JP2004279865A

JP2004279865A - 有機導波路型光変調器および該有機導波路型光変調器を構成要素とする光通信システム

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Publication number: JP2004279865A
Application number: JP2003072981A
Authority: JP
Inventors: Yukie Suzuki; 幸栄鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】低電圧駆動が可能な、低コスト、高速の有機導波路型光変調器技術を提供すること。
【解決手段】両側の変調電極１１１，１１３をグランドに落とし、中央の変調電極１１２にマイクロ波を印加することで、分岐した各光伝送路にあるＤＡＳＴ１８１，１８２に逆向きの電界を印加し２倍の位相変化を生じさせ、より低電圧駆動を可能としている。変調電極１１２には終端抵抗を付与し、進行波型電極とすることで、容量の影響をなくし、高速な光変調に対応できる構造としている。変調電極１１１〜１１３の表面に導電性のナノチューブ１９を設ける。変調電極１１１〜１１３の各々を、ナノチューブを含まない層２０と表面にチューブナノチューブ１９が突出しているナノチューブを含む電極の２層から構成すると、より抵抗制御が容易で、インピーダンスマッチングがとりやすくなる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光変調器技術に係り、さらに詳細には、電気光学効果を応用し、特に低電圧で駆動可能な導波路型光変調器およびそれを用いた光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、インターネットに代表される情報化社会の急速な進展によって、より多くの情報をやり取りするために、大容量高速の光通信の要求は高まっている。そのため、幹線系のネットワークばかりでなく、ＬＡＮ、ネットワーク端末や電子機器間、ボード間、ＬＳＩチップ間にも光を用いた情報伝達が提案されている。
【０００３】
特に、機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インタコネクションにおいては、そこに搭載されているＬＳＩチップの電源電圧は、低電圧化の一途をたどっており、それらにノイズを与えないためにも、光インターコネクションに用いられるデバイスは低電圧化が求められている。
【０００４】
また、電気信号により光を変調するドライバも低電圧化しており、システム全体の低消費電力の要求ともあいまって、低電圧化の要求は強い。
【０００５】
このような構成要素の一つに電気光学効果を用いた導波路型光変調器がある。電気光学効果は、光学媒体に電界を印加した場合、この媒体の屈折率が変化する現象であり、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果と電界の２乗に比例するカー効果とがある。一般には、ポッケルス効果のほうがカー効果より大きいために、ポッケルス効果が用いられている。
【０００６】
従来の幹線系の変調器の例として、無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）を用いたマッハツェンダ型の光強度変調器がある。光強度変調器の光導波路部分は、ＸやＺなど適当な方位で切り出されたＬＮ結晶にＴｉイオンなどを拡散させることで屈折率の大きな領域を形成してコア層とし、Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶やシリコン酸化膜のバッファ層をクラッド層としている。
【０００７】
また、外部からの電場は、ＡｕやＣｕなどの金属からなる進行波電極で対称もしくは非対称平面ストリップラインの変調用電極に印加される。
【０００８】
入射光は、入り口側のＹ分岐した２つのポートに分岐される。ポートを伝搬する光は、電極に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐部で重ね合わされ、重ね合わされた合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こす。
【０００９】
集中定数型の電極構成で駆動させると、電極の持つ電気容量Ｃにより変調帯域が制限されるために、ストリップラインに変調用マイクロ波電気信号を伝搬させる信光波型の電極構成をとる。この場合、理想的には、電気回路的帯域の制限はない。
【００１０】
