聚合物基底上的聚合物光波導(dǎo)的端面制備方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：聚合物基底上的聚合物光波導(dǎo)的端面制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備光波導(dǎo)器件例如集成聚合物光波導(dǎo)的端面的方法，和由此方法制成的光學(xué)器件。
背景技術(shù)：
通過(guò)使用芯層聚合物和包層聚合物，且芯層聚合物的折射系數(shù)稍高于包層聚合物的折射系數(shù)來(lái)形成聚合物光波導(dǎo)。各種光學(xué)器件比如集成分束器、耦合器、陣列波導(dǎo)光柵和光波導(dǎo)放大器都可以用光波導(dǎo)形成。
為使光波導(dǎo)器件插入在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，必須能夠?qū)⒐饫w連接到波導(dǎo)。將光纖連接到波導(dǎo)的常用方法是所謂的“底部耦合(butt-coupling)”法，它生成一個(gè)光滑的波導(dǎo)端面，然后將拋光了的光纖端面對(duì)準(zhǔn)波導(dǎo)。之后使用粘合劑將波導(dǎo)和光纖粘結(jié)在一起。這種技術(shù)需要一個(gè)光滑的波導(dǎo)端面。
傳統(tǒng)上，波導(dǎo)芯片的端面可用顆粒尺寸逐漸減少的多層薄膜通過(guò)拋光制備而成。但是，拋光法有兩點(diǎn)問(wèn)題。第一，為了通過(guò)拋光得到光滑的表面，在拋光處理時(shí)需要例如水或其它液體的潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑會(huì)滲透到波導(dǎo)芯片中，從而導(dǎo)致在波導(dǎo)薄膜和基底之間產(chǎn)生間隙或分離。第二，不同材料的拋光率也不同。就聚合物基底上的聚合物波導(dǎo)來(lái)說(shuō)，它包含有至少三種不同類(lèi)型的聚合物，這些材料包括基底材料、包層材料和芯層材料。基底、包層以及芯層材料的拋光率之差導(dǎo)致拖尾效應(yīng)(smearing effects)，阻止了光滑端面的形成。
本發(fā)明公開(kāi)了一種方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題或缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，該方法包括使端面與刀片接觸并使端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)端面被制備成足夠的光滑時(shí)，其表面粗糙度(RMS)近似為0.2μm，光學(xué)器件例如至少一條光纖就被連接到制備好的端面上。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種根據(jù)本發(fā)明的方法制成的光學(xué)聚合物波導(dǎo)芯片。
在另一實(shí)施例中，通過(guò)將聚合物波導(dǎo)晶片切成至少兩個(gè)聚合物波導(dǎo)芯片制備出聚合物波導(dǎo)芯片的端面。然后，使端面與刀片接觸并使端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
在再一實(shí)施例中，可通過(guò)使端面與刀片接觸并在端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)在聚合物基底上制備聚合物波導(dǎo)的端面，該聚合物波導(dǎo)包含包層材料和芯層材料。聚合物基底、包層材料和芯層材料可以包含至少三種不同的聚合物。


在此引入并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的所附附圖，舉例說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，以及同上面給出的發(fā)明內(nèi)容和以下將要給出的具體實(shí)施方式
一起，用于解釋本發(fā)明的特征。在附圖中圖1概括說(shuō)明與光學(xué)聚合物波導(dǎo)物理連接的方法；圖2(a)概括說(shuō)明與光學(xué)聚合物波導(dǎo)物理連接的粘合劑粘結(jié)方法的側(cè)視圖；圖2(b)概括說(shuō)明物理連接V型槽子組件的主視圖；圖3概括說(shuō)明顯微鏡用薄片切片處理的機(jī)構(gòu)；圖4是聚合物光波導(dǎo)芯片端面的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片。
具體實(shí)施例方式
在下列說(shuō)明中，附圖中的參數(shù)形成附圖的一部分，通過(guò)對(duì)實(shí)行本發(fā)明的具體示范性實(shí)施例的說(shuō)明來(lái)示出。這些實(shí)施例將被詳細(xì)說(shuō)明以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，以及將會(huì)明白也可以使用其它的實(shí)施例和在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行變化。
