[发明专利]波导管和组合物

说明书

发明背景

本发明一般涉及波导管领域。本发明尤其涉及可限定光的硅倍半氧烷(photodefinable silsesquioxane)组合物，它们可作为光波导管使用。

在数据传输和通讯中光变得日益重要。例如，在许多应用中已经用纤维光缆代替了传统的电缆。需要导向装置和开关截获、传送和分配这类光载传输。

光波导管可单独使用或作为列阵承载在一个基底上。这类波导管通常包括芯材和包层。光在芯材中传播，并且被包层控制，包层具有比芯材更低的折射系数。设计平面光波导管用于将光辐射传输通过一个二维的基底表面。该元件对光辐射通常表现出负功能，从而以特定的方式将输入信号修改为输出信号。例如，分流器将在一个波导管中的光信号分入两个或多个波导管中。耦合器将来自两个或多个波导管的光信号分入数量更小的波导管。可将光谱过滤器、偏振器和分离器结合到波导管设计中。波分复用(“WDM”)结构通常通过使用相控阵设计或光栅将输入光信号分入光谱不连续的输出波导管。平面光波导管是特别有益的，因为它们可在一个平台上包括多个功能。

波导管还可含有主动功能，即，输入信号通过与第二光或电信号相互作用而改变。主动功能的例子包括放大和交换，诸如使用电-光、热-光或声-光元件。

已知许多结构适用于作为光波导管，特别是那些由硅氧烷或硅倍半氧烷制备的结构。例如，WO97/24223(Risen等人)公开了使用高度羧酸酯化的聚硅氧烷。这类材料当含有甲基或乙烯基侧基时，可在自由基光敏引发剂的存在下光解交联形成不溶性硅氧烷薄膜或图案。然后可用有机溶剂除去未交联的材料。随后加热氧化保留的交联的材料形成被组成图案的二氧化硅膜，其用作光波导管。

美国专利No.6,144,795(Dawes等人)公开了一种使用转印技术或压花技术形成平面光波导管芯的方法。这类波导管的芯和包层材料中至少有一个是无机-有机杂化物，包括含有硅和氧原子的延续基质，有至少一部分硅原子直接结合到取代或未取代的烃部分。烃部分可以是烷基或芳基。烃部分只具体公开了甲基和苯基。

美国专利6,087,064(Lin等人)公开了某些用于光刻胶组合物的硅倍半氧烷聚合物。光刻胶组合物包括聚合物混合物，具有30-90wt％式(R¹SiO_1.5)_n-(R²SiO_1.5)_m的硅倍半氧烷聚合物，其中n和m大于0，R¹是烷基部分有至少2个碳原子的羟基苯基基，R²选自基、环烷基和芳基；和70-10wt％非硅倍半氧烷聚合物。在该专利中没有公开波导管，也没有公开波导管的生产方法。

生产波导管的已知方法包括1)将玻璃纤维人工放置在基底上的凹陷区域，2)用热固性聚合物材料填充所需结构的模子，然后从模子取出，和3)在基底上沉积疏松波导管材料，用光刻胶涂敷疏松材料，成像光刻胶，通过刻蚀除去不需要的疏松材料，然后除去光刻胶。这些方法的每一种都有缺点，诸如需要多个步骤限定波导管，潜在的侧壁粗糙问题，有限的分辨率和增加的人力成本。

因此，需要一种生产波导管的方法，需要比常规方法更少的步骤，具有更好的分辨率和更低的侧壁粗糙度。

发明概述

已经惊奇地发现可用本发明的平版印刷方法容易地制备波导管。通过本发明的方法可制备各种波导管结构。

一方面，本发明提供一种可限定光的组合物，包括硅倍半氧烷低聚物和光敏成分，该低聚物包括作为聚合单元的式(RSiO_1.5)单体，其中R选自羟基苯基或羟基苄基，组合物中硅倍半氧烷低聚物的溶解性由于暴露在光化学辐射下而改变。

第二方面，本发明提供了一种生产光波导管的方法，包括步骤：a)在基底上沉积一层可限定光的组合物，该组合物包括硅倍半氧烷低聚物和光敏成分，所述低聚物包括作为聚合单元的式(RSiO_1.5)单体，其中R选自羟基苯基或羟基苯基(C₁-C₅)烷基；和b)将组合物暴露在光化学辐射下形成光波导管。

第三方面，本发明提供一种光波导管，包括芯和包层，其中芯和包层中的至少一个包括硅倍半氧烷聚合物，该聚合物包括作为聚合单元的式(RSiO_1.5)单体，其中R选自羟基苯基或羟基苯基(C₁-C₆)烷基。