JP2003322887A - 屈折率可変材料及び光導波路素子 - Google Patents
屈折率可変材料及び光導波路素子Info
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- JP2003322887A JP2003322887A JP2002133150A JP2002133150A JP2003322887A JP 2003322887 A JP2003322887 A JP 2003322887A JP 2002133150 A JP2002133150 A JP 2002133150A JP 2002133150 A JP2002133150 A JP 2002133150A JP 2003322887 A JP2003322887 A JP 2003322887A
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】温度の安定性と切替速度の高速性を両立すると
ともに、使用環境条件の湿度変化によって光伝送損失の
変動が少ない屈折率可変材料及び光導波路素子を提供す
る。 【解決手段】マトリックス中に光応答性化合物を含み、
光によって可逆的に屈折率が変化する屈折率可変材料に
おいて、前記マトリックスが前記光応答性化合物（置換
基Ｒ1）と、周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の
群から選ばれる少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを
含有するポリマーからなることを特徴とする。
ともに、使用環境条件の湿度変化によって光伝送損失の
変動が少ない屈折率可変材料及び光導波路素子を提供す
る。 【解決手段】マトリックス中に光応答性化合物を含み、
光によって可逆的に屈折率が変化する屈折率可変材料に
おいて、前記マトリックスが前記光応答性化合物（置換
基Ｒ1）と、周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の
群から選ばれる少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを
含有するポリマーからなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光によって可逆的
に屈折率が変化する屈折率可変材料及び光通信及び光情
報処理分野等において使用される光スイッチ用の光制御
デバイスの一種である光導波路素子に関する。
に屈折率が変化する屈折率可変材料及び光通信及び光情
報処理分野等において使用される光スイッチ用の光制御
デバイスの一種である光導波路素子に関する。
【０００２】
【従来技術】光通信システムや光情報処理システムの実
用化が進むにつれ，更に大容量の光信号処理が可能で、
かつ種々の機能を有するシステムが要求されている。光
通信システム等に用いられる光部品の一つとして、２つ
の光導波路間に配置されて信号の経路を切り替えるため
に用いられる光スイッチング素子がある。
用化が進むにつれ，更に大容量の光信号処理が可能で、
かつ種々の機能を有するシステムが要求されている。光
通信システム等に用いられる光部品の一つとして、２つ
の光導波路間に配置されて信号の経路を切り替えるため
に用いられる光スイッチング素子がある。
【０００３】従来の光スイッチング素子としては、Ｌｉ
ＮｂＯ3等の電気光学結晶上に光導波路を形成したもの
や、ＧａＡｓ等の半導体基板上、あるいは、光導波路上
の一部分に電圧を印加、あるいは、電流を注入する等に
より、その部分の屈折率を変化させ、光路の切り替えを
行うものなどの光導波路型の光スイッチが知られてい
る。
ＮｂＯ3等の電気光学結晶上に光導波路を形成したもの
や、ＧａＡｓ等の半導体基板上、あるいは、光導波路上
の一部分に電圧を印加、あるいは、電流を注入する等に
より、その部分の屈折率を変化させ、光路の切り替えを
行うものなどの光導波路型の光スイッチが知られてい
る。
【０００４】しかしながら、屈折率変化の手段として、
ＬｉＮｂＯ3等の電気光学結晶を用いるものや、ＧａＡ
ｓ等の半導体を用いる光導波路素子は、一般に高屈折率
となってしまうため、光ファイバとの接続において、大
きな接続損失を伴う。
ＬｉＮｂＯ3等の電気光学結晶を用いるものや、ＧａＡ
ｓ等の半導体を用いる光導波路素子は、一般に高屈折率
となってしまうため、光ファイバとの接続において、大
きな接続損失を伴う。
【０００５】これらの問題点を解決する一方式として、
熱光学効果を用いた光導波路素子が知られている。しか
しながら、熱光学効果を利用した光スイッチ素子は屈折
率の変化を熱によって行うため、状態（屈折率）を変化
させた後でも、その状態（屈折率）の維持、すなわち温
度を一定に維持するためにエネルギーを必要とする。さ
らに、温度の安定性と切替速度の高速性との両立が困難
であった。
熱光学効果を用いた光導波路素子が知られている。しか