本發(fā)明涉及一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的方法，該方法包括使端面與刀片接觸并使端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)該方法，可從端面削去至少一層，最多可達(dá)50微米厚。優(yōu)選地，削去層的厚度值為1到30微米厚。在一個(gè)實(shí)施例中，刀片是指顯微鏡用薄片切片機(jī)刀片。刀片可由選自金屬、玻璃、陶瓷和金剛石材料中的一種材料制成。此外，例如，刀片可以是激光束的形式。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種根據(jù)本發(fā)明的方法制成的光學(xué)聚合物波導(dǎo)芯片。
當(dāng)端面被制備成足夠的光滑時(shí)，例如具有的表面粗糙度(RMS)近似為0.2μm，至少一種光學(xué)產(chǎn)品例如，光纖、激光器、接收器、濾光器、光學(xué)透鏡或光柵，就被連接到已制備好的端面上。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)產(chǎn)品的將被連接到已制備好的端面的一端在被連接之前先被拋光。例如，光學(xué)產(chǎn)品可以是光纖(或光纖束)，在它的一端被拋光。
聚合物波導(dǎo)芯片和光學(xué)產(chǎn)品子連接組件放置在對(duì)準(zhǔn)臺(tái)，例如六自由度的對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上。光學(xué)產(chǎn)品子連接組件包括任一公知的光學(xué)器件，例如纖維光學(xué)毛細(xì)管，或硅樹(shù)脂V型槽陣列。在聚合物波導(dǎo)芯片和光學(xué)產(chǎn)品子連接組件之間可以設(shè)置例如環(huán)氧樹(shù)脂的粘合劑。
使用時(shí)，粘合劑可經(jīng)過(guò)固化處理，例如，紫外線曝光或熱加工處理。在固化處理過(guò)程中還可以調(diào)整使聚合物波導(dǎo)芯片和光學(xué)產(chǎn)品連接組件之間對(duì)準(zhǔn)。
在另一實(shí)施例中，通過(guò)將聚合物波導(dǎo)晶片切成至少兩個(gè)聚合物波導(dǎo)芯片制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面。在該實(shí)施例中，然后使端面與刀片接觸并在端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以便得到一個(gè)足夠光滑的端面，這將容許光學(xué)器件連接到該端面。
在再一實(shí)施例中，通過(guò)將刀片或芯安裝在機(jī)動(dòng)化平臺(tái)上制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面。該機(jī)動(dòng)化平臺(tái)可被控制，例如使用微機(jī)控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使端面與刀片接觸并在端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)在聚合物基底上制備聚合物波導(dǎo)的端面，該聚合物波導(dǎo)包含包層材料和芯層材料。聚合物基底、包層材料和芯層材料可以包含至少三種不同的聚合物。
圖1概括說(shuō)明與光學(xué)聚合物波導(dǎo)物理連接的方法。例如，在物理連接的方法中，由纖維光學(xué)毛細(xì)管或硅晶V型槽陣列形成的預(yù)制光學(xué)產(chǎn)品連接子組件的端面被拋光，該端面將被連接到光學(xué)聚合物波導(dǎo)。光學(xué)聚合物波導(dǎo)被切成片，并且在與光學(xué)產(chǎn)品連接子組件進(jìn)行連接之前其端面被拋光。端面已制備好的光學(xué)產(chǎn)品連接子組件和光學(xué)聚合物波導(dǎo)芯片被放置到六自由度的精密對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上。在對(duì)光學(xué)產(chǎn)品與聚合物波導(dǎo)芯片進(jìn)行最大限度的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)的精密機(jī)械調(diào)整之后，將粘合劑比如環(huán)氧樹(shù)脂放置到光學(xué)產(chǎn)品和聚合物波導(dǎo)芯片之間。粘合劑隨后經(jīng)過(guò)固化，例如紫外線曝光或熱加工，使光學(xué)產(chǎn)品和聚合物波導(dǎo)芯片之間的相對(duì)位置固定。由于事實(shí)上單模光學(xué)產(chǎn)品芯和單模聚合物波導(dǎo)芯片的尺寸都是微米量級(jí)的，取得容許等級(jí)的光學(xué)損失的對(duì)準(zhǔn)公差在次微級(jí)之內(nèi)。此外，當(dāng)光學(xué)產(chǎn)品和聚合物波導(dǎo)芯片之間的粘合劑被固化時(shí)，因?yàn)檎澈蟿┑氖湛s引起對(duì)準(zhǔn)變化，所以經(jīng)常需要在原位置處重新對(duì)準(zhǔn)調(diào)整。
圖2(a)概括說(shuō)明與聚合物波導(dǎo)芯片物理連接的粘合劑粘結(jié)方法的側(cè)視圖。圖2(b)概括說(shuō)明物理連接V型槽子組件的主視圖。
圖3概括說(shuō)明顯微鏡用薄片切片處理的結(jié)構(gòu)。聚合物波導(dǎo)芯片置于精確的位置和角度。刀片和樣本經(jīng)過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以致每切一次，就削掉一層可達(dá)50微米厚的聚合物，例如，范圍在1到30微米的聚合物被自波導(dǎo)芯片的端面削掉。刀刃光滑和刀片堅(jiān)硬有助于取得光滑的聚合物波導(dǎo)芯片的端面。