しかし、実際には、変調信号と光伝搬速度に差があると、この電極構成をとっても、帯域の制限を受ける。今、マイクロ波に対する実効屈折率をｎ_ｍ、光に対する実効屈折率をｎ_０、マイクロ波と光の相互作用長Ｌとすると、帯域幅ＢＷは、
【数１】

【数２】

の関係がある（西原ら著「光集積回路」オーム社発行、ｐ１１６（非特許文献１））。
【００１１】
したがって、ＬＮ結晶の誘電率が約２８と大きいために、マイクロ波の実効屈折率ｎ_ｍが光の実効屈折率ｎ_０に対して大きくなり、マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限を受ける。したがって、より高帯域化、つまり高速変調するには、電極長さを小さくして、マイクロ波と光波の相互作用長を小さくする必要がある。
【００１２】
しかし、電極の長さを小さくすると、変調のための駆動電圧が高くなり、高速化と低電圧化の両立が難しい。実際に、現状のＬＮ変調器の一例を示すと１０Ｇｂｐｓで５Ｖ駆動と、ＬＳＩチップの電源電圧に比べて、２，３倍の大きさとなっている。そのため、特公平７−５０２６５号公報（特許文献１）では、リッジ型導波路の両側端面に一対の電極を対向配置されている。この例では、電極と指示部材の作製は困難であることが指摘されている。
【００１３】
一方、特開平６−３００９９５号公報（特許文献２）では、リッジ型光導波路の上部を除く両側に、基板の比誘電率より低い比誘電率を有する低比誘電率層を設け、リッジ型光導波路の両側に、コプレーナ型進行波電極を設けている。しかし、このようなＬＮ変調器は、一般にデスクリートデバイスで、高コストデバイスである。
【００１４】
一方、有機結晶や有機高分子材料は、誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化が可能で、大きな電気光学定数を持つため、低電圧で高速な光変調器として期待されている。
【００１５】
有機高分子材料は、高分子中に二次光非線形材料を溶解したもの、または、二次光非線形材料を直接またはスペーサー原子団を介して、高分子鎖に結合したもの。これらの高分子材料は、中心対称構造をなし、電気光学効果を発現させるために直流電圧印化やコロナ帯電等による分極処理が必要である。
【００１６】
これらの一例として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にアゾ色素をドープしたもの（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，Ｂ４（１９８７）９６８）（非特許文献２）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アモルファスポリカーボネート（ＡＰＣ）とＣＬＤ系色素用いたもの（ＳｃｉｅｎｃｅＶｏｌ．２８８（２０００）ｐ１１９（非特許文献３））などの例がある。
【００１７】
また、有機結晶に関しては、図５に構造式を示す４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）が、東北大学中西研究室において開発され、極めて大きな非線形光学定数ｄ_１１＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ）と電気光学定数ｒ_１１＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）を有し、有機結晶特有の低い誘電率（ε_１＝５．２）であるために、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波（または、サブミリ波）発生など関心を集めている。
【００１８】
改良シェア法によってＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変調を行った報告（Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）ｐ６３５）（非特許文献４）やＤＡＳＴの電気光学効果を用いて、その屈折率変化から信号線を伝搬する電気信号を計測する報告（特開平８−２６２１１７号公報（特許文献３））がなされているが、バルクとして用いており、いまのところ、ＤＡＳＴを用いた導波路型光変調器を作製した報告はない。
【００１９】
【特許文献１】
特公平７−５０２６５号公報（特許文献１）
【特許文献２】
特開平６−３００９９５号公報（特許文献２）
【特許文献３】
特開平８−２６２１１７号公報（特許文献３）
【非特許文献１】
西原ら著「光集積回路」オーム社発行、ｐ１１６（非特許文献１）
【非特許文献２】
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，Ｂ４（１９８７）ｐ９６８）（非特許文献２）
