JP2009098195A - Optical waveguide device - Google Patents

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Shigetoshi Nakamura
滋年 中村
Takashi Kikuchi
崇 菊地
Tapuriya Rooshan
タプリヤ ローシャン
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide device capable of suppressing generation of a DC drift with a simple construction. <P>SOLUTION: In the optical waveguide device wherein a lower electrode 12 (a first electrode), a lower metal or inorganic oxide layer 13 (a first metal or inorganic oxide layer), a lower clad layer 14 (a first clad layer), an optical waveguide layer 16 (an optical waveguide 17), an upper clad layer 18 (a second clad layer), an upper metal or inorganic oxide layer 19 (a second metal or inorganic oxide layer) and an upper electrode 20 (a second electrode) are sequentially layered on a substrate 10, for example, a layer construction between the optical waveguide layer 16 (the optical waveguide 17) and the lower electrode 12 and a layer construction between the optical waveguide layer 16 (the optical waveguide 17) and the upper electrode 20 are made symmetric in the thickness direction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光導波路素子に関する。   The present invention relates to an optical waveguide device.

高速データ網として、一度に大量のデータを授受可能な光通信網が検討されている。光通信網においては、電気信号に基づいて光の強度や位相、波長などを変調する光導波路素子が重要である。   As a high-speed data network, an optical communication network capable of exchanging a large amount of data at a time has been studied. In an optical communication network, an optical waveguide element that modulates light intensity, phase, wavelength, and the like based on an electrical signal is important.

光導波路素子としては、光導波路を用いて、電気光学(Electro−optic、以下「EO」と略す)効果で光導波光を制御する光導波路素子を用いたものが一般的である。光導波路素子では、様々なタイプの光導波路構造が検討されており、それと同様に様々な光導波路形成の方法が報告されている。   As an optical waveguide element, an optical waveguide element that uses an optical waveguide to control optical waveguide light by an electro-optic (hereinafter referred to as “EO”) effect is generally used. Various types of optical waveguide structures have been studied for optical waveguide devices, and various methods for forming optical waveguides have been reported.

この光導波路素子に用いられる材料としては、大きなEO効果を示すニオブ酸リチウム(LiNbO、以下「LN」と略す)に代表される無機強誘電体結晶が注目されてきた。例えば、LNを用いた光導波路素子では、EO効果を有する単結晶LN基板表面に、Tiなどの不純物を拡散させて他の部分よりも屈折率を高くして光導波路(以下、単に「光導波路」と略す場合がある)を形成している。この構造は、拡散型光導波路構造と呼ばれている。この光導波路表面に制御用の電極を形成し、その電極に電圧を印加して光導波路に電界をかけると、EO効果によって光導波路層部分に屈折率変化が生じ、光導波路を伝播する光の制御が行われる原理である。 As a material used for this optical waveguide element, an inorganic ferroelectric crystal typified by lithium niobate (LiNbO 3 , hereinafter abbreviated as “LN”) exhibiting a large EO effect has attracted attention. For example, in an optical waveguide element using LN, an impurity such as Ti is diffused on the surface of a single crystal LN substrate having an EO effect so that the refractive index is higher than that of other portions, and the optical waveguide (hereinafter simply referred to as “optical waveguide”). Is sometimes abbreviated as “). This structure is called a diffusion type optical waveguide structure. When a control electrode is formed on the surface of the optical waveguide and a voltage is applied to the electrode to apply an electric field to the optical waveguide, a refractive index change occurs in the optical waveguide layer due to the EO effect, and the light propagating through the optical waveguide This is the principle of control.

ところで、光導波路素子の性能を決めるものとしては、DCドリフト特性が代表的である。DCドリフトと呼ばれる現象とは、一定の直流電圧印加の状態でも、光導波路中を伝播する光の位相が、電圧印加時間と共にずれてしまうことである。   By the way, the DC drift characteristic is typical as one for determining the performance of the optical waveguide device. The phenomenon called DC drift is that the phase of light propagating in the optical waveguide is shifted with the voltage application time even when a constant DC voltage is applied.

従来、LNなどの無機EO素子においては、電極と無機酸化物との界面に、連続的に変調を繰り返すことにより空間電荷が蓄積し、空間電荷による内部電界が時間的に変化することによりDCドリフトが発生することが知られている。一方、有機非線形材料を用いたEO素子においては、DCドリフト現象自体が、ほとんど調べられてこなかったが、本発明者等による研究から、有機非線形光学材料においてもDCドリフト現象が存在することが明らかとなっている(例えば、非特許文献1参照)。   Conventionally, in an inorganic EO element such as LN, space charge is accumulated by continuously repeating modulation at the interface between the electrode and the inorganic oxide, and a DC drift is caused by an internal electric field due to space charge changing with time. Is known to occur. On the other hand, in the EO element using the organic nonlinear material, the DC drift phenomenon itself has hardly been investigated, but from the research by the present inventors, it is clear that the DC drift phenomenon exists also in the organic nonlinear optical material. (For example, see Non-Patent Document 1).