しながら、熱光学効果を利用した光スイッチ素子は屈折
率の変化を熱によって行うため、状態（屈折率）を変化
させた後でも、その状態（屈折率）の維持、すなわち温
度を一定に維持するためにエネルギーを必要とする。さ
らに、温度の安定性と切替速度の高速性との両立が困難
であった。
【０００６】上記問題点を解決するため、有機材料のも
つ光応答性を利用した光スイッチング用光導波路素子の
応用展開が検討されている。中でも可逆的な光反応を示
し、かつ保存安定性に優れたフォトクロミック材料が期
待されている。
つ光応答性を利用した光スイッチング用光導波路素子の
応用展開が検討されている。中でも可逆的な光反応を示
し、かつ保存安定性に優れたフォトクロミック材料が期
待されている。
【０００７】例えば、フッ素化されたポリメチルメタク
リレート中にフォトクロミック化合物を分散させた屈折
率可変材料を用いることにより、高速でかつエネルギー
消費量の少ない光導波路素子が作製可能であることが特
開６−３２４３６７号公報に記載されている。
リレート中にフォトクロミック化合物を分散させた屈折
率可変材料を用いることにより、高速でかつエネルギー
消費量の少ない光導波路素子が作製可能であることが特
開６−３２４３６７号公報に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開６
−３２４３６７号公報に記載の屈折率可変材料は吸湿性
が高いポリメチルメタクリレート誘導体を用いているた
め、湿度が高い環境では、水の水酸基の振動吸収によっ
て光損失に影響を与える可能性を有していた。つまり、
使用環境条件の湿度変化によって光伝送損失が変動する
といった問題を有していた。
−３２４３６７号公報に記載の屈折率可変材料は吸湿性
が高いポリメチルメタクリレート誘導体を用いているた
め、湿度が高い環境では、水の水酸基の振動吸収によっ
て光損失に影響を与える可能性を有していた。つまり、
使用環境条件の湿度変化によって光伝送損失が変動する
といった問題を有していた。
【０００９】本発明の目的は、温度の安定性と切替速度
の高速性を両立するとともに、使用環境条件の湿度変化
によって光伝送損失の変動が少ない屈折率可変材料及び
光導波路素子を提供することにある。
の高速性を両立するとともに、使用環境条件の湿度変化
によって光伝送損失の変動が少ない屈折率可変材料及び
光導波路素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリマーを構
成するモノマーに光応答性化合物を組み入れることによ
り、光応答性化合物が分子レベルでマトリックス中に均
一に分散し、且つ安定してマトリックス中に存在し、使
用環境条件の湿度変化よる光伝送損失の変動を低減する
ことができるという知見に基づくものである。
成するモノマーに光応答性化合物を組み入れることによ
り、光応答性化合物が分子レベルでマトリックス中に均
一に分散し、且つ安定してマトリックス中に存在し、使
用環境条件の湿度変化よる光伝送損失の変動を低減する
ことができるという知見に基づくものである。
【００１１】即ち、本発明の屈折率可変材料は、マトリ
ックス中に光応答性化合物を含み、光によって可逆的に
屈折率が変化する屈折率可変材料において、前記マトリ
ックスが前記光応答性化合物（置換基Ｒ1）と、周期律
表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群から選ばれる少な
くとも１種（Ｍ）を含むモノマーを含有するポリマーか
らなることを特徴とするものである。
ックス中に光応答性化合物を含み、光によって可逆的に
屈折率が変化する屈折率可変材料において、前記マトリ
ックスが前記光応答性化合物（置換基Ｒ1）と、周期律
表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群から選ばれる少な
くとも１種（Ｍ）を含むモノマーを含有するポリマーか
らなることを特徴とするものである。
【００１２】また、前記モノマーが前記元素Ｍ、前記置
換基Ｒ1及び置換基Ｒ2を含む化学式１で表される第１の
モノマーであり、前記置換基Ｒ2がＣnＸ2n+1（Ｘは水
素、重水素、あるいはハロゲン、ｎは５以下の正の整
数）で表されるアルキル基、重水素化アルキル基、ハロ
ゲン化アルキル基、Ｃ6Ｘ5（Ｘは水素、重水素、あるい
はハロゲン）で表されるフェニル基、重水素化フェニル
基、又はハロゲン化フェニルのうち少なくとも１種であ
ることが好ましい。これにより、温度安定性、湿度安定
性及び高速性をさらに改善することができる。
換基Ｒ1及び置換基Ｒ2を含む化学式１で表される第１の
モノマーであり、前記置換基Ｒ2がＣnＸ2n+1（Ｘは水
素、重水素、あるいはハロゲン、ｎは５以下の正の整
数）で表されるアルキル基、重水素化アルキル基、ハロ
ゲン化アルキル基、Ｃ6Ｘ5（Ｘは水素、重水素、あるい
はハロゲン）で表されるフェニル基、重水素化フェニル
基、又はハロゲン化フェニルのうち少なくとも１種であ