在2001年11月7日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.10/045,317中，發(fā)明人已經(jīng)公開(kāi)了一種在聚合物基底上，即聚合物波導(dǎo)晶片上，制備聚合物波導(dǎo)的方法，在此引入該申請(qǐng)作為參考。制備聚合物晶片的一般方法是首先從制備基底開(kāi)始。對(duì)基底表面進(jìn)行清理，除去在基底表面上殘留的所有粘合劑。典型地，基底由鑄塑或注射模塑成形，提供一相對(duì)光滑的表面，在該表面上很難沉積全氟聚合物，一般而言是因?yàn)槿酆衔锏牟痪哂姓澈闲缘奶匦浴?br> 在清理之后，制備基底，使較低的包層能更好的粘合到基底的表面。制備基底可通過(guò)使表面粗糙或改變表面的化學(xué)性能以很好地保留含較低的包層的全氟聚合物，一種硬化方法的例子是用氬進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。氬使基底的表面物理變形，在深度上生成理想的硬度，近似50到100毫微米。一種方法是改變基底表面的化學(xué)特性，它使用氧離子進(jìn)行RIE(反應(yīng)離子蝕刻)。氧離子與組成基底表面的聚合物結(jié)合，在基底表面上引起化學(xué)反應(yīng)，使基底表面氧化?；椎难趸试S組成較低包層的全氟聚合物的分子與基底粘合。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到還可以用其它方法制備基底。
然后將較低包層沉積到基底上。對(duì)于由聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]構(gòu)成的較低包層，將固態(tài)聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]溶解于溶劑中，所述溶劑為市售商標(biāo)為FC-75的全氟(2-丁基四氫呋喃)，和市售商標(biāo)為FC-40的全氟烷基胺。其它可用溶劑是全氟化多醚，如市售商標(biāo)為HGALDEN系列的HT170，或氫氟代多醚，如市售商標(biāo)為H GALDEN系列的ZT180和ZT130。對(duì)于由其它聚合物構(gòu)成的較低包層，每種聚合物被溶解在合適的溶劑中形成聚合物溶液。然后用已知的旋轉(zhuǎn)涂敷技術(shù)將聚合物溶液旋轉(zhuǎn)涂敷到基底上。然后對(duì)基底和較低包層加熱以使溶劑從溶液中蒸發(fā)出來(lái)。
例如，較低包層以層狀旋轉(zhuǎn)涂敷，以使第一層被涂到基底，將其烘烤至使溶劑蒸發(fā)，并退火以使聚合物硬化，第二層被涂到第一層上并被退火以使聚合物硬化，第三層被涂到第二層上并且也被退火以使聚合物硬化。例如，在所有層涂敷之后，較低包層高達(dá)8至12毫米。盡管上面的描述應(yīng)用了三層，但熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白可以使用多于或少于三層。
在較低包層被干燥和硬化之后，將聚合物芯層沉積到較低包層上，例如，使用與上面描述的將較低包層沉積到基底上的技術(shù)相同的技術(shù)。代替將幾個(gè)芯層的子層沉積到較低包層上，例如可以只將一層芯層沉積到較低包層上。芯層可以溶解在較低包層不能溶的溶劑中，以使溶劑不能滲透較低包層去破壞它。
對(duì)由聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氫呋喃]構(gòu)成的芯層，將固態(tài)聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氫呋喃]溶解在溶劑，比如市售商標(biāo)為CT-SOLV 180TM的全氟代三烷基胺中，或其它容易使聚合物溶解的溶劑中，形成聚合物溶液?；蛘撸梢詮氖袌?chǎng)上購(gòu)買(mǎi)已經(jīng)配好溶液狀態(tài)的聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氫呋喃]。在涂加芯層物質(zhì)并干燥之后，使用低溫烘烤處理使芯層薄膜硬化。在芯層干燥之后，芯層和較低包層的厚度為例如近似12～16微米。
接下來(lái)，蝕刻芯層以形成理想的芯層形狀。例如，通過(guò)本領(lǐng)域公知的RIE進(jìn)行蝕刻。但是，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白還可以其它的方法蝕刻芯層。
接下來(lái)，將較上包層沉積到芯、芯層和較低包層的沒(méi)有被芯或芯層遮蓋的其它剩余部分。例如，同較低包層相似，較上包層被層狀旋轉(zhuǎn)涂敷，比如第一層涂敷到芯上和較低包層的沒(méi)有被芯遮蓋的剩余部分上，烘烤以使溶劑蒸發(fā)，并退火以使聚合物硬化，第二層被涂敷到第一層，烘烤和硬化，第三層被涂敷到第二層，并也烘烤和硬化。
例如較上包層可以溶解于芯和芯層不能溶的溶劑中，以使溶劑不會(huì)滲透芯和芯層進(jìn)而破壞芯和芯層。例如，在所有層涂敷之后，整個(gè)波導(dǎo)的高度為近似15～50微米。盡管描述的三層的應(yīng)用，但熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白可以使用多于或少于三層。較上包層的材料與較低包層的材料可以相同或不同，但它們的折射近似相等，例如，光固化氟化丙烯酸酯或熱固性樹(shù)脂。
各個(gè)層不必光滑，但是繞芯的等高線的曲率隨連續(xù)的層減少。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白高度光滑或平坦的單個(gè)包層即可通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷也可通過(guò)鑄造加工得到。