【非特許文献３】
ＳｃｉｅｎｃｅＶｏｌ．２８８（２０００）ｐ１１９（非特許文献３）
【非特許文献４】
Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）ｐ６３５）（非特許文献４）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に代表されるナノチューブは、直径が、０．５〜１００ｎｍ程度、長さが１００ｎｍ〜１ｍｍ程度と非常に高アスペクト比の材料である。
【００２１】
カーボンナノチューブは、グラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が１個、または数〜数１０個入れ子状に配列した繊維状構造を有し、その構造によって金属から半導体と幅広い電気特性を持ち、微小で表面積が大きい、アスペクト比（長さ／直径比）が大きい、中空であるといった独特の形状を有し、更に形状に由来する特殊な特性をもつことから、新しい炭素材料として産業上への適用が期待されている。
【００２２】
特に、カーボンナノチューブの先端は、ナノメートルオーダーの径をもつ半球状で、電圧印加による電界の集中が容易に得られ、数１０Ｖ〜１００Ｖ程度と低い印加電圧でも先端から電界放出が期待され、ディスプレイなどへの応用が提案されている。しかし、このようなナノチューブを、光変調器の電極に適用した例はない。
【００２３】
本発明は、上述したような光インタコネクションなどに用いられる導波路型光変調器に関し、特に低電圧駆動が可能な有機導波路型光変調器技術を提供することを目的とするものである。以下、請求項毎の目的を記す。
【００２４】
ａ）請求項１記載の発明の目的は、低電圧駆動の有機導波路型光変調器を提供することにある。
ｂ）請求項２記載の発明の目的は、低電圧駆動を維持したまま、信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することにある。
【００２５】
ｃ）請求項３記載の発明の目的は、より低電圧駆動をとなる有機導波路型光変調器を提供することにある。
ｄ）請求項４および５記載の発明の目的は、低電圧駆動を維持したまま、より高速の有機導波路型光変調器を提供することにある。
【００２６】
ｅ）請求項６記載の発明の目的は、より低電圧で高速、かつ信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することにある。
【００２７】
ｆ）請求項７記載の発明の目的は、低電圧駆動を維持したまま、低コストな有機導波路型光変調器を提供することにある。
ｇ）請求項８記載の発明の目的は、低電圧で高速、広帯域な光通信システムを提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、変調電極にナノチューブを付けたことを特徴とするものである。以下、請求項毎に特徴を述べる。
【００２９】
ａ）請求項１に記載の発明は、外部から制御された電場によって光の位相または強度を変調する電気光学効果を有する有機材料をコア層とする光導波路と、光の位相または強度を変調するための変調電極を構成要素にもつ有機導波路型光変調器において、変調電極の表面に突出した電気伝導性のナノチューブを有することを特徴としている。
【００３０】
ｂ）請求項２に記載の発明は、前記ナノチューブが、炭素からなるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）であることを特徴としている。
【００３１】
ｃ）請求項３に記載の発明は、前記有機導波路型光変調器が、干渉により光変調を行う変調器であり、前記変調電極が、二つの光路に配置された電気光学効果を示す有機材料の分極方向に対して逆向きの電界を印加することを特徴としている。
【００３２】
ｄ）請求項４に記載の発明は、前記変調電極が、進行波型電極であることを特徴としている。
【００３３】
ｅ）請求項５に記載の発明は、前記変調電極が、ナノチューブを含む層とナノチューブを含まない層の２層からなることを特徴としている。
【００３４】
ｆ）請求項６に記載の発明は、前記電気光学効果をもつ有機材料が、有機結晶４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）であることを特徴としている。
【００３５】
ｇ）請求項７に記載の発明は、前記電気光学効果をもつ有機材料が、有機高分子であることを特徴としている。
【００３６】
