JP2003207755A - 導波路型光変調素子及びその製造方法 - Google Patents
導波路型光変調素子及びその製造方法Info
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- JP2003207755A JP2003207755A JP2002005870A JP2002005870A JP2003207755A JP 2003207755 A JP2003207755 A JP 2003207755A JP 2002005870 A JP2002005870 A JP 2002005870A JP 2002005870 A JP2002005870 A JP 2002005870A JP 2003207755 A JP2003207755 A JP 2003207755A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 配向処理に高温を必要としない有機非線系光
学材料を用い、安定な光学特性及び高速の応答性能を有
する導波路型光変調素子を提供することである。 【解決手段】 導波路型光変調素子は、基板１上に、有
機材料からなるコア４と、コア４を挟んでその上下に形
成されたクラッド層（下部クラッド層３及び上部クラッ
ド層５）と、コア４及び上下クラッド層（下部クラッド
層３及び上部クラッド層５）に電界を印加する一対の電
極（下部電極２及び上部電極６）とを有し、コア４は少
なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ
少なくとも１個以上の電子供与性基及び／又は電子受容
性基を有する液晶化合物を架橋した材料により構成され
る。
学材料を用い、安定な光学特性及び高速の応答性能を有
する導波路型光変調素子を提供することである。 【解決手段】 導波路型光変調素子は、基板１上に、有
機材料からなるコア４と、コア４を挟んでその上下に形
成されたクラッド層（下部クラッド層３及び上部クラッ
ド層５）と、コア４及び上下クラッド層（下部クラッド
層３及び上部クラッド層５）に電界を印加する一対の電
極（下部電極２及び上部電極６）とを有し、コア４は少
なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ
少なくとも１個以上の電子供与性基及び／又は電子受容
性基を有する液晶化合物を架橋した材料により構成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用い、
光の強度及び位相を制御する導波路型光変調素子に関す
る。
光の強度及び位相を制御する導波路型光変調素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高速，大容量通信では、高速の応答性能
をもつ光スイッチの開発が求められている。従来この分
野では、LiNbO3等の無機の強誘電体結晶が代表的な材料
として検討されてきた。しかしながら、これらの材料で
は電気情報通信学会誌、 第76巻、1306頁(1993)に記載
されているように強誘電体結晶の高い誘電率が光とマイ
クロ波との速度不整合をもたらし、その動作帯域を制限
している。
をもつ光スイッチの開発が求められている。従来この分
野では、LiNbO3等の無機の強誘電体結晶が代表的な材料
として検討されてきた。しかしながら、これらの材料で
は電気情報通信学会誌、 第76巻、1306頁(1993)に記載
されているように強誘電体結晶の高い誘電率が光とマイ
クロ波との速度不整合をもたらし、その動作帯域を制限
している。
【０００３】一方、有機非線形光学材料を用いた導波路
型光変調素子は、その低誘電率を活かし、広帯域動作に
適しているという報告がなされ注目されている。例え
ば、Applied Physics Letters誌、第60巻、1538頁(19
92)には、40GHzを超える動作帯域に及ぶ有機非線形光学
材料を用いた導波路型光変調素子が開示されている。ま
た、光・電子機能有機材料ハンドブック（朝倉書店、東
京、1995年）、434頁には、100GHzを超える広帯域動作
の可能性が示唆されている。しかしながら、有機非線形
光学材料として二次の非線形光学効果を発現するには、
非線形光学応答基を反転対称心を欠く構造に配置させる
必要がある。そのための方法として一般に電場による配
向処理（ポーリング）が行われている。すなわち、ベー
スとなるポリマーのガラス転移点以上の温度で高電圧を
印加することにより、二次の非線形光学効果を示す分子
又は応答基の双極子を配向させた後、冷却して電場によ
り形成された双極子の配向を凍結させる手法がとられて
いる。その結果、経時的又は熱的な構造緩和により、そ
の配向特性が徐々に失われ、非線形光学特性が低下する
という問題があった。
型光変調素子は、その低誘電率を活かし、広帯域動作に
適しているという報告がなされ注目されている。例え
ば、Applied Physics Letters誌、第60巻、1538頁(19
92)には、40GHzを超える動作帯域に及ぶ有機非線形光学
材料を用いた導波路型光変調素子が開示されている。ま
た、光・電子機能有機材料ハンドブック（朝倉書店、東
京、1995年）、434頁には、100GHzを超える広帯域動作