ることが好ましい。これにより、温度安定性、湿度安定
性及び高速性をさらに改善することができる。
【００１３】
【化４】
【００１４】さらに、前記ポリマーが、前記元素Ｍ、前
記置換基Ｒ1を含む化学式５で表される第２のモノマー
を含有することが好ましい。これにより、温度安定性、
湿度安定性が更に改善できるだけでなく、機械的強度が
増し、優れた耐久性を実現できる。
記置換基Ｒ1を含む化学式５で表される第２のモノマー
を含有することが好ましい。これにより、温度安定性、
湿度安定性が更に改善できるだけでなく、機械的強度が
増し、優れた耐久性を実現できる。
【００１５】
【化５】
【００１６】さらにまた、前記ポリマーが、前記第１の
モノマーと第２のモノマーとが化学的に結合した複合体
を含むことが好ましい。これによって、ポリマー同士を
単に混合するよりも、強度、耐候性がより向上する。
モノマーと第２のモノマーとが化学的に結合した複合体
を含むことが好ましい。これによって、ポリマー同士を
単に混合するよりも、強度、耐候性がより向上する。
【００１７】また、前記光応答性化合物（置換基Ｒ1）
がフォトクロミック化合物であることが好ましい。フォ
トクロミック反応は、光照射により可逆的に、かつ数ピ
コ秒のオーダーで完結するため、切替速度をさらに改善
できる。
がフォトクロミック化合物であることが好ましい。フォ
トクロミック反応は、光照射により可逆的に、かつ数ピ
コ秒のオーダーで完結するため、切替速度をさらに改善
できる。
【００１８】さらに、前記フォトクロミック化合物が化
学式６で表されるジアリールエテン誘導体であることが
好ましい。ジアリールエテン誘導体は、着色状態と消色
状態の双方が熱的に安定であるため、優れた光応答性を
示すだけでなく、繰り返し光照射を行っても化合物の劣
化ないため、安定した特性を得られる。
学式６で表されるジアリールエテン誘導体であることが
好ましい。ジアリールエテン誘導体は、着色状態と消色
状態の双方が熱的に安定であるため、優れた光応答性を
示すだけでなく、繰り返し光照射を行っても化合物の劣
化ないため、安定した特性を得られる。
【００１９】
【化６】
【００２０】また、本発明の光導波路素子は、基板と、
該基板の上に設けられ、光が伝播するコア部と該コア部
を覆うように設けられたクラッド部とを具備する光導波
路素子において、前記コア部又はクラッド部の少なくと
も一部が上記の屈折率可変材料であることを特徴とす
る。
該基板の上に設けられ、光が伝播するコア部と該コア部
を覆うように設けられたクラッド部とを具備する光導波
路素子において、前記コア部又はクラッド部の少なくと
も一部が上記の屈折率可変材料であることを特徴とす
る。
【００２１】このように、屈折率を可変し、光の位相を
変化させ、光制御を行う部位に、光照射により屈折率を
変化させることができる本発明の屈折率可変材料を採用
しているため、高速光スイッチングが可能となるだけで
なく、自己保持性のため、省電力化を実現できる。さら
に強度、耐候性に優れることから、使用環境条件の湿度
変化によって光伝送損失の変動が少ない、信頼性の高い
光導波路素子を実現できる。
変化させ、光制御を行う部位に、光照射により屈折率を
変化させることができる本発明の屈折率可変材料を採用
しているため、高速光スイッチングが可能となるだけで
なく、自己保持性のため、省電力化を実現できる。さら
に強度、耐候性に優れることから、使用環境条件の湿度
変化によって光伝送損失の変動が少ない、信頼性の高い
光導波路素子を実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の屈折率可変材料は、マト
リックスを形成するポリマーが光応答性化合物（置換基
Ｒ1）と周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群か
ら選ばれる少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを含有
するポリマーからなることが重要である。
リックスを形成するポリマーが光応答性化合物（置換基
Ｒ1）と周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群か
ら選ばれる少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを含有
するポリマーからなることが重要である。
【００２３】このように、マトリックス中に存在するポ
リマーが、周期律表第４ａ族元素又は第４ｂ族元素に化
学的に結合した光応答性化合物（置換基Ｒ1）を含むモ
ノマーを含有するため、光応答性化合物が分子レベルで
分散され、良好な分散状態であるため、長時間保存して
もポリマー中から光応答性化合物が溶出することがな
く、安定で優れた特性を示すことができる。
リマーが、周期律表第４ａ族元素又は第４ｂ族元素に化
学的に結合した光応答性化合物（置換基Ｒ1）を含むモ