ｈ）請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかの有機導波路型光変調器を光出力部の構成要素とする光通信システムである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本実施例で用いるナノチューブは、直径０．５〜１００ｎｍ程度、長さ１００ｎｍ〜１ｍｍ程度のもので、金属または半導体的な電気特性をもつものである。アスペクト比が非常に大きな金属または半導体のナノチューブが、電極表面に突出しているために、局所的に集中した強い電界を形成できるため、低電圧でも電気光学効果の媒体に及ぼす電界が大きくなることから、屈折率変化が大きくなり、低電圧駆動が可能となる。
【００３８】
また、ナノチューブの径は、一般的には数〜数１０ｎｍ程度の場合が多いため、クラッド層にこのようなナノチューブが進入していてもその光学的な屈折率に及ぼす影響は小さいために、光導波路の損失には大きな影響はない。
【００３９】
さらに、ナノチューブが炭素原子からなるカーボンナノチューブは、グラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が１個である単層カーボンナノチューブと、グラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が数〜数１０個入れ子状に配列した多層カーボンナノチューブとがあり、どちらも化学的に非常に安定で、また機械的強度も非常に強い。
【００４０】
本実施例で用いる有機高分子は、電気光学効果を示す媒体として、アゾ化合物やスチルベン化合物、アゾメチン化合物、ポリジアセチレン、ポリアセチレン、金属フタロシアニン等の有機化合物を、アクリル酸エステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネートおよびこれらの重水素化樹脂、あるいはフッ素化樹脂等の基材に分散もしくは高分子側鎖に結合させた材料を用いることができる。これらの材料は、スピンコート法に代表される塗布法などによって容易に形成される。
【００４１】
この光変調器を形成するため、ＳｉＯ_２やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料またはポリイミドなどの有機材料、およびプリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。
【００４２】
以下、本発明に係る有機導波路型光変調器の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００４３】
＜実施例１＞
図１は、本発明の有機導波路型光変調器の上面図、図２は、電気光学媒体を横切るＡ−Ａ’での断面図を示している。ここでは電気光学媒体としてＤＡＳＴを用いたマッハツェンダー型の光変調器の例を示している。変調電極によって屈折率変化を生じさせる両アームに等しい長さのＤＡＳＴ１８１，１８２を選択的に配置している。なお、光導波路全てを電気光学媒体から形成してもよい。
【００４４】
Ｙ分岐によって、２つにスプリットされた光は、ＤＡＳＴの最も大きな電気光学定数ｒ_１１を有効に使うため、光はｂ軸伝播するように、また、電界はａ軸方向に印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように、結晶方位および入射光を設定している。この例では、結晶のａ軸は基板に平行方向となるように制御しているため、電界も基板と平行になるように図２のようなコプレーナ型の配置となっている。
【００４５】
さらに変調電極については、両側の変調電極１１１，１１３をグランドに落とし、中央の変調電極１１２にマイクロ波を印加することで、各々のＤＡＳＴ１８１，１８２に逆向きの電界を印加することができ、２倍の位相変化を生じさせ、より低電圧駆動が可能となる。また、変調電極１１２には終端抵抗を付与し、進行波型電極とすることで、容量の影響をなくし、高速な光変調に対応できる電極構造としている。
【００４６】
このような変調電極１１１〜１１３の表面に導電性のナノチューブ１９、ここでは多層カーボンナノチューブが表面に突出している。また、変調電極１１１〜１１３の各々は、図２に示すように、ナノチューブを含まない層２０と表面にチューブナノチューブ１９が突出しているナノチューブを含む電極の２層からなっており、２つの抵抗が異なるためにより抵抗制御が容易で、インピーダンスマッチングがとりやすくなっている。
【００４７】
基板１６として、ポリイミド基板を用い、その基板１６上に、光導波路のクラッド層として働くコア層よりも屈折率の小さなポリイミド樹脂をスピンコートする。さらに、マッハツェンダーの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。同じくコアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路を形成する。更にリソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴを選択的に形成する部分だけ、コア溝を再度形成する。
