Polymere Lichtwellenleiter für die Nanophotonik auf der Basis eines neuen photoreaktiven Polymers

Projektnummer

BMWI-AIF (ZIM) KF23000202MF9, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Projektlaufzeit

01.07.2009 - 31.12.2012

Projektziele

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines marktfähigen photoreaktiven Materials mit dem technologischen Vorteil direkter Einbelichtung von Single Mode (SM)-Wellenleiterstukturen in einer kostengünstigen Verfahrensweise. Dies wurde auf der Basis einer photoreaktiven Epoxidmaterialkombination erreicht. Die erforderliche Brechungsindexänderung für die Lichtleitung gelang photolithographisch über molekulare Vernetzung in Kombination mit einer intrinsischen Monomerdiffusion. Der erforderliche Indexkontrast zwischen der Kern- und der Mantelschicht für die Lichtleitung ergibt sich bei Belichtung mit einer UV-Negativmaske und anschließender Temperung durch Diffusion des Gastmonomeren innerhalb der Schicht von den unbelichteten in die belichteten Bereiche und aus der Schicht heraus. Das erzeugte Indexprofil wird anschließend durch eine UV-Flutbelichtung und thermische Behandlung stabilisiert. Für die Ummantelung (Cladding) der Wellenleiterkerne wird die gleiche Materialkombination verwendet. Im Rahmen des Projektes wurde somit ein Material entwickelt, welches durch geschickte Prozessierung sowohl für die Herstellung der Wellenleiterkerne, als auch für deren Ummantelung in einem 3-Schichtsystem verwendet werden kann.

Projektnutzen

Als Entwickler von Materialien für die Herstellung von Mikro-und Nanostrukturen stellt die Firma micro resist technology GmbH mit diesem Entwicklungsprodukt eine Materialkombination als Experimentalmuster dem Kunden zur Verfügung mit der in einer kostengünstigen Verfahrensweise Single Mode (SM)-Wellenleiter gefertigt werden können. Es entfallen bei Verwendung dieses Produktes die Trocknungsschritte zur Lösemittelentfernung und eine nasschemische Strukturentwicklung. Die Monomerdiffusion zur Einstellung des Indexkontrastes im Wellenleiter führt zu steilen, symmetrischen Brechzahlprofilen mit geringen optischen Dämpfungswerten.

Ausblick

Als Experimentalmuster kann ein Material Opto_SM_XP mit folgenden Eigenschaften dem Kunden angeboten werden: dynamische Viskosität 1300 mPas (@ 25 °C), Brechungsindex nD von 1,5360, verarbeitbarer Schichtdickenbereich von 4,5 µm bis 50 µm (Schleuderbeschichtung). Eine Lagerstabilität der lichtempfindlichen Lösung von über 6 Monaten wurde nachgewiesen.
In Kooperation mit dem Partner KIT wurde die Herstellung von SM-Wellenleitern mit einem symmetrischen Gradationsprofil und mit geringen Kopplungsverlusten bei Verwendung standardisierter SM-Fasern demonstriert. Die optische Dämpfungswerte der SM-Wellenleiter betragen 0,14 dB/ cm @ 808 nm, 0,33 dB/ cm @ 1310 nm und 2,86 dB/ cm @ 1550 nm. Der Brechungsindexkontrast zwischen der Kern- und Mantelschicht beträgt Δn≈0,0035. Mit dem neuen Material lassen sich in einer äußerst kostengünstigen Verfahrensweise eine Vielzahl funktioneller Strukturen für die verschiedensten Anwendungen der optischen Sensorik und Kommunikation im Wellenlängenbereich von 635 nm bis 1550 nm herstellen.