ノマーを含有するため、光応答性化合物が分子レベルで
分散され、良好な分散状態であるため、長時間保存して
もポリマー中から光応答性化合物が溶出することがな
く、安定で優れた特性を示すことができる。
【００２４】モノマーのＭは周期律表第４ａ族元素及び
第４ｂ族元素の群から選ばれる少なくとも１種である
と、化学的に安定で、ゾル−ゲル法やウルツカップリン
グ反応等により、容易に重合できるとともに、フォトク
ロミック化合物が反応する自由空間を有しているため、
温度安定性及び切替速度の高速性も確保できる。
第４ｂ族元素の群から選ばれる少なくとも１種である
と、化学的に安定で、ゾル−ゲル法やウルツカップリン
グ反応等により、容易に重合できるとともに、フォトク
ロミック化合物が反応する自由空間を有しているため、
温度安定性及び切替速度の高速性も確保できる。
【００２５】しかも、上記の元素Ｍは、光応答性化合物
（置換基Ｒ1）と化学反応によって強固に結びついてお
り、モノマー中に光応答性化合物が固定され、化学的及
び物理的に安定した化合物を得ることができる。
（置換基Ｒ1）と化学反応によって強固に結びついてお
り、モノマー中に光応答性化合物が固定され、化学的及
び物理的に安定した化合物を得ることができる。
【００２６】特に、置換基Ｒ1が光応答性化合物、Ｍが
周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群から選ばれ
る少なくとも１種、置換基Ｒ2がＣnＸ2n+1（Ｘは水素、
重水素、あるいはハロゲン、ｎは５以下の正の整数）で
表されるアルキル基、重水素化アルキル基、ハロゲン化
アルキル基、Ｃ6Ｘ5（Ｘは水素、重水素、あるいはハロ
ゲン）で表されるフェニル基、重水素化フェニル基、又
はハロゲン化フェニルのうち少なくとも１種であると
き、モノマーが、化学式７で表されるものであることが
好ましい。
周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群から選ばれ
る少なくとも１種、置換基Ｒ2がＣnＸ2n+1（Ｘは水素、
重水素、あるいはハロゲン、ｎは５以下の正の整数）で
表されるアルキル基、重水素化アルキル基、ハロゲン化
アルキル基、Ｃ6Ｘ5（Ｘは水素、重水素、あるいはハロ
ゲン）で表されるフェニル基、重水素化フェニル基、又
はハロゲン化フェニルのうち少なくとも１種であると
き、モノマーが、化学式７で表されるものであることが
好ましい。
【００２７】
【化７】
【００２８】これによって、化学的安定性が向上するた
め、温度安定性、湿度安定性及び高速性をさらに改善す
ることができる。
め、温度安定性、湿度安定性及び高速性をさらに改善す
ることができる。
【００２９】本発明によれば、主鎖骨格が周期律表第４
ａ族及び周期律表第４ｂ族の群から選ばれる少なくとも
１種、例えばＳｉ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等の金属元素から
なる無機系高分子重合体からなり、且つ側鎖にアルキル
基、ハロゲン基などの吸湿性の低い置換基を有すること
によって、耐熱性に優れ、湿度変化による伝送損失の変
動を小さくすることできる。
ａ族及び周期律表第４ｂ族の群から選ばれる少なくとも
１種、例えばＳｉ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等の金属元素から
なる無機系高分子重合体からなり、且つ側鎖にアルキル
基、ハロゲン基などの吸湿性の低い置換基を有すること
によって、耐熱性に優れ、湿度変化による伝送損失の変
動を小さくすることできる。
【００３０】さらに、このモノマーが、化学式８で表さ
れるモノマーと共にポリマー中に含まれることによっ
て、機械的安定性の更なる向上を図ることができる。
れるモノマーと共にポリマー中に含まれることによっ
て、機械的安定性の更なる向上を図ることができる。
【００３１】
【化８】
【００３２】さらにまた、化学式７の第１のポリマー
と、化学式８の第２のポリマーとが化学的に結合した複
合体であることが好ましい。これによって、ポリマー同
士を単に混合するよりも、強度、耐候性がより向上す
る。
と、化学式８の第２のポリマーとが化学的に結合した複
合体であることが好ましい。これによって、ポリマー同
士を単に混合するよりも、強度、耐候性がより向上す
る。
【００３３】また、上記の光応答性化合物（置換基
Ｒ1）としてフォトクロミック化合物を用いることによ
り、フォトクロミック反応を、光照射により可逆的に、
かつ数ピコ秒のオーダーで完結させることが可能とな
り、その結果、切替速度の高速性を改善できる。
Ｒ1）としてフォトクロミック化合物を用いることによ
り、フォトクロミック反応を、光照射により可逆的に、
かつ数ピコ秒のオーダーで完結させることが可能とな
り、その結果、切替速度の高速性を改善できる。
【００３４】さらに、上記のフォトクロミック化合物
は、化学式９で表されるジアリールエテン誘導体である
ことが好ましい。ジアリールエテン誘導体は、着色状態