聚合物基底可以選自例如聚碳酸酯、丙烯酸樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯、纖維素、熱塑性彈性體、丙烯酸亞乙基丁酯、亞乙基乙烯醇、亞乙基四氟乙烯、氟化亞乙基丙烯、聚醚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮、聚全氟烷氧乙烯、尼龍、聚苯并咪唑、聚酯、聚乙烯、聚降冰片烯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、ABS聚合物(比如聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、縮醛聚合物、聚[2，2-雙三氟甲基-4，5-二氟代-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]、聚[2，3-(全氟烯基)全氟四氫呋喃]、聚[2，2，4-三氟代-5-三氟代甲氧-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]和其它的熱塑性聚合物；以及熱固性聚合物?？梢詮睦玎彵蕉姿岫┍?、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃、酚醛樹(shù)脂、熱固性聚酯、聚氨酯和乙烯基酯中選擇熱固性聚合物。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到可以使用以上列舉的至少兩種聚合物的混合物或者其它聚合物。
可以從例如無(wú)規(guī)玻璃狀聚合物材料中選擇聚合物波導(dǎo)。這些聚合物波導(dǎo)在于2003年2月7日遞交的、名稱(chēng)為“納米孔徑的無(wú)規(guī)玻璃狀聚合物材料(Nanoporous Random Glassy Polymers)”、Attorney Docket為07033.0060的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/359，725中有所描述，該申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鲄⒖?。無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可包括至少一種選自于聚合物、共聚物和三元共聚物的聚合體。無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)也可包括尺寸在約1nm至約1000nm范圍內(nèi)的孔。
例如，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可包括至少一種鹵化聚合物，如鹵化彈性體、全鹵化彈性體、鹵化塑料或者全鹵化塑料，或者是其自身，或者是以與本文所列舉的其它基質(zhì)材料的混合物。本文公開(kāi)的三氟聚合物可以為，例如選自于氟代彈性體、全氟代彈性體、氟代塑料和全氟代塑料的物質(zhì)。
無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可包括至少一種選自于聚合物、共聚物、三聚物的至少一種聚合物實(shí)體，其中三聚物包括至少一種選自于下式中一種的氟化鹵化單體 和 其中可以相同或不同的R1，R2，R3，R4和R5各選自于線性或者支化的烴類(lèi)鏈，可能形成至少一個(gè)飽和或者不飽和的碳環(huán)，其中烴類(lèi)鏈的至少一個(gè)氫原子可以為鹵化的、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化環(huán)烷基、鹵化烯基、鹵化亞烷基醚、鹵化硅氧烷、鹵化醚、鹵化聚醚、鹵化硫醚、鹵化亞甲硅基和鹵化硅氮烷?？梢韵嗤虿煌腨1，Y2各選自于H、F、Cl和Br原子。Y3選自于H、F、Cl和Br原子、CF3自由基和CH3自由基。
或者，聚合物、共聚物和三聚物可包括由下面所列舉單體制備的縮合產(chǎn)物HO-R-OH+NCO-R′-NCO或者
HO-R-OH+Ary1-Ary2，其中可以相同或不同的R，R’各選自于鹵化亞烷基、鹵化硅氧烷、鹵化醚、鹵化亞甲硅基、鹵化亞芳基、鹵化聚醚和鹵化環(huán)亞烷基?？梢韵嗤虿煌腁ry1、Ary2各選自于鹵化芳基和鹵化烷基芳基。
本文所用的Ary定義為飽和或者不飽和的鹵化芳基、鹵化烷基芳基基團(tuán)。
或者，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可包括至少選自于下列物質(zhì)的聚合物體鹵化環(huán)烯烴聚合物、鹵化環(huán)烯烴共聚物、鹵化多環(huán)聚合物、鹵化聚酰亞胺、鹵化聚醚醚酮、鹵化環(huán)氧樹(shù)脂、鹵化聚砜和鹵化聚碳酸酯。
無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可以為，例如在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有非常少吸收損耗的氟化聚合物主體基質(zhì)。因此，這種氟化聚合物材料可適于光學(xué)應(yīng)用。
例如，鹵化芳基、烷基、亞烷基、亞烷基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)中的至少一種為部分鹵化的，也就是說(shuō)基團(tuán)中的至少一個(gè)氫被鹵素代替。另一實(shí)施例中，所述基團(tuán)中的至少一個(gè)氫被氟代替。或者，芳基、烷基、亞烷基、烯基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)中的至少一種為完全鹵化的，也就是說(shuō)基團(tuán)的每個(gè)氫都被鹵素代替。此外，例如芳基、烷基、亞烷基、烯基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)中的至少一種為完全氟化的，也就是說(shuō)每個(gè)氫都被氟取代。而且，烷基和亞烷基基團(tuán)可包括1和12碳原子。