【００４８】
ここに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸となるようにした。それとほぼ垂直方向がａ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在する。
【００４９】
そこで、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行う。研磨は、発泡ウレタンパッドＩＣ−１０００／ＳＵＢＡＩＶ（ロデール製）を用いて、シリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴ１８１，１８２を特定のコア溝にのみ残すことができる。
【００５０】
ここでは、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴ層を形成したが、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５にあるような改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成したり、ＭＯＶＰＥ法によって薄膜を形成してもよい。
【００５１】
一方、石英ガラス基板上に剥離層を形成し、カーボンナノチューブが突出した変調電極１１１〜１１３を形成する。
【００５２】
まず、各変調電極の各々は、カーボンナノチューブを含まない層（電極部分）２０として、メッキ法にて４μｍ膜厚のＡｕ膜を形成し、変調電極１１１〜１１３とした。ついで、Ａｕメッキ液に多層カーボンナノチューブを混合し調整したメッキ液を用いる。多層カーボンナノチューブは、長さ１００ｎｍ〜５μｍ程度のもので、直径は、１，２ｎｍ〜５０ｎｍ程度のものを使っている。
【００５３】
上述の多層カーボンナノチューブを含むメッキ液をメッキ槽内で攪拌した後、液温を調整しながら、Ａｕ電極を形成したガラス基板を浸漬し、無電解メッキを行った。多層カーボンナノチューブを含むＡｕ層が約２μｍの膜厚で形成され、その表面にはカーボンナノチューブ１９が突出している。
【００５４】
また、無電解メッキを行っているため、カーボンナノチューブは表面に対してランダムな方向を向いて突出している。メッキ法を用いているために、下層Ａｕ電極の上面および側面にカーボンナノチューブ１９が突出した変調電極１１１〜１１３が形成される。この下層のＡｕ電極以外については、カーボンナノチューブを含むＡｕ層がほとんど形成されていないか、もしくは簡単な洗浄により除去できる。
【００５５】
ついで、先ほどのＤＡＳＴ１８１，１８２を形成した基板１６上に、先ほどと同様にクラッド層１７となるコア層よりも屈折率の小さな紫外線硬化樹脂をスピンコートし、先のカーボンナノチューブが突出した変調電極１１１〜１１３側をスピンコートした樹脂上に張り合わせ、石英ガラス基板側から紫外線を照射して固定する。電気光学媒体であるＤＡＳＴ１８１，１８２および光導波路に対して、変調電極１１１〜１１３が適切な配置になるようにアライメントを行う。
【００５６】
その後、剥離層を除去することによって、石英ガラス基板を剥離し、終端抵抗１５を付加し進行波型電極とした。このようにして、カーボンナノチューブ１９が変調電極１１１〜１１３に突出し、クラッド層１７にまで伸びた有機導波路型光変調器を作製した。
【００５７】
波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して変調電極１１１〜１１３間に変調信号を入力したところ、約１．５Ｖと低い駆動電圧で光強度変調ができる。化学的に安定で、機械的強度も強いカーボンナノチューブ１９を用いることによって、信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することができる。更に進行波型の変調電極構成をとることでより高速の変調にも対応できる。
【００５８】
更に、変調電極１１１〜１１３をナノチューブを含む層２０とナノチューブを含まない層の２層構造にすることによって、電気抵抗制御が容易になり、インピーダンス整合がとりやすい。電気光学定数がきわめて大きく、かつ誘電率が小さく、有機結晶であるために熱的に安定なＤＡＳＴを電気光学効果の媒体として用いることによって、より低電圧で高速、かつ信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００５９】
