,.■> Substrats befestigten Rahmen eine fließfähige Masse, bestehend aus einem organischen Lösungsmittel, einem Bindemittel, einem folopolymerisierbaren Monomer, einem UV-empfindlichen Sensibilisator und einem thermischen Inhibitor, gegossen wird,
b) das in der vergossenen fließfähigen Masse enthaltene organische Lösungsmittel zur Ausbildung eines Fiims abgedampft wird,
c) eine das Muster des optischen Wellenleiters aufweisende Fotomaske aus Glas auf den Film aufgelegt wird,
d) die Fotomaske aus Glas mit einem UV-Licht bestrahlt wird, so daß eine ursprüngliche Abbildung eines optischen Wellenleiters in dem Film ausgebildet wird, und
e) die Fotomaske von dem Film, der die ursprüngliche Abbildung des optischen Wellenleiters aufweist, entfernt wird.
Es ist bei optischen Kreisen der oben beschriebenen Art bekannt, daß man auf optische Genauigkeit besonders achten muß, wenn optische Fasern mit einem optischen Wellenleiter verbunden werden. Dies ist regelmäßig sehr kompliziert und erfordert zum Verbinden z. B. einen Stecker oder eine genau einstellbare Spann- und Fixiereinrichtung. Daher treten unvermeidliche Schwierigkeiten bei der Miniaturisierung und wirtschaftlichen Herstellung von optischen Kreisen auf.
Bei dem in der DE-OS 24 53 524 beschriebenen Verfahren wird eine optische Faser mit einem optischen Kreis mittels eines linsenförmig ausgebildeten Klebers verbunden. Hierbei besteht aber die Gefahr, daß zwischen den optischen Fasern und den Wellenleitern Luft eingeschlossen wird. Hierdurch nimmt der Reflexionsverlust an den Berührungsflächen zu. In der DE-OS 21 51 781 wird ebenfalls ein Verfahren der obigen Art beschrieben, wobei ein aus einem polymeren Material bestehendes Netz mit dem herzustellenden Wellenleiiersystem entsprechend der Struktur auf mindestens eine Schicht aus einen; anderen Polymeren aufgebracht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß Verluste an den Verbindungsstellen weitgehend ausgeschaltet werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst. daß
f) vor dem Verfahrensschritt (a) jedes Endteil einer Vielzahl optischer Fasern, die mit dem aufbelichteten Muster fluchten, mittels eines Klebers auf Keilnuten befestigt wird, die auf einem transparenten Substrat an vorbestimmten Stellen vorgesehen sind, und
g) das restliche in der ursprünglichen Ausbildung des Wellenleiters enthaltene Monomer durch Trocknen des auf dem Substrat befestigten Films im Vakuum zur Ausbildung eines fertigen, in dem Film enthaltenen, optischen Wellenleiters entfernt wird, wobei der Brechungsindex des Films geringer als der des optischen Wellenleiters ist.
Mit dem erfindungsgcmäUen Verfahren wird in vorteilhafter Weise ein optischer Kreis aus Pol}meren erhalten, der einen optischen Wellenleiter nit nicdri gern Übertragungsvcrlust aufweist, wobei mit dem optischen Wellenleiter optische Fasern /u integrierten Haupt- bzw. Führungsfasern zusammengefügt sind. Der erfindungsgemäß erhaltene optische Kreis kann mit
einem optischen Übertragungssystem sehr leicht und dauerhaft durch Zusammenfügen der optischen Fasern oder durch Steckverbindungen bzw. Steckern verbunden werden. Da die Endteile der optischen Fasern mit dem Substrat verbunden bzw. auf das Substrat geklebt und in einem Film eingebettet sind, sind sie fest mit dem optischen Weilenleiter verbunden. Dadurch wird verhindert, daß Luft zur Verbindungsstelle zwischen Fasern und Wellenleitern eindringt Hierdurch wird erreicht, daß der Reflexionsverlust eines Laserlichts an der Grenzfläche zwischen den optischen Fasern und dem optischen Wellenleiter stark vermindert wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß erhaltenen optischen Kreises aus Polymeren in perspektivischer Ansicht und im vergrößerten Maßstab, wobei der besseren Obersicht wegen der Rahmen 7 (gemäß Fig.2) von dem abgebildeten optischen Kreis entfernt ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer aus Substrat und Rahmen bestehenden Einheit, die zur Herstellung des optischen Kreises aus Polynieren gemäß Fig.I benutzt wird, und
Fig.3 in den Teilfiguren A, B, C, D und E die Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß erhaltenen optischen Kreises in perspektivischer Ansicht gezeigt, wobei dieser optische Kreis aus optischen Fasern 1, einem Film 2, einem Substrat 3, einem in dem Film 2 gebildeten optischen Wellenleiter 4 aus Polymeren und aus einem Überzug 5 besteht. Der Überzug 5 dient zum Schutz der oberen Oberfläche des optischen Kreises. Das Substrat 3 stellt ebenfalls eine Art Überzug für die untere Oberfläche des Kreises dar.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines optischen Kreises anhand der Zeichnungen beschrieben.