另外，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可包括一種或多種不同鹵化聚合物如氟代聚合物的組合物。此外，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)也可包括至少一種其它聚合物，如包括至少一個(gè)官能團(tuán)如亞膦酸酯、磷酸酯、羧酸酯、硅烷、硅氧烷、硫化物的鹵化聚合物，該官能團(tuán)包括POOH，POSH，PSSH，OH，SO3H，SO3R，SO4R，COOH，NH2，NHR，NR2，CONH2和NH-NH2，其中R可包括選自于芳基、烷基、亞烷基、烯基醚、烷氧、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)中的至少一種基團(tuán)。
另外，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)也可包括選自于乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、芳香酸乙烯酯、乙烯基酯、αβ不飽和酸酯、不飽和羧酸酯、氯乙烯、偏二氯乙烯和二烯單體的均聚物和共聚物中的至少一種實(shí)體。而且，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)也可包括含氫的氟代彈性體、含氫的全氟彈性體、含氫的氟代塑料、全氟代熱塑性塑料、至少兩種不同的氟代聚合物或者交聯(lián)的鹵化聚合物。
無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)的例子包括聚[2，2-雙三氟代甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，2-雙全氟代烷基-4，5-二氟代-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氫呋喃]，聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]，聚(五氟代苯乙烯)，氟化的聚酰亞胺，氟化的聚甲基丙烯酸甲酯，聚氟代丙烯酸酯，聚氟代苯乙烯，氟化的聚碳酸酯，氟化的聚(N-乙烯基咔唑)，氟化的丙烯氰-苯乙烯共聚物，氟化的Nafion，氟化的聚(亞苯基亞乙烯基)，聚氟代丙烯酸酯，氟化的聚碳酸酯，全氟代-多環(huán)聚合物，氟化的環(huán)烯烴的聚合物，或者氟化的環(huán)烯烴的共聚物。
通過(guò)使無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)中包括至少一個(gè)鹵原子如至少一個(gè)氟原子，由本文所公開(kāi)方法所得的聚合物基質(zhì)和所得的納米復(fù)合材料的光學(xué)性能會(huì)優(yōu)于常規(guī)的納米復(fù)合材料。與烴聚合物中的C-H鍵不同，碳-鹵鍵(如C-F)朝著電信應(yīng)用所用范圍之外更長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)振動(dòng)泛音(vibrational overtone)。例如，碳-鹵鍵表現(xiàn)出具有低吸收水平范圍的振動(dòng)泛音，特別是在850、1310和1550nm附近的電信波長(zhǎng)該范圍為約0.8微米至約0.9微米，且該范圍為約1.2微米至1.7微米。由于在部分鹵化到完全鹵化的過(guò)程要除去氫，因?yàn)橛烧駝?dòng)泛音而致的光吸收降低了。
定量聚合物中氫數(shù)量的一個(gè)參數(shù)是對(duì)特定單體單元中每個(gè)氫的分子量。對(duì)光學(xué)應(yīng)用中適用的高鹵化聚合物而言，這個(gè)比率可以為約10至100或者更大。對(duì)全氟化材料而言該比率可接近于無(wú)窮大，全氟化材料中，可以相同或不同的R1，R2，R3，R4和R5各選自于線性或者支化的烴類(lèi)鏈，可能形成至少一個(gè)飽和或者不飽和的碳環(huán)，其中烴類(lèi)鏈的至少一個(gè)氫原子可以為氟化的、氟化的烷基、氟化的芳基、氟化的環(huán)烷基、氟化的烯基、氟化的亞烷基醚、氟化的硅氧烷、氟化的醚、氟化的聚醚、氟化的硫醚、氟化的亞甲硅基和氟化的硅氮烷?？梢韵嗤虿煌腨1，Y2各選自于H、F原子，且Y3選自于H和F原子、CF3和CH3。
或者，氟聚物可包括由以下所列舉的單體所得到的縮合產(chǎn)物HO-R-OH+NCO-R′-NCO；或者HO-R-OH+Ary1-Ary2，其中可以相同或不同的R，R’各選自于氟化的亞烷基、氟化的硅氧烷、氟化的醚、氟化的亞甲硅基、氟化的亞芳基、氟化的聚醚和氟化的環(huán)亞烷基；可以相同或不同的Ary1、Ary2各選自于氟化的芳基和氟化的烷基芳基。
本文所用的Ary定義為飽和或者不飽和的、氟化芳基或者氟化的烷基芳基基團(tuán)。
或者，氟代聚合物也可選自于氟化的環(huán)烯烴聚合物、氟化的環(huán)烯烴共聚物、氟化的多環(huán)聚合物、氟化的聚酰亞胺、氟化的聚醚醚酮、氟化的環(huán)氧樹(shù)脂、氟化的聚砜和氟化的聚碳酸酯。