このDCドリフトの解決方法として、いくつかの技術が報告されている。例えば、特許文献1の技術では、DCドリフト等による経時変化によって、光導波路素子における動作点シフトの発生を抑制するために、光導波路から放射される放射光と、光導波路から漏洩する信号光とを干渉させた干渉光をモニタし、モニタされた干渉光の変化に応じて光導波路素子動作点を制御している(例えば特許文献1参照)。
特開平10−221664号公報 S. Nakamura et. al., OECC/IOOC 2007, 10E1−3, pp.80−81 (July, 2007)
Several techniques have been reported as a solution to this DC drift. For example, in the technique of Patent Document 1, in order to suppress the occurrence of an operating point shift in an optical waveguide element due to a change over time due to DC drift or the like, radiated light emitted from the optical waveguide and signal light leaking from the optical waveguide The interfering light that interferes with each other is monitored, and the operating point of the optical waveguide element is controlled according to the change of the monitored interfering light (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-10-221664 S. Nakamura et. al. , OECC / IOOC 2007, 10E1-3, pp. 80-81 (Jury, 2007)

本発明は、簡易な構成でDCドリフトの発生を抑制可能な光導波路素子を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the optical waveguide element which can suppress generation | occurrence | production of DC drift with a simple structure.

請求項1に係る発明は、
有機非線形光学材料を含む光導波路と、
前記光導波路の一方の面側に配される第1電極と、
前記光導波路の他方の面側に配される第2電極と、
を有し、
前記光導波路及び前記第1電極間の層構成と、前記光導波路及び前記第2電極間の層構成と、が厚み方向において対称の層構成である光導波路素子である。
The invention according to claim 1
An optical waveguide containing an organic nonlinear optical material;
A first electrode disposed on one side of the optical waveguide;
A second electrode disposed on the other surface side of the optical waveguide;
Have
In the optical waveguide element, the layer configuration between the optical waveguide and the first electrode and the layer configuration between the optical waveguide and the second electrode are symmetrical in the thickness direction.

請求項2に係る発明は、
前記光導波路と前記第1電極との間に配される第1クラッド層と、
前記第1電極と前記第1クラッド層との間に配される第1金属又は無機酸化物層と、
前記光導波路と前記第2電極との間に配される第2クラッド層と、
前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配される第2金属又は無機酸化物層と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子である。
The invention according to claim 2
A first cladding layer disposed between the optical waveguide and the first electrode;
A first metal or inorganic oxide layer disposed between the first electrode and the first cladding layer;
A second cladding layer disposed between the optical waveguide and the second electrode;
A second metal or inorganic oxide layer disposed between the second electrode and the second cladding layer;
The optical waveguide device according to claim 1, further comprising:

請求項3に係る発明は、
前記光導波路が、マッハツェンダー型であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子である。
The invention according to claim 3
The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a Mach-Zehnder type.

請求項4に係る発明は、
前記光導波路が、多モード干渉型であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子である。
The invention according to claim 4
The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a multimode interference type.

請求項5に係る発明は、
前記光導波路が、前記第1電極側又は前記第2電極側に向かって凸状に突出した構造であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子である。
The invention according to claim 5
2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide has a structure protruding in a convex shape toward the first electrode side or the second electrode side.

請求項6に係る発明は、
前記光導波路が、前記第1電極側及び前記第2電極側の双方側に向かって凸状に突出した構造であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子である。
The invention according to claim 6
2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide has a structure protruding in a convex shape toward both the first electrode side and the second electrode side.

請求項1に係る発明によれば、DCドリフトの発生が簡易な構成で抑制される、という効果を奏する。   According to the invention concerning Claim 1, there exists an effect that generation | occurrence | production of DC drift is suppressed with a simple structure.

請求項2に係る発明によれば、第2クラッド層保護の目的で第2クラッド層と第2電極との間に第2金属又は無機酸化物の層を設けた場合でも、第1クラッド層と第1電極との間に同様の第1金属又は無機酸化物の層を設けることで、DCドリフトの発生が抑制される、という効果を奏する。   According to the invention of claim 2, even when a second metal or inorganic oxide layer is provided between the second cladding layer and the second electrode for the purpose of protecting the second cladding layer, By providing the same first metal or inorganic oxide layer between the first electrode and the first electrode, there is an effect that generation of DC drift is suppressed.