ここでは多層カーボンナノチューブを用いたが、単層カーボンナノチューブ、または、電気伝導性のナノチューブでもよい。
【００６０】
パターニングの方法としては、フォトリソとエッチングによる半導体微細加工を用いたが、インプリンティングやスタンパ−などの型成形によるもので形成してもよく、ＤＡＳＴ部以外のコア層やクラッド層を感光性樹脂によるもので形成してもよい。
【００６１】
＜実施例２＞
図３は、有機導波路型光変調器の断面図である。
上記実施例１と同様にマッハツェンダー型の光変調器であり、電気光学効果の媒体として高分子ポリマーを用いた場合の例を示す。この場合は、マッハツェンダーのアーム部ばかりではなく、Ｙ分岐などの光導波路部分も全てこの高分子ポリマーで形成している。
【００６２】
この例では、有機高分子材料の分極方向は同一方向で、下部の変調電極に逆符号の電位を印加することによって、２倍の位相変化を生じさせ、より低電圧駆動が可能となる。このような変調電極の表面に導電性のナノチューブ、ここでは多層カーボンナノチューブが表面に突出している光変調器を形成している。
【００６３】
基板２１として、表面を熱酸化したシリコンウェハーを用い、その基板２１上に、カーボンナノチューブを含まない電極部分として、メッキ法にてシード層として１μｍ膜厚のＡｕ膜を形成し変調電極２２１，２２２とした。
【００６４】
ついで、Ａｕメッキ液に多層カーボンナノチューブを混合し調整したメッキ液を作製する。多層カーボンナノチューブは、実施例１と同様のものを用いた。上述の多層カーボンナノチューブを含むメッキ液をメッキ槽内で攪拌した後、液温を調整しながら、Ａｕ膜からなる変調電極２２１，２２２を形成したＳｉ基板２１を浸漬し、電解メッキを行った。電解メッキを行うことで、多層カーボンナノチューブ２３がＡｕ電極（変調電極２２１，２２２）に垂直に配向した状態で、電極表面に突出したＡｕ層が形成された。
【００６５】
その上層に、コア層よりも屈折率の小さなエポキシ系紫外線硬化樹脂をスピンコートし、クラッド層２４１を形成した。このとき、変調電極２２１，２２２の表面から突出したカーボンナノチューブ２３はクラッド層２４１まで伸びた状態になっている。ここで、変調電極２２１，２２２の表面に凹凸がある場合には、研磨などにより表面の平坦化を行ってもよい。
【００６６】
ついで、ＰＭＭＡに４−Ｎ，Ｎジエチルアミノ−４−ニトロスチルベンを２％溶解した高分子材料をクラッド層２４１上にスピンコートし、リソグラフィーとエッチングを行うことで、コアを形成する。
【００６７】
ついで、公知技術により、１５０℃に加熱しながら、コロナ帯電により分極処理を行い、冷却して配向を固定し、電気光学効果を生じさせて電気光学媒体２５とする。分極処理に関しては、コロナ帯電のほかに、電極を形成して、直流電解を印加する方法などもある。
【００６８】
この上に、先ほどと同様にコア層よりも屈折率の小さなエポキシ系紫外線硬化樹脂をスピンコートし、上層クラッド層２４２とした。この上に、メッキ法でＡｕ膜を形成し変調電極２６とした。
【００６９】
波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して変調電極２２１，２２２に異なる位相の変調信号を入力したところ、約３Ｖとカーボンナノチューブ２３がない場合に比べて低い駆動電圧で光強度変調ができる。化学的に安定で、機械的強度も強いカーボンナノチューブを用いることによって、信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００７０】
ここでは、電気光学効果を示す媒体として４−Ｎ，Ｎジエチルアミノ−４−ニトロスチルベンを用いたが、アゾ化合物やスチルベン化合物、アゾメチン化合物、ポリジアセチレン、ポリアセチレン、金属フタロシアニン等の有機化合物をアクリル酸エステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネートおよびこれらの重水素化樹脂、あるいはフッ素化樹脂等の基材に分散もしくは高分子側鎖に結合させた有機高分子材料を用いることができる。これらの材料は、スピンコート法に代表される塗布法などによって容易に形成されるため、低コストのデバイスを作製することができる。
【００７１】
また、クラッド層２４２としてエポキシ樹脂を用いたが、ポリイミド樹脂やアクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などのコア層より屈折率の小さな樹脂を用いて形成することができる。
【００７２】
また、多層カーボンナノチューブを用いたが、単層カーボンナノチューブ、または、電気伝導性のナノチューブでもよい。
【００７３】