と消色状態の双方が熱的に安定であるため、優れた光応
答性を示すだけでなく、繰り返し光照射を行っても化合
物の劣化ないため、安定した特性を得られる。
は、化学式９で表されるジアリールエテン誘導体である
ことが好ましい。ジアリールエテン誘導体は、着色状態
と消色状態の双方が熱的に安定であるため、優れた光応
答性を示すだけでなく、繰り返し光照射を行っても化合
物の劣化ないため、安定した特性を得られる。
【００３５】
【化９】
【００３６】なお、Ｒ3、Ｒ4は、３−ベンゾチエニル誘
導体、３−チエニル誘導体、３−インドリル誘導体を示
し、環Ａは脂肪族環、酸無水物、マレイミド基を示す。
導体、３−チエニル誘導体、３−インドリル誘導体を示
し、環Ａは脂肪族環、酸無水物、マレイミド基を示す。
【００３７】具体的には、化学式１０〜１８で表される
モノマーであることが好ましい。式中Ｒ5、Ｒ6は、水
素、アルキル基、アルコキシ基を示す。低級アルキル
基、特にメチル基、イソプロピル基、さらにメトキシ基
が好適である。
モノマーであることが好ましい。式中Ｒ5、Ｒ6は、水
素、アルキル基、アルコキシ基を示す。低級アルキル
基、特にメチル基、イソプロピル基、さらにメトキシ基
が好適である。
【００３８】
【化１０】
【００３９】
【化１１】
【００４０】
【化１２】
【００４１】
【化１３】
【００４２】
【化１４】
【００４３】
【化１５】
【００４４】
【化１６】
【００４５】
【化１７】
【００４６】
【化１８】
【００４７】また、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11、
Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15は、各々水素、アルキル基、ア
ルコキシ基、アリール基を示し、未置換でも或いは一部
が置換されていても良い。これらの置換基としてはアル
キル、アリール、ハロゲン、ニトロ、アミノ、アルコキ
シ、シアノを例示できる。
Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15は、各々水素、アルキル基、ア
ルコキシ基、アリール基を示し、未置換でも或いは一部
が置換されていても良い。これらの置換基としてはアル
キル、アリール、ハロゲン、ニトロ、アミノ、アルコキ
シ、シアノを例示できる。
【００４８】Ｘは酸素、硫黄、窒素原子であることが好
ましい。特に、光異性化反応により生成するジアリール
エテンの閉環体化合物の熱安定性が最も優れるため、硫
黄原子がより好適である。
ましい。特に、光異性化反応により生成するジアリール
エテンの閉環体化合物の熱安定性が最も優れるため、硫
黄原子がより好適である。
【００４９】Ｚは、ハロゲン原子、特にフッ素原子が置
換されたシクロペンテン環が、ジアリールエテン合成反
応の反応性が向上し、収率良く得られるという理由で好
適である。
換されたシクロペンテン環が、ジアリールエテン合成反
応の反応性が向上し、収率良く得られるという理由で好
適である。
【００５０】本発明における、上記のモノマーを含むポ
リマーは、例えば、化学式１９で示されるような直鎖型
構造を有するポリマーや化学式２０で示されるような分
岐型網目構造を有するポリマーであるのが良い。
リマーは、例えば、化学式１９で示されるような直鎖型
構造を有するポリマーや化学式２０で示されるような分
岐型網目構造を有するポリマーであるのが良い。
【００５１】
【化１９】
【００５２】
【化２０】
【００５３】また、これらのポリマーの構造は２次元構
造であるが、３次元構造を有していることが、さらに好
ましい。これによって、ポリマー強度をより高めること
ができる。
造であるが、３次元構造を有していることが、さらに好
ましい。これによって、ポリマー強度をより高めること
ができる。
【００５４】このように、本発明の屈折率可変材料は、
周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群から選ばれ
る少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを含有するポリ
マー中に優れた光応答性を有するフォトクロミック化合
物を化学的結合によって混合されているため、温度安定
性、湿度安定性及び高速光応答性を有するという特徴を
持ち、光通信、光情報処理等に用いられる光制御デバイ
スに好適に使用することができる。
周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の群から選ばれ
る少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを含有するポリ
マー中に優れた光応答性を有するフォトクロミック化合
物を化学的結合によって混合されているため、温度安定
性、湿度安定性及び高速光応答性を有するという特徴を
持ち、光通信、光情報処理等に用いられる光制御デバイ