例如，氟化的芳基、烷基、亞烷基、亞烷基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)被至少部分地氟化，也就是說(shuō)基團(tuán)中的至少一個(gè)氫被氟代替?；蛘?，這些芳基、烷基、亞烷基、亞烷基醚、烷氧基、硅氧烷、醚、聚醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)是被完全氟化的，也就是說(shuō)基團(tuán)的每個(gè)氫都被氟代替。而且，烷基和亞烷基基團(tuán)可包括1和12碳原子。
另外，氟代聚合物可含有至少一個(gè)官能團(tuán)如亞膦酸酯、磷酸酯、羧酸酯、硅烷、硅氧烷、硫化物，包括POOH，POSH，PSSH，OH，SO3H，SO3R，SO4R，COOH，NH2，NHR，NR2，CONH2和NH-NH2，其中R可包括選自于芳基、烷基、亞烷基、硅氧烷、硅烷、醚、多醚、硫醚、亞甲硅基和硅氮烷基團(tuán)。進(jìn)一步地，氟代聚合物可以選自于乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、芳香酸乙烯酯、乙烯基酯、α β不飽和酸酯、不飽和羧酸酯、氯乙烯、偏二氯乙烯和二烯單體的均聚物和共聚物。例如，氟代聚合物可以選自于含有氫的氟代彈性體、含有氫的全氟代彈性體、含有氫的氟代塑料和全氟代塑料和交聯(lián)含氟聚合物。
氟代聚合物的例子包括聚[2，2-雙三氟代甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，2-雙全氟代烷基-4，5-二氟代-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]，聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氫呋喃]，聚[2，2，4-三氟代-5-三氟甲氧-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]，聚(五氟代苯乙烯)，氟化的聚酰亞胺，氟化的聚甲基丙烯酸甲酯，聚氟代丙烯酸酯，聚氟代苯乙烯，氟化的聚碳酸酯，氟化的聚(N-乙烯基咔唑)，氟化的丙烯腈-苯乙烯共聚物，全氟代磺酸酯離聚物如氟化的Nafion，以及氟化的聚(亞苯基亞乙烯基)。
例如，氟代聚合物可選自于全氟代聚合物。此外，例如，氟代聚合物可以為聚(環(huán)全氟丁烯基乙烯基醚)。
另外，無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)可包括足夠透明適于光學(xué)應(yīng)用地任何聚合物。這種聚合物的例子包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)烯烴共聚物、環(huán)烯烴聚合物、丙烯酸酯聚合物、PET、聚亞苯基亞乙烯、聚醚醚酮、聚(N-乙烯基咔唑)、丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚(亞苯基亞乙烯)。
無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)也可包括復(fù)合材料。這些復(fù)合材料在于2003年2月19日遞交的、名稱(chēng)為“光學(xué)聚合物納米復(fù)合物(Optical Polyme Nanocomposites)”、Attorney Docket數(shù)為07033.0070的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/367,683中有所描述，該申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鲄⒖?。例如，一種復(fù)合材料包括如分布在整個(gè)聚合物或者如先前所述的無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)中的納米顆粒。
納米顆粒是具有納米尺度測(cè)定尺寸的材料的顆粒。一般而言，納米顆粒比團(tuán)簇(某些情況下可能只是為幾百個(gè)原子)更大，但具有相當(dāng)大的表面積與總體積比。當(dāng)納米顆粒具有約10nm至約500nm的大小時(shí)，術(shù)語(yǔ)納米顆?？砂ǔ叽缏湓谠摲秶獾念w粒。
納米顆?？捎稍S多材料制得。這些材料中，例子包括，過(guò)渡金屬、稀土金屬、VA族元素、聚合物、染料、半導(dǎo)體、堿土金屬、堿金屬、IIIA族元素和IVA族元素。此外，例如，納米顆粒可選自于金屬、玻璃、陶瓷、耐火材料、介電材料、碳和石墨、包括塑料和彈性體的天然和合成的聚合物、染料、離子、合金、化合物、復(fù)合物和過(guò)渡金屬的絡(luò)合物。
此外，納米復(fù)合材料可以為結(jié)晶的、無(wú)定形的、這些結(jié)構(gòu)的混合物或者組合物。納米顆粒可以為裸露的、涂覆過(guò)的、裸露的芯殼、涂覆過(guò)的芯殼。此外，納米顆粒自身可看作納米顆?；|(zhì)，它可包括寬陣列的材料、單質(zhì)、元素的混合物、化學(xué)計(jì)量的或者非化學(xué)計(jì)量的化合物。
納米顆粒也可包括外部涂層，它至少部分地涂覆納米顆粒并抑制它們的聚集。適當(dāng)?shù)耐繉硬牧峡删哂信c主體基質(zhì)相容的尾基和頭基，該頭基可通過(guò)物理吸附或者化學(xué)反應(yīng)連接到顆粒的表面。然后納米顆粒可摻雜有有效數(shù)量的摻雜劑材料。有效量是達(dá)到所需效果所必要的數(shù)量。