の可能性が示唆されている。しかしながら、有機非線形
光学材料として二次の非線形光学効果を発現するには、
非線形光学応答基を反転対称心を欠く構造に配置させる
必要がある。そのための方法として一般に電場による配
向処理（ポーリング）が行われている。すなわち、ベー
スとなるポリマーのガラス転移点以上の温度で高電圧を
印加することにより、二次の非線形光学効果を示す分子
又は応答基の双極子を配向させた後、冷却して電場によ
り形成された双極子の配向を凍結させる手法がとられて
いる。その結果、経時的又は熱的な構造緩和により、そ
の配向特性が徐々に失われ、非線形光学特性が低下する
という問題があった。
【０００４】これを解決するには、ガラス転移温度が十
分に高い剛直な高分子材料が有効であり、Materials R
esearch Society Symposium Proceedings誌、第328
巻、511頁(1994年)にはベースとなるポリマーの候補と
してポリイミド等が挙げられている。しかしながら、こ
のような高いガラス転移温度を示す非線形光学高分子材
料を用いる場合には、その配向処理にガラス転移温度以
上の高温が必要になるため、基板、下部クラッド層、コ
ア等を損傷するという問題があった。
分に高い剛直な高分子材料が有効であり、Materials R
esearch Society Symposium Proceedings誌、第328
巻、511頁(1994年)にはベースとなるポリマーの候補と
してポリイミド等が挙げられている。しかしながら、こ
のような高いガラス転移温度を示す非線形光学高分子材
料を用いる場合には、その配向処理にガラス転移温度以
上の高温が必要になるため、基板、下部クラッド層、コ
ア等を損傷するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、配向
処理に高温を必要としない有機非線系光学材料を用い、
安定な光学特性及び高速の応答性能を有する導波路型光
変調素子を提供することである。
処理に高温を必要としない有機非線系光学材料を用い、
安定な光学特性及び高速の応答性能を有する導波路型光
変調素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、基板上に、有機材料からなるコア
と、コアを挟んでその上下に形成されたクラッド層と、
コア及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電極と
を有する導波路型光変調素子において、二次の非線形光
学効果を発現する有機非線形材料として、少なくとも２
個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ少なくとも
１個以上の電子供与性基及び／又は電子受容性基を有す
る液晶化合物を用い、液晶化合物を配向処理を行いなが
ら架橋することにより安定な光学特性及び高速の応答性
を有する導波路型光変調素子が得られることを発見し、
本発明に想到した。
の結果、本発明者は、基板上に、有機材料からなるコア
と、コアを挟んでその上下に形成されたクラッド層と、
コア及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電極と
を有する導波路型光変調素子において、二次の非線形光
学効果を発現する有機非線形材料として、少なくとも２
個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ少なくとも
１個以上の電子供与性基及び／又は電子受容性基を有す
る液晶化合物を用い、液晶化合物を配向処理を行いなが
ら架橋することにより安定な光学特性及び高速の応答性
を有する導波路型光変調素子が得られることを発見し、
本発明に想到した。
【０００７】すなわち、基板上に、有機材料からなるコ
アと、コアを挟んでその上下に形成されたクラッド層
と、コア及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電
極を有する本発明の導波路型光変調素子は、上記コアが
少なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞ
れ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／又は電子受
容性基を有する液晶化合物を架橋した材料により構成さ
れていることを特徴とする。
アと、コアを挟んでその上下に形成されたクラッド層
と、コア及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電
極を有する本発明の導波路型光変調素子は、上記コアが
少なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞ
れ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／又は電子受
容性基を有する液晶化合物を架橋した材料により構成さ
れていることを特徴とする。
【０００８】導波路型光変調素子の導波路は、分岐導波
路、マッハツェンダー型導波路、又は方向性結合器であ
るのが好ましい。
路、マッハツェンダー型導波路、又は方向性結合器であ
るのが好ましい。