スに好適に使用することができる。
【００５５】次に、本発明の屈折率可変材料の製造方法
の一例について説明する。
の一例について説明する。
【００５６】アルコキシシリル基を有するフォトクロミ
ック化合物とシリコンアルコキシドとをｐＨ２〜３で１
０モル倍の酸性アルコール水溶液で加水分解を行う。こ
の反応において、一般にアルコキシシリル基を有するフ
ォトクロミック化合物はシリコンアルコキシドと混合し
て加水分解を行う。
ック化合物とシリコンアルコキシドとをｐＨ２〜３で１
０モル倍の酸性アルコール水溶液で加水分解を行う。こ
の反応において、一般にアルコキシシリル基を有するフ
ォトクロミック化合物はシリコンアルコキシドと混合し
て加水分解を行う。
【００５７】次いで、シリコンアルコキシドとフォトク
ロミック化合物とを縮合させ、ゲルを作製する。このゲ
ルをバーコート法、浸漬法、溶融押し出し法、スプレー
法等の公知の塗布法によって基板の表面に薄膜を形成
し、その後８０〜１５０℃の温度で加熱処理を行う。こ
れにより、優れた光応答性及び膜強度、耐光性を有する
屈折率可変材料を得ることができる。
ロミック化合物とを縮合させ、ゲルを作製する。このゲ
ルをバーコート法、浸漬法、溶融押し出し法、スプレー
法等の公知の塗布法によって基板の表面に薄膜を形成
し、その後８０〜１５０℃の温度で加熱処理を行う。こ
れにより、優れた光応答性及び膜強度、耐光性を有する
屈折率可変材料を得ることができる。
【００５８】このように、ゾル−ゲル法によって合成さ
れたポリマーは、例えば２次元及び３次元状になった、
少なくとも周期律表第４ａ族元素又は第４ｂ族元素を含
み、例えばシリカガラス中にフォトクロミック化合物が
化学結合を伴って分子レベルで均一に混合された状態を
得ることができる。
れたポリマーは、例えば２次元及び３次元状になった、
少なくとも周期律表第４ａ族元素又は第４ｂ族元素を含
み、例えばシリカガラス中にフォトクロミック化合物が
化学結合を伴って分子レベルで均一に混合された状態を
得ることができる。
【００５９】次に、本発明の光導波路素子は、基板と、
基板と、該基板の上に設けられ、光が伝播するコア部と
該コア部を覆うように設けられたクラッド部とを具備す
る光導波路素子において、前記コア部又はクラッド部の
少なくとも一部が本発明の屈折率可変材料から構成され
ることが重要である。
基板と、該基板の上に設けられ、光が伝播するコア部と
該コア部を覆うように設けられたクラッド部とを具備す
る光導波路素子において、前記コア部又はクラッド部の
少なくとも一部が本発明の屈折率可変材料から構成され
ることが重要である。
【００６０】コア部とクラッド部とが、有機系材料及び
／又は無機系材料からなり、これらの光導波路の一部
（若しくは全部）を上記の屈折率可変材料で構成され
る。このような構成により、光電力を効率的に伝播さ
せ、効果的に照査することが可能となる。
／又は無機系材料からなり、これらの光導波路の一部
（若しくは全部）を上記の屈折率可変材料で構成され
る。このような構成により、光電力を効率的に伝播さ
せ、効果的に照査することが可能となる。
【００６１】コア部にフォトクロミック性を持たせるこ
とにより、光照射によるグラッド部屈折率の遠隔操作が
可能となり、電気配線等の電気的配慮は不要となる。コ
ア部に本発明の屈折率可変材料、グラッド部に有機ポリ
マーもしくは無機化合物で構成される。
とにより、光照射によるグラッド部屈折率の遠隔操作が
可能となり、電気配線等の電気的配慮は不要となる。コ
ア部に本発明の屈折率可変材料、グラッド部に有機ポリ
マーもしくは無機化合物で構成される。
【００６２】例えば、図１に示す２×２方向性結合器型
光スイッチング素子を例にとる。基板１１の表面若しく
は裏面から紫外光（約３５０〜３８０ｎｍ）又は青色光
（３８０〜４５０ｎｍ）を照射すると、グラッド部１２
及び光導波路１３、１４の分子構造が変化し、屈折率が
変化する。
光スイッチング素子を例にとる。基板１１の表面若しく
は裏面から紫外光（約３５０〜３８０ｎｍ）又は青色光
（３８０〜４５０ｎｍ）を照射すると、グラッド部１２
及び光導波路１３、１４の分子構造が変化し、屈折率が
変化する。
【００６３】また、基板１１の表面若しくは裏面から赤
色光（６００〜７８０ｎｍ）又は黄色光（４５０〜６０
０ｎｍ）を照射することにより、グラッド部１２及び光
導波路１３、１４の分子構造がもとに戻り、紫外光又は
青色光を照射する前の屈折率となる。
色光（６００〜７８０ｎｍ）又は黄色光（４５０〜６０
０ｎｍ）を照射することにより、グラッド部１２及び光
導波路１３、１４の分子構造がもとに戻り、紫外光又は
青色光を照射する前の屈折率となる。
【００６４】ポート１、２より入射された赤外光（信号
光）は、光導波路１３、１４が近接分離する分岐部Ｂで
相互に干渉分岐するが、ポート３、４の出射強度は近接
導波光の相互作用の大きさで変化し、上記グラッド部１
２の屈折率を変化させることにより前記相互作用の大き
さを制御でき、光スイッチング動作が可能となる。