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 Polymeren dient, muß aus einem transparenten Material (mit kleinerem B'echungsindex als der optische Wellenleiter) hergestellt werden, z. B. Glas (no-\,5) oder Methylpenten-Polymeren (no = 1.46), das während des folgenden Gießprozesses vor Auflösung, Trübung uni* Risse bewahrt wird, was durch ein Lösungsmittel für den Film 2 verursacht wird. An den Stellen auf der Oberfläche des Substrates 3, die die Ein- und Auslässe des optischen Kreises bestimmen, werden flache V-förmige Keilnuten 6 zur Führung der Endteile der optischen Fasern gebildet. Die Keilnuten 6 können auf dem Substrat 3 durch die sogenannte Ultraschallschneidmethode hergestellt werden. Das Substrat 3 mit den Keilnuten 6 kann aber ebenso wie der Rahmen 7 als integrierte Einheit durch Formgießen von Methylpenten-Polymeren hergestellt werden.
Wie in Fic. 2 gezeig* wird ein Rahmen 7 am Umfangsabschniu des Substrats 3 angebracht, um eine fließfähige Mmssc auf das Substrat 3 gießen zu können. Der Hahnen 7 hcsit/t Löcher 8. durch die die optischen F:asern hindurchgefühlt werden. Die optische Faser 1 wird durch das Loch 8 hindurch so auf die Keilnut 6 gelegt, da3 das linde der optischen Faser 1 das Ende der Keilnut 6 berührt, wie es in F i g. 3A gezeigt ist. Die optische Faser 1 wird dabei mittels eines Klebers aus Epoxyharz mit der Keilnut 6 verbunden. Anschließend wird das Loch 8 mit demselben Kleber abgedichtet. Wie in Fig.3A gezeigt, besteht die optische Faser 1 aus einem Glaskern 10, der von einer glasabdeckenden Schicht 9 umgeben ist. Die Keilnut 6 besitzt einen solchen V-förmigen Querschnitt, daß die Grundlinie bzw. die untere Linie des kreisförmigen Querschnitts des Glaskernes 10 im wesentlichen mit der Oberfläche
ίο des Substrates 3 fluchtet. Diese Anordnung reduziert eine Fehlanpassung während der gegenseitigen Kopplung zwischen der Stirnfläche des optischen Wellenleiters 4 und derjenigen des Glaskernes 10 der optischen Faser 1.
Wenn eine optische Faser einen Kerndurchmesser von ΙΟΟμπι sowie einen äußeren Durchmesser von 150 μπι und eine Brechungsindex-Differenz zwischen dem Kern und der Deckschicht 9 von etwa 1 % aufweist, wird das Substrat mit dem Rahmen 7, der die optischen Fasern 1 sichev hält, etwa horizontal in eine Trockenkammer gegeben, in die Stickstoffgas eingeleitet wird. Dann wird auf das Substrat 3 eine in Form einer fließfähigen Masse vorliegende Lösung gegossen, um einen Film 2 mit einer Dicke von etwa 90 Mikron herzustellen. Die fließfähige Masse besteht aus 100 g Methylenchorid als Lösungsmittel, 2 g Polycarbonat (no = 1,59), das aus l,l-(4,4'-Dihydroxydiphenyl)-cyclohexan als ein Matrix-Polymer synthetisiert ist, 1 ml Methylacrylat als durch UV-Licht-Bestrahlung polymerisierbares Dotierungsmonomeres (no in Poiymere-Zustand = 1,47), 2 mg Ben2oeäthyläther als Fotosensibilirator und aus 0,1 mg Hydrochinon als thermischer Inhibitor. Eine geeignete Menge der fließfähigen Masse wird auf das Substrat 3 gegossen und etwa 5 Stunden bei etwa 300C zur Verdampfung des Methylenchlorids getrocknet, wobei auf dem Substrat 3 ein Film 2 mit einer Dicke von etwa 100 Mikron entsteht, wie in Fig.3B gezeigt ist. Die Punkte, die in dem Film 2 gezeigt sind, deuten die Anwesenheit von Munomv-f-Partikel an.