【０００９】基板上に、有機材料からなるコアと、コア
を挟んでその上下に形成されたクラッド層と、コア及び
上下クラッド層に電界を印加する一対の電極とを有する
請求項１〜４に記載の本発明の導波路型光変調素子の製
造方法は、上記コアを形成する層を(a) 少なくとも２個
以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ少なくとも１
個以上の電子供与性基及び／又は電子受容性基を有する
液晶化合物を上下クラッド層の間に塗布又は注入し、
(b) 直流電場の印加下又はコロナ放電下において液晶化
合物を架橋することにより形成することを特徴とする。
液晶化合物の架橋反応は液晶化合物が液晶相を呈する温
度で行うのが好ましい。
を挟んでその上下に形成されたクラッド層と、コア及び
上下クラッド層に電界を印加する一対の電極とを有する
請求項１〜４に記載の本発明の導波路型光変調素子の製
造方法は、上記コアを形成する層を(a) 少なくとも２個
以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ少なくとも１
個以上の電子供与性基及び／又は電子受容性基を有する
液晶化合物を上下クラッド層の間に塗布又は注入し、
(b) 直流電場の印加下又はコロナ放電下において液晶化
合物を架橋することにより形成することを特徴とする。
液晶化合物の架橋反応は液晶化合物が液晶相を呈する温
度で行うのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】[1] 導波路型光変調素子
図１に本発明の導波路型光変調素子の一例を示す。導波
路型光変調素子は基板１上に、有機材料からなるコア４
と、コア４を挟んでその上下に形成されたクラッド層
（下部クラッド層３及び上部クラッド層５）と、コア４
及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電極（下部
電極２及び上部電極６）とを有する。
路型光変調素子は基板１上に、有機材料からなるコア４
と、コア４を挟んでその上下に形成されたクラッド層
（下部クラッド層３及び上部クラッド層５）と、コア４
及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電極（下部
電極２及び上部電極６）とを有する。
【００１１】(1) 基板
本発明に用いる基板は特に限定されないが、平坦性に優
れたものが好ましい。例えば、金属基板、シリコン基
板、透明基板等が挙げられ、導波路型光変調素子の形態
によって適宜選択可能である。金属基板の好ましい例と
しては、金、銀、銅、アルミニウム等からなる基板が挙
げられ、透明基板の好ましい例としては、ガラスやプラ
スチック（ポリエチレンテレフタレート等）等からなる
基板が挙げられる。
れたものが好ましい。例えば、金属基板、シリコン基
板、透明基板等が挙げられ、導波路型光変調素子の形態
によって適宜選択可能である。金属基板の好ましい例と
しては、金、銀、銅、アルミニウム等からなる基板が挙
げられ、透明基板の好ましい例としては、ガラスやプラ
スチック（ポリエチレンテレフタレート等）等からなる
基板が挙げられる。
【００１２】(2) 下部電極
基板１上に下部電極２が形成されている。下部電極２は
金属蒸着層、透明電極層等であってよい。蒸着する金属
の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等が
挙げられる。また、透明電極層の好ましい例としては、
インジウムスズ酸化物（ITO）、フッ素ドープスズ酸化
物（FTO）、アンチモンドープスズ酸化物等が挙げられ
る。なお、基板１が下部電極２を兼ねてもよい。
金属蒸着層、透明電極層等であってよい。蒸着する金属
の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等が
挙げられる。また、透明電極層の好ましい例としては、
インジウムスズ酸化物（ITO）、フッ素ドープスズ酸化
物（FTO）、アンチモンドープスズ酸化物等が挙げられ
る。なお、基板１が下部電極２を兼ねてもよい。
【００１３】(3) 下部クラッド層
下部電極２上に下部クラッド層３が形成されている。下
部クラッド層３を形成する有機材料は特に限定されない
が、好ましい例としてポリイミド、フッ素化ポリイミド
等が挙げられる。
部クラッド層３を形成する有機材料は特に限定されない
が、好ましい例としてポリイミド、フッ素化ポリイミド
等が挙げられる。
【００１４】(4) コア
コア４は、少なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並
びにそれぞれ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／
又は電子受容性基を有する液晶化合物を架橋した材料に
より構成される。本発明の導波路型光変調素子に用いる
液晶化合物は、少なくとも２個以上の架橋可能な官能基
と、それぞれ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／
又は電子受容性基とを有していれば特に限定されない
が、例えば下記一般式（I）： R1-S1-D-M-A-S2-R2 （I） （一般式（I）中、R1及びR2は架橋可能な官能基を表
