JPH0332763B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高分子材料を用いた光導波路、更に詳
細にはレーザーなどを用いて熱エネルギーを非晶
性物質に加えることにより熱履歴差を生じさせ、
これにより高い屈折率差を利用した光導波路に関
するものである。

高分子材料は可視から近赤外領域まで比較的低
損失で均質・広面積な薄膜を容易に作製すること
ができることから光導波路用の材料として注目さ
れている。しかし、現状では高い屈折率の差を得
る方法がないため実用化に至つていない。例えば
光損失が小さく、最も大きな屈折率変化が得られ
ている光重合によるメタクリル酸メチルの場合で
もその屈折率変化は0.1％程度であり、光導波路
形成用としては実用的でない。

本発明はかかる現状に鑑みてなされたもので、
その目的は可視から近赤外領域まで比較的光損失
が小さく、均質で広面積な薄膜作成が容易で、高
い屈折率差を得ることができ、書き込みが容易に
できる高分子光導波路を提供することにある。

すなわち、本発明は、次式で示されるシアン化
ビニリデンと、他のビニル化合物、ビニリデン化
合物又はジエン類との共重合体から構成され、 かつ部分的に熱処理すことにより屈折率の異なる
部分を生じさせて光導波回路を形成したことを特
徴とする高分子光導波路に関する。

次に本発明について詳細に説明する。本発明に
おいて光導波路形成用材料として用いられる高分
子化合物はシアン化ビニリデンと他のビニル化合
物、ビニリデン化合物あるいはジエン類との共重
合あるいは交互共重合により得られるものであ
る。

他のビニル化合物、ビニリデン化合物、ジエン
類として、スチレン、ジクロロスチレン、アクリ
ル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエ
ステル、ビニルアルコール及びそのエステル、塩
化ビニル、塩化ビニリデン、弗化ビニル、弗化ビ
ニリデン、三弗化エチレン、ブタジエン、クロロ
ブタジエン、イソブチレン、無水マレイン酸、ア
クリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、
メチルビニルケトン、ビニルイソブチルエーテ
ル、シアノアクリレート類などが例としてあげら
れる。エステル化合物については重合後その一部
あるいは全部について加水分解等の化学変性を行
なうことも可能である。

シアン化ビニリデンと他のモノマーの共重合体
中における組成比はモルで0.5〜1.5：１、好まし
くは0.8：１〜1.2：１の範囲が用いられ、特に好
ましくは、１：１の交互共重合体が用いられる。

上記単量体の重合は、この種単量体の重合方法
として知られた方法を用いて行なうことができ、
ラジカル開始剤例えばα，α′−アゾビスイソブチ
ロニトリルの共存下に熱を加えることにより重合
することができる。

手段としては乳化重合、けんだく重合、塊状重
合、溶液重合等を採用することができるが、好ま
しくは、単量体をトルエンあるいはトルエン−ヘ
キサン混合溶剤等の溶媒に溶解して重合を行な
い、重合の進行と共に析出する重合体を回収する
ことによつて行なわれる。

通常、非晶質の高分子をそのガラス転移温度よ
り若干低い温度で熱処理を施すと、ガラス転移温
度より高い温度で加熱後急冷したものに比し、密
度の高いガラス状態の高分子が得られる。この現
象は体積緩和現象と呼ばれている。

すなわち、ガラス転移温度より高い温度に加熱
後急冷したものを、ガラス転移温度より10℃程度
低い温度で熱処理を施すと、密度はしだいに増加
し、ある平衡値に近づく。また、この熱処理を施
したものをガラス転移温度より高い温度に加熱後
急冷すと、密度はほぼ熱処理前の値にもどり、こ
の密度変化は可逆的である。

同様な密度差は、ガラス転移温度より高い温度
から早い速度で冷却したものと徐冷したものの間
でも観測される。また、仮に冷却速度が同じで
も、高圧下でその圧力下でのガラス転移温度より
高い温度からガラス転移温度以下に冷却した後常
圧に戻したものと、常圧でガラス転移温度以上の
温度から冷却したものの間でも同様な密度差が観
測される。これらの現象は全て、ガラス転移が緩
和現象であることに由来するものである。

この密度差は通常ごく小さい。例えばポリスチ
レンを１℃／３分で冷却した場合と、１℃／１日
で冷却して得られるガラスの密度差は約0.18％常
圧と600気圧下で１℃／３分で冷却して得られガ
ラスの密度差はポリスチレンで約0.6％であるに
すぎない（Polymer Journal，２，644（1971））。
この密度差に基づく屈折率の差は１℃／１日とい
う遅い速度で冷却したものと急冷したものの差で
やつと0.001程度であり、従来光導波路形成用材
料としての利用の対象とはならなかつた。

本発明は、シアン化ビニリデンを他のモノマー
との共重合体とすることにより、この密度差が通
常の非晶性高分子にくらべ格段に大きく、それに
伴つて光導波路として利用出来る程大きな屈折率
差を得ることができることを可能としたものであ
る。

本発明の光導波路形成用材料はフイルム、シー
ト、モノフイラメントなど目的に応じた形状に成
形される。また光導波路としては、本発明共重合
体の単独相で構成することもできるが、本発明共
重合合体を溶融石英などの基材と積層して用いる
こともできる。