光）は、光導波路１３、１４が近接分離する分岐部Ｂで
相互に干渉分岐するが、ポート３、４の出射強度は近接
導波光の相互作用の大きさで変化し、上記グラッド部１
２の屈折率を変化させることにより前記相互作用の大き
さを制御でき、光スイッチング動作が可能となる。
【００６５】動作原理をさらに具体的に説明する。例え
ば、ポート１より信号光（赤外光）を入射し、紫外光又
は青色光を照射しない時はポート３より信号光が出射す
るように、予め光導波路１３、１４が作製されていると
する。
ば、ポート１より信号光（赤外光）を入射し、紫外光又
は青色光を照射しない時はポート３より信号光が出射す
るように、予め光導波路１３、１４が作製されていると
する。
【００６６】紫外光又は青色光を照射することによりグ
ラッド部１２は屈折率が増加することで、光導波路１
３、１４との屈折率差が小さくなり、導波光（信号光）
の電界染み出しは大きくなり、近接する光導波路光との
相互作用は大きくなる。例えば、グラッド部１２の屈折
率増加により、光導波路１３から１４に光電力が乗り移
りポート４から信号光を出射させる等の制御が可能とな
る。
ラッド部１２は屈折率が増加することで、光導波路１
３、１４との屈折率差が小さくなり、導波光（信号光）
の電界染み出しは大きくなり、近接する光導波路光との
相互作用は大きくなる。例えば、グラッド部１２の屈折
率増加により、光導波路１３から１４に光電力が乗り移
りポート４から信号光を出射させる等の制御が可能とな
る。
【００６７】本発明においては、上記光回路において複
数の光導波路１３、１４を複数種のフォトクロミック材
料で形成することもできる。各フォトクロミック材料は
僅かずつ感受する光波長が異なっており、照射する光波
長を選択することにより、光スイッチングさせる部を選
択することができる。
数の光導波路１３、１４を複数種のフォトクロミック材
料で形成することもできる。各フォトクロミック材料は
僅かずつ感受する光波長が異なっており、照射する光波
長を選択することにより、光スイッチングさせる部を選
択することができる。
【００６８】以上のように、光応答性化合物をゾルゲル
法によりモノマー中に均一に分散させた屈折率可変材料
を用いた光導波路素子は、使用環境条件の温度安定性と
高速性に優れ、しかも使用環境条件の湿度変化よる光伝
送損失の変動を低減することが可能となる。
法によりモノマー中に均一に分散させた屈折率可変材料
を用いた光導波路素子は、使用環境条件の温度安定性と
高速性に優れ、しかも使用環境条件の湿度変化よる光伝
送損失の変動を低減することが可能となる。
【００６９】光導波路素子は、以下のような方法で作製
することができる。即ち、基板、例えばガラス基板１１
上に上記のポリマーを１０数μｍの厚みで形成する。次
いで、グラッド部１２として数μｍ×数μｍ（幅×厚
さ）の光導波路を、フッ素化ＰＭＭＡを用い、フォトリ
ソグラフィー法及びドライエッチング法により形成す
る。
することができる。即ち、基板、例えばガラス基板１１
上に上記のポリマーを１０数μｍの厚みで形成する。次
いで、グラッド部１２として数μｍ×数μｍ（幅×厚
さ）の光導波路を、フッ素化ＰＭＭＡを用い、フォトリ
ソグラフィー法及びドライエッチング法により形成す
る。
【００７０】その上に、第１の光応答性化合物を、スピ
ンコート法等の公知の方法で約１０数μｍの厚みで形成
する。次いで、同様にして光導波路１４を形成するとと
もに、第１の光応答性化合物と同等の屈折率を有する非
光応答性化合物を成膜する。
ンコート法等の公知の方法で約１０数μｍの厚みで形成
する。次いで、同様にして光導波路１４を形成するとと
もに、第１の光応答性化合物と同等の屈折率を有する非
光応答性化合物を成膜する。
【００７１】このようにして、温度の安定性と切替速度
の高速性を両立するとともに、使用環境条件の湿度変化
によって光伝送損失の変動が少ない本発明の光導波路素
子を作製することができる。
の高速性を両立するとともに、使用環境条件の湿度変化
によって光伝送損失の変動が少ない本発明の光導波路素
子を作製することができる。
【００７２】
【発明の効果】本発明の屈折率可変材料は、光応答性化
合物を周期律表第４ａ族元素又は第４ｂ族元素と結合さ
せて、モノマー中に固定し、安定して存在するため、光
応答性化合物は分子レベルでマトリックス中に均一に分
散され、且つ使用環境の温度や湿度の変化に対して安定
なため、環境変化による光伝送損失の変動を低減するこ
とができ、切替速度に優れた光導波路素子を実現でき
る。
合物を周期律表第４ａ族元素又は第４ｂ族元素と結合さ
せて、モノマー中に固定し、安定して存在するため、光
応答性化合物は分子レベルでマトリックス中に均一に分
散され、且つ使用環境の温度や湿度の変化に対して安定
なため、環境変化による光伝送損失の変動を低減するこ
とができ、切替速度に優れた光導波路素子を実現でき
る。
【図１】本発明の光導波路体を示す概略平面図である。
１、２、３、４・・・ポート