摻雜有玻璃狀介質(zhì)、單晶或者聚合物的納米顆?？汕度刖酆衔锘蛘邿o(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)材料中?；钚缘募{米顆粒可以是無(wú)規(guī)或者均勻分布的。稀土摻雜的或者共摻雜的納米顆粒、玻璃、單晶、有機(jī)染料或者聚合物可以是例如，嵌入到聚合物芯層材料中。當(dāng)由于納米顆粒與周?chē)酆衔镄緦訜o(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)之間的物理、化學(xué)或熱性能不匹配而產(chǎn)生界面分層的情況下，可將順從層(compliancelayer)涂覆到納米顆粒上以增強(qiáng)納米顆粒與無(wú)規(guī)玻璃狀基質(zhì)聚合物芯層之間的界面性能。
權(quán)利要求
1.一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，所述方法包括使端面與刀片接觸并使端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以得到所制備的端面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所制備的端面具有足以連接到至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品上的光滑度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述刀片是切片機(jī)刀片。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品連接到所制備的端面。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品是光纖。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品是激光器。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品是接收器。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品是濾光器。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品是光學(xué)透鏡。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)光學(xué)產(chǎn)品是光柵。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其中光學(xué)產(chǎn)品的被連接到所制備端面的一端在連接之前進(jìn)行拋光。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述聚合物波導(dǎo)芯片和光學(xué)產(chǎn)品連接子組件定位到對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述對(duì)準(zhǔn)臺(tái)是六自由度的精確對(duì)準(zhǔn)臺(tái)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述光學(xué)產(chǎn)品連接子組件包括纖維光學(xué)毛細(xì)管或者硅樹(shù)脂V型槽陣列。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括將粘合劑放置在所述聚合物波導(dǎo)芯片與所述光學(xué)產(chǎn)品連接子組件之間。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述粘合劑為環(huán)氧樹(shù)脂。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述粘合劑隨后進(jìn)行至少一種固化過(guò)程。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述至少一種固化過(guò)程選自于紫外光曝光和熱處理過(guò)程。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在至少一個(gè)固化過(guò)程中調(diào)整所述聚合物波導(dǎo)芯片與所述光學(xué)產(chǎn)品連接子組件之間的所述對(duì)準(zhǔn)。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中最多50微米厚的至少一層從所述端面切下。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述至少一層為1至30微米厚。
22.一種由如權(quán)利要求1所述方法所制得的光學(xué)聚合物波導(dǎo)芯片。
23.一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，所述方法包括將聚合物波導(dǎo)晶片切成至少兩個(gè)聚合物波導(dǎo)芯片；使所述端面與刀片接觸；且使所述端面與所述刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
24.一種如權(quán)利要求23所述的制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，其中刀片或者聚合物波導(dǎo)芯片被安裝在機(jī)械化的平臺(tái)上。
25.一種如權(quán)利要求24所述的制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，其中刀片或者聚合物波導(dǎo)芯片被安裝在由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械化的平臺(tái)上。