また、パターニングの方法としては、フォトリソとエッチングによる半導体微細加工を用いたが、インプリンティングやスタンパ−などの型成形によるもので形成してもよく、感光性樹脂を用いてもよい。
【００７４】
＜実施例３＞
図４は、有機導波路型光変調器を用いた光通信システムの一例を示す図である。この例は、ガラスもしくはセラミック、もしくは樹脂フィルム等でできたプリント基板上に配置された複数のＩＣ間の光配線を実現したものである。光配線は速い信号線に用いており、遅い信号線は図示していないが電気配線を用いている。
【００７５】
光通信システムは、ボード３０上のＩＣ３５からの電気信号を光信号に変換して出力するための光出力部３１、その光信号を伝送するための光伝送路４７，および伝送された光信号を受信して電気信号に変換してボード４０’上のＩＣ４５’に入力するための光入力部４１’からなる。
【００７６】
光出力部３１は、実施例１の４個の有機導波路型光変調器１０をアレイ化した光変調器アレイ３２と、ＩＣ３５からの電気信号を処理する電気回路および有機導波路型光変調器アレイを駆動するためのドライバからなる電気信号処理部３３と、有機導波路型光変調器１０によって光信号を形成する光を発光するための発光素子（図示しない）およびその光を光変調器１０まで導波するための光導波路（図示しない）からなっている。
【００７７】
一方、光入力部４１’は、伝送された信号を受光するための受光素子４６’からなる受光素子アレイ４２’と、必要に応じて受光素子４６’からの信号を増幅するためのアンプとおよび再度もとのビットに変換するための電気回路からなる電気信号処理部４３’からなっている。
【００７８】
なお、図４では、ボード３０上のＩＣ３５とボード４０’上のＩＣ４５’との間で双方向光伝送を可能とするために、ボード３０上に、上記光入力部４１’と同様な構成の光入力部４１（伝送された信号を受光するための受光素子４６からなる受光素子アレイ４２と、必要に応じて受光素子４６からの信号を増幅するためのアンプとおよび再度もとのビットに変換するための電気回路からなる電気信号処理部４３）が備えられており、また、ボード４０’上に、上記光出力部３１と同様な構成の光出力部３１’（実施例１の４個の有機導波路型光変調器１０’をアレイ化した光変調器アレイ３２’と、ＩＣ４５’からの電気信号を処理する電気回路および有機導波路型光変調器アレイを駆動するためのドライバからなる電気信号処理部３３’と、有機導波路型光変調器１０’によって光信号を形成する光を発光するための発光素子およびその光を光変調器１０’まで導波するための光導波路）が備えられている。
【００７９】
また、光伝送路４７として、ここではシングルモードの光ファイバを用いた。そのほか、用途に応じて、マルチモードの光ファイバやＰＯＦ、また、ボード内光通信においては、石英や樹脂からなる光導波路を用いることができる。
【００８０】
なお上記例では、各装置が同一ボード上に光出力部および光入力部の両方を備えており、装置間で双方向の光伝送を可能にした好ましい例ではあるが、本発明はこのような構成に限定される物ではなく、光出力部と光入力部が同一ボード上になくてもかまわないし、逆にその他の光学構成要素があっても何ら問題はない。
【００８１】
また、ここでは、ＩＣ３５とＩＣ４５’が、異なるボードすなわちボード３０とボード４０’に存在している光通信システムを例にあげているが、同一ボード内に存在するようなボード内光インターコネクションのような光通信システムに用いてもかまわない。
【００８２】
本発明によれば、ナノチューブが変調電極表面に突出した有機導波路型光変調器を光出力部の構成要素とすることによって、低電圧駆動で、高速、広帯域な光通信システムを提供することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以下、本発明の効果を請求項毎に述べる。
（１）請求項１における効果
電気光学効果をもつ媒体として有機材料の屈折率を変化させて、光の位相または強度を変調するための変調電極表面に電気伝導性のナノチューブが突出していることによって、局所的に集中した強い電界を形成できるため、低電圧でも電気光学効果による大きな屈折率変化を生じることができ、低電圧駆動が可能な有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００８４】
（２）請求項２における効果
変調電極表面に突出している電気伝導性のナノチューブとして、化学的に安定で、機械的強度も強いカーボンナノチューブを用いることによって、局所的に集中した強い電界による低電圧駆動を維持しながら、信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００８５】
（３）請求項３における効果
