シリコン微粒子分散フォトポリマー膜の多層化による多機能フォトニックデバイス創製

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は、フォトニックデバイスへ応用可能なプラスチック材料として、(i)材料内部に屈折率変調(Δn)構造を形成できること、(ii)機能性材料を高密度かつ均一に分散できること、(iii)透明性が優れていること、の三条件を満たすフォトポリマー材料の開発を行った。具体的には、透明高分子であるポリメチルメタクリレート(PMMA)、もしくは透明低分子であるフタル酸ベンジルブチル(BBP)をラジカル重合性モノマーに分散した二種類の二成分フォトポリマーを作製し、そのホログラフィック記録特性を評価した。さらに、プラスチック材料の機械的強度の向上や熱膨張率の低減に寄与が期待されるシリカ微粒子を分散した三成分フォトポリマー材料も作製した。以下に結果を要約する。PMMAを分散した二成分フォトポリマーの場合には、PMMAの体積比率が50vol.%の時に最大のΔnが得られ、露光強度1mW/cm^2の時にΔn〜0.005が得られることが分かった。また、ラジカル重合性モノマーとPMMAの体積比率を0.6:0.4に固定し、そこにシリカ微粒子を体積比率5〜30vol.%分散した三成分フォトポリマーのΔn動特性も測定した。その結果、シリカ微粒子を分散させると露光中の体積収縮率が低減でき、また微粒子の体積比率が10vol.%の時に最大のΔnが得られることが明らかとなった。BBPを分散した二成分フォトポリマーの場合には、BBPの体積比率が36vol.%の時に最大のΔnが得られ、露光強度30mW/cm^2の時にΔn〜0.006が得られることが分かった。また、ラジカル重合性モノマーとBBPの体積比率を0.64:0.36に固定し、そこにシリカ微粒子を分散した三成分フォトポリマーのΔn動特性も測定した。その結果、シリカ微粒子の体積比率を増加させると露光中の体積収縮率は大幅に低減するが、Δnは単調に減少することが明らかとなった。この減少に関しては、シリカ微粒子分散により試料の粘度が増加するとともに微粒子表面における界面相互作用の影響が大きくなり、結果としてモノマー分子とBBP分子の相互拡散が阻害されたことが原因と考えている。