し、S1及びS2は二価の連結基を表し、Dは単結合、酸素
原子、硫黄原子、-NH-、又は-NR3-（R3は炭素数１〜６
のアルキル基、又はR1-S1-で示される基を表す。）を表
し、Aはカルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキ
シ基、又はスルホニルオキシ基を表し、Mはメソゲン基
を表す。）で表される液晶化合物を用いるのが好まし
い。
びにそれぞれ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／
又は電子受容性基を有する液晶化合物を架橋した材料に
より構成される。本発明の導波路型光変調素子に用いる
液晶化合物は、少なくとも２個以上の架橋可能な官能基
と、それぞれ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／
又は電子受容性基とを有していれば特に限定されない
が、例えば下記一般式（I）： R1-S1-D-M-A-S2-R2 （I） （一般式（I）中、R1及びR2は架橋可能な官能基を表
し、S1及びS2は二価の連結基を表し、Dは単結合、酸素
原子、硫黄原子、-NH-、又は-NR3-（R3は炭素数１〜６
のアルキル基、又はR1-S1-で示される基を表す。）を表
し、Aはカルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキ
シ基、又はスルホニルオキシ基を表し、Mはメソゲン基
を表す。）で表される液晶化合物を用いるのが好まし
い。
【００１５】一般式（I）においてR1及びR2の好ましい
例としては、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイル
オキシ基、グリシジル基、ビニルオキシ基等が挙げられ
る。中でもアクリロイルオキシ基が特に好ましい。S1及
びS2の好ましい例としては、炭素数２〜12のアルキレン
基が挙げられる。S1及びS2は置換基を有していてもよ
く、好ましい置換基としては、炭素数１〜３の低級アル
キル基又はハロゲン原子が挙げられる。また、置換基を
有する炭素原子が不斉炭素となる場合は、その立体配置
はR、S、及びRSのいずれでもよい。A及びDはそれぞれ独
立して電子供与性基又は電子受容性基により構成され
る。Dは酸素原子が好ましい。-NR3-のR3は、炭素数１〜
６のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基が特
に好ましい。Aは、カルボニルオキシ基又はスルホニル
オキシ基が特に好ましい。
例としては、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイル
オキシ基、グリシジル基、ビニルオキシ基等が挙げられ
る。中でもアクリロイルオキシ基が特に好ましい。S1及
びS2の好ましい例としては、炭素数２〜12のアルキレン
基が挙げられる。S1及びS2は置換基を有していてもよ
く、好ましい置換基としては、炭素数１〜３の低級アル
キル基又はハロゲン原子が挙げられる。また、置換基を
有する炭素原子が不斉炭素となる場合は、その立体配置
はR、S、及びRSのいずれでもよい。A及びDはそれぞれ独
立して電子供与性基又は電子受容性基により構成され
る。Dは酸素原子が好ましい。-NR3-のR3は、炭素数１〜
６のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基が特
に好ましい。Aは、カルボニルオキシ基又はスルホニル
オキシ基が特に好ましい。
【００１６】Mで表されるメソゲン基は一般に棒状液晶
に用いられ、剛直な液晶形成に寄与する液晶分子の主要
骨格を示す。メソゲン基の例は、「Flussige Kristalle
inTabellen II」、VEB Deutsche Verlag fur Grundst
off Industrie, Leipzig、（1984年）、７頁〜16頁等に
記載がある。好ましい例としては、ビフェニル基、ベン
ゾイルビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン-2-
カルボン酸フェニルエステル基等が挙げられる。これら
の基は置換基を有していてもよい。
に用いられ、剛直な液晶形成に寄与する液晶分子の主要
骨格を示す。メソゲン基の例は、「Flussige Kristalle
inTabellen II」、VEB Deutsche Verlag fur Grundst
off Industrie, Leipzig、（1984年）、７頁〜16頁等に
記載がある。好ましい例としては、ビフェニル基、ベン
ゾイルビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン-2-
カルボン酸フェニルエステル基等が挙げられる。これら
の基は置換基を有していてもよい。
【００１７】(5) 上部クラッド層
コア４を挟んで下部クラッド層３の上に上部クラッド層
５が形成されている。上部クラッド層５を形成する有機
材料は特に限定されないが、好ましい例としてポリイミ
ド、フッ素化ポリイミド等が挙げられる。
５が形成されている。上部クラッド層５を形成する有機