前記光変調器は、干渉により光変調を行う変調器であり、変調電極は、その二つの光路に配置された電気光学効果を示す媒体の分極方向に対して逆向きの電界を印加することによって、２倍の位相変化を生じることができ、より低電圧駆動できる有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００８６】
（４）請求項４における効果
電気光学効果の有機媒体の屈折率を制御する変調電極を、進行波型電極にすることによって、局所的に集中した強い電界による低電圧駆動を維持しながら、より高速の有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００８７】
（５）請求項５における効果
変調電極をナノチューブを含む層とナノチューブを含まない層の２層構造にすることによって、電気抵抗制御が容易になり、インピーダンス整合がとりやすいために、局所的に集中した強い電界による低電圧駆動を維持しながら、より高速の有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００８８】
（６）請求項６における効果
電気光学定数がきわめて大きく、かつ誘電率が小さく、有機結晶であるために熱的に安定な４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）を電気光学効果の媒体として用いることによって、より低電圧で高速、かつ信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００８９】
（７）請求項７における効果
電気光学効果の媒体として、塗布など、膜形成が容易な有機高分子を用いることによって、局所的に集中した強い電界による低電圧駆動を維持しながら、低コストな有機導波路型光変調器を提供することができる
【００９０】
（８）請求項８における効果
請求項１から７のいずれかの有機導波路型光変調器を光出力部の構成要素とすることによって、低電圧駆動で、高速、広帯域な光通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機導波路型光変調器の上面図である。
【図２】図１の電気光学媒体を横切るＡ−Ａ’の断面図である。
【図３】有機導波路型光変調器の断面図である。
【図４】有機導波路型光変調器を用いた光通信システムの一例を示す図である。
【図５】４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）の構造式を示す図である。
【符号の説明】
２１：基板、
２２１，２２２，２６：変調電極、
２３：（カーボン）ナノチューブ、
２４１，２４２：クラッド層、
２５：電気光学媒体、
３０，４０’：ボード、
３１，３１’：光出力部、
３２，３２’：光変調器アレイ、
３３，３３’：電気信号処理部、
３４，３４’：電気配線、
３５，４５’：ＩＣ、
４１，４１’：光入力部、
４２，４２’：受光素子アレイ、
４３，４３’：電気信号処理部、
４４，４４’：電気配線、
４６，４６’：受光素子、
４７：光伝送路。

Claims

電気光学効果を有する有機材料をコア層とする光導波路と、該光導波路に電場を印加して光の位相または強度を変調するための変調電極を備えた有機導波路型光変調器において、
前記変調電極の表面に突出した電気伝導性のナノチューブを有することを特徴とする有機導波路型光変調器。
前記ナノチューブは、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の有機導波路型光変調器。
前記変調電極は、二つの光路に配置された前記電気光学効果を有する有機材料の分極方向に対して逆向きの電界を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の有機導波路型光変調器。
前記変調電極は、進行波型電極であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機導波路型光変調器。
前記変調電極は、ナノチューブを含む層とナノチューブを含まない層の２層からなることを特徴とする請求項４に記載の有機導波路型光変調器。
前記電気光学効果を有する有機材料は、有機結晶４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の有機導波路型光変調器。
前記電気光学効果を有する有機材料は、有機高分子であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の有機導波路型光変調器。
請求項１から７のいずれかに記載の有機導波路型光変調器を光出力部の構成要素としたことを特徴とする光通信システム。