26.一種如權(quán)利要求24所述的制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，其中刀片是由選自于金屬、玻璃、陶瓷和金剛石材料的一種材料制得。
27.一種如權(quán)利要求23所述的制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，其中刀片是通過(guò)激光束形成的。
28.一種制備聚合物波導(dǎo)的端面的方法，所述聚合物波導(dǎo)包括在聚合物基底上的包層材料和芯層材料，所述方法包括使所述端面與刀片相接觸并使所述端面與所述刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中所述聚合物基底、所述包層材料和所述芯材材料含有至少三種不同的聚合物。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中聚合物基底選自于聚碳酸酯、丙烯酸樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯、纖維素、熱塑性彈性體、丙烯酸亞乙基丁酯、亞乙基乙烯醇、亞乙基四氟乙烯、氟化亞乙基丙烯、聚醚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮、聚全氟烷氧乙烯、尼龍、聚苯并咪唑、聚酯、聚乙烯、聚降冰片烯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、ABS聚合物、縮醛聚合物、聚[2，2-雙三氟甲基-4，5-二氟代-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]、聚[2，3-(全氟代烯基)全氟代四氫呋喃]、聚[2，2，4-三氟-5-三氟甲氧基-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯-共-四氟乙烯]和其它的熱塑性聚合物；以及熱固性聚合物和它們的混合物。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中熱固性聚合物選自于至少一種鄰苯二甲酸二烯丙酯、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃、酚醛樹(shù)脂、熱固性聚酯、聚氨酯和乙烯基酯。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述聚合物波導(dǎo)包括無(wú)規(guī)玻璃狀聚合物基質(zhì)或者聚合物納米復(fù)合物。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述無(wú)規(guī)玻璃狀聚合物基質(zhì)或者所述聚合物納米復(fù)合物包括選自于聚合物、共聚物和三聚物的至少一種聚合物體。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述無(wú)規(guī)玻璃狀聚合物基質(zhì)或者所述聚合物納米復(fù)合物包括鹵化的彈性體、全鹵化的彈性體、鹵化的塑料和全鹵化的塑料。
34.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述聚合物納米復(fù)合物包括由選自于過(guò)渡金屬、稀土金屬、VA族元素、聚合物、染料、半導(dǎo)體、堿土金屬、堿金屬、IIIA族元素和IVA族元素的材料制成的納米顆粒。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述納米顆粒是由選自于金屬、玻璃、陶瓷、耐火材料、介電材料、碳和石墨、包括塑料和彈性體的天然和合成的聚合物、染料、離子、合金、化合物、復(fù)合物和過(guò)渡金屬絡(luò)合物的材料制成的。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述納米顆粒包括至少一個(gè)外涂層。
37.如權(quán)利要求31所述的方法，其中無(wú)規(guī)玻璃狀聚合物基質(zhì)包括尺寸在約1nm至約1000nm范圍內(nèi)的孔。
38.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述端面的表面粗糙度約為0.2μm。
39.一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的方法，如權(quán)利要求1所述，其中刀片是由選自于金屬、玻璃、陶瓷和金剛石材料的一種材料制得。
40.一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的方法，如權(quán)利要求1所述，其中刀片是通過(guò)激光束形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備聚合物波導(dǎo)芯片的端面的方法，該方法包括使端面與刀片接觸并使端面和刀片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)實(shí)施例中，刀片是切片機(jī)刀片。一旦將端面制成使得它足夠光滑，就可將光學(xué)器件如至少一種光纖連接到所制備的端面。此外本發(fā)明還公開(kāi)了一種根據(jù)本發(fā)明方法制得的光學(xué)聚合物波導(dǎo)芯片。
文檔編號(hào)G02B6/13GK1659460SQ03812786
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者高任遠(yuǎn), 安東尼·F·格里托, 高任峰, 羅伯特·M·米尼尼, 伊萊·C·金 申請(qǐng)人:光斯公司