[发明专利]热稳定性感光聚合物组合物和光传导器件

说明书

器件

发明背景1.发明领域

本发明涉及可光致聚合组合物及涉及由它制得的热稳定性感光聚合物组合物。本发明另一方面涉及光传导光学器件，比如从本发明的感光聚合物组合物制成的波导。2.先有技术

在光学通讯系统中，信息通过由光源如激光或发光二极管产生的光频载波传递。目前人们在光学通信系统中表现较多的兴趣，因为它们与普通的通信系统相比有几个优点，比如大大增加了通信波道，除了昂贵的铜电缆之外还能够使用其它用来传递信息的材料。用来从一处到另一处传导或引导光频波的一种此类器具被称作“光波导”。光波导的操作基于这样一种事实：当光透明性介质被另一种具有较低折光指数的介质环绕或者被分界时，那么，沿着内部介质轴心引导的光线在内部介质与环绕介质的界面处高度反射，因而产生引导效果。

用于这类波导器件的最常用的材料是玻璃，它形成特定尺寸的纤维。然而，光透明性聚合物日益普遍地用作光传导元件。普通的光透明性聚合物会存在这样或那样的缺点。例如，光透明性聚合物的一个普通的性质是当被加热较长时间时会变色。视觉效果是聚合物变黄。聚合物中热引发的变色现象来源于多个因素，例如，化学反应，缓慢地使聚合物降解。较长的加热时间通常比较短的加热时间引起更大程度的变色。最初为浅黄色的变色，也许最后变为棕色或甚至黑色。如果变色聚合物样品在吸收分光光度仪中检测，能够观察到吸收带拖尾，它从聚合物的本征紫外吸收带延伸到可见光谱区(400nm～700nm)和甚至延伸到红外光区(＞700nm)。吸收拖尾一般没有可辨认的微细结构。在传导区中光的吸收会减少光波强度，当光波通过波导时，这一现象称作“光损耗或光能损耗”。

多模光波导主要用于红外光谱区700nm～1300nm。如果聚合物光波导被加热较长的时间和如果热诱发的吸收带拖尾延伸到这一红外操作波长区，将会严重降低光通过波导的传导效率。在严重变色的情况下，波导几乎报废。

当被加热至太高的温度时，感光聚合物膜和波导会龟裂。波导中的裂纹会分散光线且一般会降低波导效率。这种龟裂作用是应力的结果。应力可存在于波导内，由感光聚合物组合物中的非均匀性引起，或者应力能够来自于与波导有不同热膨胀系数的基底或外敷层材料与该波导的接触。甚至通过单体前体的紫外曝光在基底上制造感光聚合物波导的工艺方法一般也得到处在拉伸应力下的波导。这一现象的发生是因为由感光聚合物占据的体积通常小于单体前体的体积。收缩量高达10％。

因温度变化引起的第三种影响是波导从基底脱层。脱层改变了波导的性能(例如数值孔径或NA)并使波导的结构变得更脆弱，因而更易遭受振动和其它环境因素如湿气的损害。

发明概述

本发明的一个方面涉及可光聚合的组合物，它包括：

一种或多种选自丙烯酸芳基酯和甲基丙烯酸芳基酯，优选多官能的丙烯酸芳基酯和甲基丙烯酸芳基酯如三丙烯酸芳基酯、二丙烯酸芳基酯和四丙烯酸芳基酯的烯属不饱和单体；和

光引发剂，它活化该不饱和单体在暴露于光化辐射的聚合反应；该组合物可聚合成感光聚合物，它经过在190℃下在空气气氛下暴露24小时之后在加德纳色标(Gardner Color Scale)上显示的着色度(Coloration)等于或小于8(由ASTM D 1544-80测定)，而且它在190℃下在空气气氛下暴露24小时没有显示出龟裂或从玻璃基底脱层(由ASTM D 4538-90A确定)。

本发明另一方面涉及一种通过将本发明可光聚合的组合物暴露于光化辐射所形成的感光聚合物。

本发明还有另一方面涉及光传导器件，如光波导，它包括一基底，在该基底上有预定图案的光传导区，该器件包括一主体，该主体包括含有本发明的感光聚合物的光传导区。

与目前用来制造光传导器件的聚合物相比，本发明拥有一个或多个优势。例如，本发明的感光聚合物表现出增强了的热稳定性，它在经过处理或在较高温度(即从约-50℃至约125℃)下使用之后有很低程度的变色，而且导致光传导性能比由不太热稳定的聚合物所显示出的那些光传导性能更高。当感光聚合物用来制造光传导器件如波导的光传导元件(在制造过程中暴露于较高温度)时，这些性能尤为有利。优选的本发明感光聚合物还耐脱层(当粘接于基底时)和龟裂，这对于用来制造光传导器件的光传导元件的聚合物来说也是较理想的性能。

附图简要说明

图1(a)～1(c)以截面示意图的方式说明了在制造优选的本发明波导的工艺中的几个主要步骤。

图2以示意和等角截面图的方式说明了优选的本发明波导的构型。