Gemäß F i g. 3C wird der Film 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 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 Fotomaske 11 für etwa 10 Minuten ein aus einer Ultra-Hochdruck-Queclrsilberlampe von 500 W stammendes, ultraviolettes Licht gestrahlt, und zwar in Richtung der Pfeile gemäß F i g. 3C. Als Folge davon wird das nonomere Methylacrylat, das in dem Film 2 enthalten ist, an dem den lichtausgesetzten Teil selektiv fotopolymerisiert und cer Brechungsindex in dein dem Licht ausgesetzten Teil gegenüber den übrigen Teilen gesenkt.
Nach Entfernen der Fotomaske 1! aus Glas wird der
w> dem Licht ausgesetzte Film 2 etwa 8 Stunden lang bei etwa 85°C in Vakuum getrocknet, um das monomere Methylacrylat, das in dem Film 2 nicht reagiert hat. abzudampfen. Die dem Licht nicht ausgesetzten Teile des Films 2, die jetzt nur aus dem erwähnten
hi Polycarbonic bestehen, bilden den optischen Wcllenlci ier 4 mit einem höheren Brechungsindex als die dem Licht ausgesetzten Teile des Films 2. Die F i g. 3D zeigt Teile des optischen Wellenleiters 4. Die Differenz
/wischen den Brechungsindices des Films 2 und des optischen Wellenleiters 4 kann innerhalb eines Bereiches von 0.5 bis 2.5% in Abhängigkeit von der Gieß/.cit eingestellt werden, d. h. die Zeit zwischen dem Moment, in dem die flieBfähige Masse in den Rahmen 7 gegossen wird, und dem Moment, in dem die Lichtbestrahlung beginnt. Diese Zeitspanne beträgt 4 bis 15 Stunden.
Vorzugsweise, wie in den F i g. I und 3E gezeigt, wird der Film 2 mit einem Überzug 5 versehen, z. B. aus Epoxyharz der Polyglykol-Art (n„ = 1,52), das einen Marter aufweist, wobei das Kunstharz etwa 2 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 60°C ausgehärtet wird. Auf diese Weise entsteh! cm tr.uisparcnier OberzugS mit einem niedrigen Brechungsindex
Es wurde ein optischer Kreis, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. getestet, um den Übertragungsverlust bei He-NcI ,a^.-rücht zu bestimmen. Der Wellenleiterverliist betrug bei dem optischen Wellenleiter mit der Gestalt gemäß F i g. 1 O.!5dU/cm. Der Verlust an der Verbindungsstelle /wischen 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: 10
1. Verfahren zur Herstellung eines mit optischen Fasern verbindbaren optischen Kreises aus Polymeren, bei dem
a) in einem am oberen Umfangsabschnitt des Substrats (3) befestigten Rahmen (7) eine fließfähige Masse, bestehend aus einem organischen Lösungsmittel, einem Bindemittel, einem fotopolymerisierbaren Monomer, einem UV-empfindlichen Sensibilisator und einem thermischen Inhibitor, gegossen wird,
b) das in der vergossenen fließfähigen Masse enthaltene organische Lösungsmittel zur Ausbildung eines Films (2) abgedampft wird,
c) eine das Muster des optischen Wellenleiters (4) aufweisende Fotomaske (11) aus Glas auf den RIm (2) aufgelegt wird,
d) die Fotomaske (11) aus Glas mit einem UV-Licht bestrahlt wird, so daß eine ursprüngliche Abbildung eines optischen Wellenleiters (4) in dem Film (2) ausgebildet wird, und
e) die Fotomaske (11) von dem Film (2), der die ursprüngliche Abbildung des optischen Wellenleiters (4) aufweist, entfernt wird,
DE2827005A 1977-06-21 1978-06-20 Verfahren zur Herstellung eines optischen Kreises aus Polymeren Expired DE2827005C2 (de)

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