材料は特に限定されないが、好ましい例としてポリイミ
ド、フッ素化ポリイミド等が挙げられる。
【００１８】(6) 電極
上部クラッド層５上の全面又は一部に上部電極６が形成
されている。上部電極６の材料は特に限定されないが、
金、銀、銅、アルミニウム等を蒸着した電極が好まし
い。
されている。上部電極６の材料は特に限定されないが、
金、銀、銅、アルミニウム等を蒸着した電極が好まし
い。
【００１９】(7) 導波路
導波路としては光波工学（コロナ社(東京) 1988年発
行）、第７章、204頁に記載されている周知の導波路、
例えば分岐導波路型、マッハツェンダー型、方向性結合
器型、交差導波路型等を採用できる。中でも分岐導波路
型、マッハツェンダー型及び方向性結合器型が好まし
い。図３〜５にそれぞれ分岐型光変調器、マッハツェン
ダー型光変調器及び方向性結合器型光変調器を示す。
行）、第７章、204頁に記載されている周知の導波路、
例えば分岐導波路型、マッハツェンダー型、方向性結合
器型、交差導波路型等を採用できる。中でも分岐導波路
型、マッハツェンダー型及び方向性結合器型が好まし
い。図３〜５にそれぞれ分岐型光変調器、マッハツェン
ダー型光変調器及び方向性結合器型光変調器を示す。
【００２０】[2] 導波路型光変調素子の製造方法
本発明の製造方法を図１を参照して以下に説明する。シ
リコン樹脂等からなる基板１に電子線蒸着等により金属
蒸着層、透明電極層等の導電層を設けて下部電極層２を
形成する。次に下部電極層２上に高分子薄膜からなる下
部クラッド層３を形成する。高分子薄膜を形成する方法
は、高分子薄膜の材料そのものを塗布して乾燥する方
法、高分子薄膜の前駆体を塗布して適切な方法で高分子
化させる方法等を用いることができる。塗布法としては
周知の手法、例えばカーテンコーティング法、押し出し
コーティング法、ロールコーティング法、スピンコーテ
ィング法、ディップコーティング法、バーコーティング
法、スプレーコーティング法、スライドコーティング
法、印刷コーティング法等を採用できるが、特にスピン
コーティング法が好ましい。
リコン樹脂等からなる基板１に電子線蒸着等により金属
蒸着層、透明電極層等の導電層を設けて下部電極層２を
形成する。次に下部電極層２上に高分子薄膜からなる下
部クラッド層３を形成する。高分子薄膜を形成する方法
は、高分子薄膜の材料そのものを塗布して乾燥する方
法、高分子薄膜の前駆体を塗布して適切な方法で高分子
化させる方法等を用いることができる。塗布法としては
周知の手法、例えばカーテンコーティング法、押し出し
コーティング法、ロールコーティング法、スピンコーテ
ィング法、ディップコーティング法、バーコーティング
法、スプレーコーティング法、スライドコーティング
法、印刷コーティング法等を採用できるが、特にスピン
コーティング法が好ましい。
【００２１】下部クラッド層３上にコア４を形成するた
めの高分子材料からなる層（コア層）を形成する。コア
層は、(a) 少なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並
びにそれぞれ少なくとも１個以上の電子供与基及び／又
は電子受容基を有する液晶化合物を上下クラッド層の間
に塗布又は注入し、(b) 直流電場印加下又はコロナ放電
下において液晶化合物を架橋することにより形成する。
めの高分子材料からなる層（コア層）を形成する。コア
層は、(a) 少なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並
びにそれぞれ少なくとも１個以上の電子供与基及び／又
は電子受容基を有する液晶化合物を上下クラッド層の間
に塗布又は注入し、(b) 直流電場印加下又はコロナ放電
下において液晶化合物を架橋することにより形成する。
【００２２】液晶化合物の被覆方法は公知の方法でよ
く、例えば液晶化合物を溶剤に均一に溶解した塗布液を
用いて塗布する方法が好ましい。塗布方法は上記下部ク
ラッド層３の形成で例示した方法を用いることができ
る。溶剤は特に限定されないが、好ましい例としてエス
テル系溶剤（酢酸メチル、酢酸エチル等）、ケトン系溶
剤（アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン
等）、含ハロゲン溶剤（ジクロロメタン、クロロホルム
等）、これらの混合溶剤等が挙げられる。塗布液中の液
晶化合物の濃度は塗布可能な濃度域ならば特に限定され
ないが、塗布液全質量に対し１〜60質量％の範囲にある
のが好ましく、５〜40質量％の範囲にあるのがより好ま
しい。塗布液には必要に応じて適切な重合開始剤、重合
禁止剤、光増感剤、架橋剤、液晶配向助剤等を添加して
もよい。添加剤の量は特に限定されないが、添加剤の総
量が塗布液全質量に対し30質量％以下であることが好ま
しく、15質量％以下であるのがより好ましい。
く、例えば液晶化合物を溶剤に均一に溶解した塗布液を
用いて塗布する方法が好ましい。塗布方法は上記下部ク
ラッド層３の形成で例示した方法を用いることができ
る。溶剤は特に限定されないが、好ましい例としてエス
テル系溶剤（酢酸メチル、酢酸エチル等）、ケトン系溶
剤（アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン
等）、含ハロゲン溶剤（ジクロロメタン、クロロホルム
等）、これらの混合溶剤等が挙げられる。塗布液中の液
晶化合物の濃度は塗布可能な濃度域ならば特に限定され
ないが、塗布液全質量に対し１〜60質量％の範囲にある
のが好ましく、５〜40質量％の範囲にあるのがより好ま
しい。塗布液には必要に応じて適切な重合開始剤、重合
禁止剤、光増感剤、架橋剤、液晶配向助剤等を添加して
もよい。添加剤の量は特に限定されないが、添加剤の総
量が塗布液全質量に対し30質量％以下であることが好ま
しく、15質量％以下であるのがより好ましい。
【００２３】電界印加の方法は、直流電場を印加する方
法又はコロナ放電を利用する方法が好ましく、コロナ放
電を利用する方法がより好ましい。架橋反応は、液晶化
合物が液晶相を呈する温度において行うのが好ましい。
架橋反応には、熱、電磁波等による公知の架橋法を採用
できるが、特に光重合開始剤を用いた紫外光によるラジ
カル重合が好ましい。架橋性基がエポキシ基の場合に
は、ジアミン類の添加により熱架橋する方法を用いるの
が好ましい。
法又はコロナ放電を利用する方法が好ましく、コロナ放
電を利用する方法がより好ましい。架橋反応は、液晶化
合物が液晶相を呈する温度において行うのが好ましい。
架橋反応には、熱、電磁波等による公知の架橋法を採用
できるが、特に光重合開始剤を用いた紫外光によるラジ
カル重合が好ましい。架橋性基がエポキシ基の場合に
は、ジアミン類の添加により熱架橋する方法を用いるの
が好ましい。
【００２４】作製したコア層４に導波路を形成する。導
波路は目的に応じてマッハツェンダー形、交差形等、所
望の形状にパターンニングして形成する。パターニング
形成には周知の方法、例えばフォトリソグラフィ、ドラ
イエッチング等を採用できる。
波路は目的に応じてマッハツェンダー形、交差形等、所
望の形状にパターンニングして形成する。パターニング
形成には周知の方法、例えばフォトリソグラフィ、ドラ
イエッチング等を採用できる。
【００２５】コア４及び下部クラッド層３上に高分子薄
膜からなる上部クラッド層５を形成する。上部クラッド
層５を形成する材料及び方法は下部クラッド層３を形成
する場合と同じでよい。
膜からなる上部クラッド層５を形成する。上部クラッド
層５を形成する材料及び方法は下部クラッド層３を形成
する場合と同じでよい。
【００２６】上部クラッド層５上に上部電極６を形成す
る。上部電極６は、まず上部クラッド層５上に熱、又は
電子線で金属を蒸着して上部電極層を形成し、次に上部
電極層をパターンニングして上部電極６の形状に形成す
る。パターニングには、フォトリソグラフィ、ドライエ
ッチング等を採用できる。
る。上部電極６は、まず上部クラッド層５上に熱、又は
電子線で金属を蒸着して上部電極層を形成し、次に上部
電極層をパターンニングして上部電極６の形状に形成す
る。パターニングには、フォトリソグラフィ、ドライエ
ッチング等を採用できる。
【００２７】以上の工程により得られた導波路型光変調
素子は、下部電極２を接地し、上部電極６への印加電圧
を変化させることにより、伝搬する光の位相を制御する
ことができる。本発明の導波路型光変調素子は配向処理
の温度を低く抑えることができるとともに、コアが三次
元的に架橋されており、架橋後も液晶の配向性を保持す
ることができるため、経時、熱的に安定である。
素子は、下部電極２を接地し、上部電極６への印加電圧
を変化させることにより、伝搬する光の位相を制御する
ことができる。本発明の導波路型光変調素子は配向処理
の温度を低く抑えることができるとともに、コアが三次
元的に架橋されており、架橋後も液晶の配向性を保持す
ることができるため、経時、熱的に安定である。
【００２８】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２９】実施例１
図２に示す構造の導波路型光変調素子を以下のように作
製した。まず、シリコン基板１上にアルミニウムを電子
線蒸着し、下部電極２を形成した。下部電極２上にアク
リル系UV硬化樹脂をスピンコートし、UV照射（254nm、1
0W/cm、10分）して硬化させ、膜厚10μmの下部クラッド
層３を形成した。下部クラッド層３上に液晶化合物１を
含み、以下に示す組成を有する塗布液をスピンコート
し、コロナ放電下（印加電圧：５ｋV）において、100℃
に保ち、UV照射（254nm、10W/cm、５分）を行った。得
られたコア層にAppl.Opt.、第38巻、966頁（1999年）記
載の方法に準じてフォトリソグラフィとドライエッチン
ッグを行ってパターン形成し、図２に示す厚さ８μmの
コア４を形成した。
製した。まず、シリコン基板１上にアルミニウムを電子
線蒸着し、下部電極２を形成した。下部電極２上にアク
リル系UV硬化樹脂をスピンコートし、UV照射（254nm、1
0W/cm、10分）して硬化させ、膜厚10μmの下部クラッド
層３を形成した。下部クラッド層３上に液晶化合物１を
含み、以下に示す組成を有する塗布液をスピンコート
し、コロナ放電下（印加電圧：５ｋV）において、100℃
に保ち、UV照射（254nm、10W/cm、５分）を行った。得
られたコア層にAppl.Opt.、第38巻、966頁（1999年）記
載の方法に準じてフォトリソグラフィとドライエッチン
ッグを行ってパターン形成し、図２に示す厚さ８μmの