本発明光導波路形成用材料に光導波回路を書き
込むときは、成形された光導波路形成用材料を一
旦ガラス転移点以上に加熱した後、徐冷又は急冷
して、均一な状態となるように処理をし、次いで
導波回路を書き込むべき位置の屈折率が周辺に対
して変化する様にレーザ光、高周波、超音波など
を照射して部分的にガラス転移点以上に昇温した
後、急冷又は徐冷することによつて前記予備処理
とは異つた熱履暦を与えて屈折率の相異する部分
を形成し、これによつて書き込みが行なわれる。

従つて、予備処理は書き込み時の熱履歴とは対
照的な熱履暦を与えるように行ない、書き込むと
きに急冷する場合には、光導波路形成材料を加熱
炉又はレーザー光線等でガラス転移点以上に加熱
した後に徐冷するか、あるいはガラス転移点より
若干低い温度、一般にはガラス転移点より３〜50
℃、好ましくは５〜15℃低い温度で熱処理を行な
う。加圧下に徐冷又は熱処理することもできる。

一方、書き込み時に徐冷されるときは、予備処
理は急冷される。

通常、ガラス転移は幅を持つた温度域で起こ
る。したがつて本発明の光導波路形成用材料をガ
ラス転移温度以上で加熱し転移を起こさせる場
合、このことを考慮に入れる必要がある。

一般に、予備処理又は書き込時の加熱は、ガラ
ス転移温度よりも５℃以上、好ましくは10℃以上
で加熱すると良い。温度の上限は特になく光導波
路形成材料の分解温度以下で行なわれる。

書き込まれた光導波回路の保存は、通常ガラス
転移点より30℃以上、好ましくは50℃以上低い温
度で行なわれる。

履歴差による屈折率の差は、シアン化ビニリデ
ンと共重合するモノマーの種類や組成比、履歴を
与える条件にもよるが、組成比が0.5：１〜1.5：
１の場合で0.003から0.03程度である。この値は、
同じ条件下のポリスチレンが0.001という屈折率
の差しか生じないことに比べ、非常に大きい。

本発明の一具体例を第１図に示す。

１は低屈折率からなる基材、例えばパイレツク
スガラス、溶融石英等を用いることができる。２
は本発明の共重合体よりなる高分子膜、３は高分
子膜２中に作成された光導波回路である。このよ
うな構造からなる光導波路においては、例えば光
を導波回路端面４から入射させると、導波回路３
の屈折率が外部り高いため、光は導波回路内に閉
じこめられたまま導波し、２本の導波回路の端部
５，５′から２つの光に分けられて出射させるこ
とができる。

以下、シアン化ビニリデンと他のモノマーの交
互共重合体を中心に説明するが、組成比が前述の
範囲であれば比較的容易に光導波路として使用で
きる程度の屈折率の差を生ずるので本発明は以下
の説明によりなんら制約されるものではない。

次に本発明を実施例によつて説明するが、本発
明はこれによつてなんら限定されるものではな
い。

実施例 １ シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの交互共重合
体のフイルム（ガラス転移点175℃）を作成し、
このフイルムを180℃迄加熱後急冷した。この急
冷フイルムを部分的に160℃に加熱し、24時間160
℃に保つた後、急冷して得られたフイルムの屈折
率を測定した。180℃で急冷した部分と比べて160
℃で24時間熱処理を施した部分の屈折率は約0.7
％高くなつた。これらの熱処理フイルムを再180
℃に短時間加熱後急冷したものの屈折率は約
1.4892であり、急冷と熱処理による屈折率の変化
は可逆的であつた。２時間程度の熱処理でも、屈
折率上昇は約0.33％であり、通常の非晶性高分子
に比べて非常に大きな変化を示した。

実施例 ２ 実施例１と同じシアン化ビニリデンと酢酸ビニ
ルの交互共重合体の急冷フイルムを4000気圧下で
それぞれ180℃及び200℃で１時間熱処理した後冷
却し除圧した。得られたフイルムの屈折率は180
℃で処理したもので1.5141また200℃で熱処理し
たものでは1.5213であり、常圧で180℃及び200℃
より急冷したフイルムにくらべ屈折率は約1.7な
いし2.2％高くなつた。これらのフイルムの中に
作られる光導波路の部分を除いて再度常圧で180
℃まで加熱した後急冷すことにより光導波路を得
た。

実施例 ３ シアン化ビニリデンとメタクリル酸メチルの交
互共重合体のフイルム（ガラス転移点148℃）を
実施例１と同様にして175℃から急冷した後、140
℃で24時間熱処理をしたものの屈折率を測定し
た。175℃から急冷したものと比べて140℃で24時
間熱処理を施したものの屈折率は約0.4％高くな
つた。この変化も可逆的であり、再度175℃に加
熱した後急冷したものの屈折率は1.5174であつ
た。

実施例 ４ シアン化ビニリデンと安息香酸ビニルの交互共
重合体のフイルム（ガラス転移点175℃）を実施
例１と同様にして190℃から急冷した後、160℃で
24時間熱処理をしたものの屈折率を測定した。
190℃から急冷したものと比べ160℃で24時間熱処
理を施したものの屈折率は約0.3％高くなつた。
また、急冷と熱処理による屈折率の変化は実施例
１と同様可逆的であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一具体例の斜視図である。 １……基材、２……高分子膜、３……光導波回
路、４，５，５′……導波回路の端面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 次式で示されるシアン化ビニリデンと、他の
   ビニル化合物、ビニリデン化合物又はジエン類と
   の共重合体から構成され、 かつ部分的に熱処理することにより屈折率の異な
   る部分を生じさせて光導波回路を形成したことを
   特徴とする高分子光導波路。