１１・・・ガラス基板
１２・・・グラッド部
１３、１４・・・光導波路
Claims (7)
- 【請求項１】マトリックス中に光応答性化合物を含み、
光によって可逆的に屈折率が変化する屈折率可変材料に
おいて、前記マトリックスが前記光応答性化合物（置換
基Ｒ1）と、周期律表第４ａ族元素及び第４ｂ族元素の
群から選ばれる少なくとも１種（Ｍ）を含むモノマーを
含有するポリマーからなることを特徴とする屈折率可変
材料。 - 【請求項２】前記モノマーが前記元素Ｍ、前記置換基Ｒ
1及び置換基Ｒ2を含む化学式１で表される第１のモノマ
ーであり、前記置換基Ｒ2がＣnＸ2n+1（Ｘは水素、重水
素、あるいはハロゲン、ｎは５以下の正の整数）で表さ
れるアルキル基、重水素化アルキル基、ハロゲン化アル
キル基、Ｃ6Ｘ5（Ｘは水素、重水素、あるいはハロゲ
ン）で表されるフェニル基、重水素化フェニル基、又は
ハロゲン化フェニルのうち少なくとも１種であることを
特徴とする請求項１記載の屈折率可変材料。 【化１】 - 【請求項３】前記ポリマーが、前記元素Ｍ、前記置換基
Ｒ1を含む化学式２で表される第２のモノマーを含有す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の屈折率可変材
料。 【化２】 - 【請求項４】前記ポリマーが、前記第１のモノマーと第
２のモノマーとが化学的に結合した複合体を含むことを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の屈折率可
変材料。 - 【請求項５】前記光応答性化合物（置換基Ｒ1）がフォ
トクロミック化合物であることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の屈折率可変材料。 - 【請求項６】前記フォトクロミック化合物が化学式３で
表されるジアリールエテン誘導体であることを特徴とす
る請求項５記載の屈折率可変材料。 【化３】 - 【請求項７】基板と、該基板の上に設けられ、光が伝播
するコア部と該コア部を覆うように設けられたクラッド
部とを具備する光導波路素子において、前記コア部又は
クラッド部の少なくとも一部が請求項１乃至６のいずれ
かに記載の屈折率可変材料であることを特徴とする光導
波路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002133150A JP2003322887A (ja) | 2002-05-08 | 2002-05-08 | 屈折率可変材料及び光導波路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002133150A JP2003322887A (ja) | 2002-05-08 | 2002-05-08 | 屈折率可変材料及び光導波路素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322887A true JP2003322887A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29544731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002133150A Pending JP2003322887A (ja) | 2002-05-08 | 2002-05-08 | 屈折率可変材料及び光導波路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003322887A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013509486A (ja) * | 2009-10-28 | 2013-03-14 | トランジションズ オプティカル， インコーポレイテッド | フォトクロミック材料 |
-
2002
- 2002-05-08 JP JP2002133150A patent/JP2003322887A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013509486A (ja) * | 2009-10-28 | 2013-03-14 | トランジションズ オプティカル， インコーポレイテッド | フォトクロミック材料 |
| JP2014145088A (ja) * | 2009-10-28 | 2014-08-14 | Transitions Optical Inc | フォトクロミック材料 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041018 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070515 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071002 |