コア４を形成した。
【００３０】得られた下部クラッド層３とコア４の上か
らアクリル系UV硬化樹脂をスピンコートし、UV照射（25
4nm、10W/cm、10分）して硬化させ、膜厚15μmの上部ク
ラッド層５を形成した。次に上部クラッド層５上にアル
ミニウムを電子線蒸着により0.5μmの厚さに積層し、信
号電圧印加用の上部電極６をパターン形成した。最後に
ダイサーによりチップ状に切り分け、端面を研磨して導
波路型光変調素子を得た。得られた素子について電気光
学効果の発現を確認した。さらにその効果は６ヶ月後に
おいても保持されていることを確認した。
らアクリル系UV硬化樹脂をスピンコートし、UV照射（25
4nm、10W/cm、10分）して硬化させ、膜厚15μmの上部ク
ラッド層５を形成した。次に上部クラッド層５上にアル
ミニウムを電子線蒸着により0.5μmの厚さに積層し、信
号電圧印加用の上部電極６をパターン形成した。最後に
ダイサーによりチップ状に切り分け、端面を研磨して導
波路型光変調素子を得た。得られた素子について電気光
学効果の発現を確認した。さらにその効果は６ヶ月後に
おいても保持されていることを確認した。
【００３１】コア形成用塗布液： 下記液晶化合物１
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％)液晶化合物１
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％)液晶化合物１
【化１】
【００３２】実施例２
コアのパターン形成において、マッハツェンダー型導波
路を形成した以外は実施例１と同様にして図４に示すマ
ッハツェンダー型光変調器を作製した。
路を形成した以外は実施例１と同様にして図４に示すマ
ッハツェンダー型光変調器を作製した。
【００３３】実施例３
液晶化合物２を含む以下のコア形成用塗布液を用いた以
外は実施例２と同様にしてマッハツェンダー型光変調器
を作製した。
外は実施例２と同様にしてマッハツェンダー型光変調器
を作製した。
【００３４】コア形成用塗布液： 下記液晶化合物２
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％）液晶化合物２
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％）液晶化合物２
【化２】
【００３５】実施例４
液晶化合物３を含む以下のコア形成用塗布液を用いた以
外は実施例２と同様にしてマッハツェンダー型光変調器
を作製した。
外は実施例２と同様にしてマッハツェンダー型光変調器
を作製した。
【００３６】コア形成用塗布液： 下記液晶化合物３
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％） 液晶化合物３
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％） 液晶化合物３
【化３】
【００３７】
【発明の効果】上記の通り、本発明の導波路型光変調素
子は、非線形光学材料として、少なくとも２個以上の架
橋可能な官能基、並びにそれぞれ少なくとも１個以上の
電子供与基及び／又は電子受容基を有する液晶化合物を
コアに用い、この液晶化合物を直流電場の印加下又はコ
ロナ放電下において、配向処理を行いながら架橋するの
で、安定な光学特性及び高速の応答性能を有する。
子は、非線形光学材料として、少なくとも２個以上の架
橋可能な官能基、並びにそれぞれ少なくとも１個以上の
電子供与基及び／又は電子受容基を有する液晶化合物を
コアに用い、この液晶化合物を直流電場の印加下又はコ
ロナ放電下において、配向処理を行いながら架橋するの
で、安定な光学特性及び高速の応答性能を有する。
【図１】本発明の一実施例による導波路型光変調素子の
模式断面図である。
模式断面図である。
【図２】本発明の一実施例による導波路型光変調素子の
模式斜視図である。
模式斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による導波路型光変調素子か
らなる分岐型光変調器の模式斜視図である。
らなる分岐型光変調器の模式斜視図である。
【図４】本発明の一実施例による導波路型光変調素子か
らなるマッハツェンダー型光変調器の模式斜視図であ
る。
らなるマッハツェンダー型光変調器の模式斜視図であ
る。
【図５】本発明の一実施例による導波路型光変調素子か
らなる方向性結合器型光変調器の模式斜視図である。
らなる方向性結合器型光変調器の模式斜視図である。
１・・・基板
２・・・下部電極
３・・・下部クラッド層
４・・・コア
５・・・上部クラッド層
６・・・上部電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KB04 LA12 NA03 PA02
PA21 PA24 QA01 QA05 RA08
TA11
2H079 AA02 AA12 BA01 CA05 DA08
DA25 EA05 EA08 EB04
2H088 EA45 EA47 HA02 HA03 HA30
MA20
2K002 AB04 BA06 CA14 DA07 EA04
HA02
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、有機材料からなるコアと、前
記コアを挟んでその上下に形成されたクラッド層と、前
記コア及び前記上下クラッド層に電界を印加する一対の
電極とを有する導波路型光変調素子であって、前記コア
が少なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並びにそれ
ぞれ少なくとも１個以上の電子供与性基及び／又は電子
受容性基を有する液晶化合物を架橋した材料により構成
されていることを特徴とする導波路型光変調素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の導波路型光変調素子に
おいて、導波路は分岐導波路であることを特徴とする導
波路型光変調素子。 - 【請求項３】 請求項１に記載の導波路型光変調素子に
おいて、導波路はマッハツェンダー型導波路であること
を特徴とする導波路型光変調素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の導波路型光変調素子に
おいて、導波路は方向性結合器であることを特徴とする
導波路型光変調素子。 - 【請求項５】 基板上に、有機材料からなるコアと、前
記コアを挟んでその上下に形成されたクラッド層と、前
記コア及び前記上下クラッド層に電界を印加する一対の
電極とを有する請求項１〜４に記載の導波路型光変調素
子の製造方法において、前記コアを形成する層を(a) 少
なくとも２個以上の架橋可能な官能基、並びにそれぞれ
少なくとも１個以上の電子供与性基及び／又は電子受容
性基を有する液晶化合物を前記上下クラッド層の間に塗
布又は注入し、(b) 直流電場の印加下又はコロナ放電下
において前記液晶化合物を架橋することにより形成する
ことを特徴とする導波路型光変調素子の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５に記載の導波路型光変調素子の
製造方法において、前記液晶化合物の架橋反応を前記液
晶化合物が液晶相を呈する温度で行うことを特徴とする
導波路型光変調素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005870A JP2003207755A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 導波路型光変調素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005870A JP2003207755A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 導波路型光変調素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003207755A true JP2003207755A (ja) | 2003-07-25 |
Family
ID=27644788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002005870A Pending JP2003207755A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 導波路型光変調素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003207755A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100607982B1 (ko) | 2004-01-21 | 2006-08-08 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 도파관과 전력 모니터를 가진 광결합층을 가진 가변 광학감쇠기 |
| JP2007093634A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 有機薄膜素子及びその製造方法、並びに光導波路素子及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-01-15 JP JP2002005870A patent/JP2003207755A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100607982B1 (ko) | 2004-01-21 | 2006-08-08 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 도파관과 전력 모니터를 가진 광결합층을 가진 가변 광학감쇠기 |
| JP2007093634A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 有機薄膜素子及びその製造方法、並びに光導波路素子及びその製造方法 |
| JP4742779B2 (ja) * | 2005-09-26 | 2011-08-10 | 富士ゼロックス株式会社 | 光導波路素子の製造方法 |
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