請求項3に係る発明によれば、マッハツェンダー型の光導波路においても、DCドリフトの発生が抑制される、という効果を奏する。   According to the invention of claim 3, even in the Mach-Zehnder type optical waveguide, there is an effect that generation of DC drift is suppressed.

請求項4に係る発明によれば、多モード干渉型の光導波路においても、DCドリフトの発生が抑制される、という効果を奏する。   According to the invention which concerns on Claim 4, even in a multimode interference type optical waveguide, there exists an effect that generation | occurrence | production of DC drift is suppressed.

請求項5に係る発明によれば、光導波路における電極による光吸収損失が抑制され、光導波路素子の実効電界が強められ、駆動電圧の低減化が図れる、という効果を奏する。   According to the invention which concerns on Claim 5, the optical absorption loss by the electrode in an optical waveguide is suppressed, the effective electric field of an optical waveguide element is strengthened, and there exists an effect that reduction of a drive voltage can be aimed at.

請求項6に係る発明によれば、より効果的に、光導波路における電極による光吸収損失が抑制され、光導波路素子の実効電界が強められ、駆動電圧の低減化が図れる、という効果を奏する。   According to the sixth aspect of the invention, it is possible to more effectively reduce the light absorption loss caused by the electrodes in the optical waveguide, increase the effective electric field of the optical waveguide element, and reduce the driving voltage.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1及び図2に示すように、本実施の形態にかかる光導波路素子100は、基板10上に、下部電極12(第1電極)、下部金属又は無機酸化物層13(第1金属又は無機酸化物層)、下部クラッド層14(第1クラッド層)、光導波路層16(光導波路17)、上部クラッド層18(第2クラッド層)、上部金属又は無機酸化物層19(第2金属又は無機酸化物層)及び上部電極20(第2電極)、が順に積層されて構成されている。なお、本実施の形態では、光導波路素子100の後述する光導波路が、マッハツェンダー干渉型である場合を説明するが、このような形態に限られない。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical waveguide device 100 according to the present embodiment includes a lower electrode 12 (first electrode), a lower metal or an inorganic oxide layer 13 (first metal or inorganic) on a substrate 10. Oxide layer), lower cladding layer 14 (first cladding layer), optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17), upper cladding layer 18 (second cladding layer), upper metal or inorganic oxide layer 19 (second metal or An inorganic oxide layer) and an upper electrode 20 (second electrode) are sequentially stacked. In the present embodiment, a case where an optical waveguide, which will be described later, of the optical waveguide element 100 is a Mach-Zehnder interference type will be described. However, the present invention is not limited to such a configuration.

基板10について説明する。基板10としては、各種金属基板(アルミニウム、金、鉄、ニッケル、クロム、ステンレスなど)、各種半導体基板(シリコン、酸化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛、ガリウム−ヒ素など)、ガラス基板、プラスチック基板(PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリアミドなど)、等が用いられる。基板10は厚く剛直でもよいし、薄く柔軟であってもよい。   The substrate 10 will be described. As the substrate 10, various metal substrates (aluminum, gold, iron, nickel, chromium, stainless steel, etc.), various semiconductor substrates (silicon, silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, gallium-arsenic, etc.), glass substrates, plastic substrates ( PET (polyethylene terephthalate), polycarbonate, polyester, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyurethane, polyimide, polystyrene, polyamide, etc.) are used. The substrate 10 may be thick and rigid, or it may be thin and flexible.

次に、下部電極12について説明する。下部電極12は、例えば、基板10の表面全面に形成されている。下部電極12を構成する材料としては、例えば、Au、Ti、TiN、Pt、Ir、Cu、Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、W、Moなどの各種金属、各種酸化物(NESA(酸化スズ)、酸化インジウム、ITO(酸化スズ−酸化インジウム複合酸化物)や、各種有機導電体(ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン)などが用いられる。   Next, the lower electrode 12 will be described. For example, the lower electrode 12 is formed on the entire surface of the substrate 10. Examples of the material constituting the lower electrode 12 include various metals such as Au, Ti, TiN, Pt, Ir, Cu, Al, Al-Cu, Al-Si-Cu, W, and Mo, various oxides (NESA ( Tin oxide), indium oxide, ITO (tin oxide-indium oxide composite oxide), various organic conductors (polythiophene, polyaniline, polyparaphenylene vinylene, polyacetylene) and the like are used.

下部電極12は、公知の方法、例えば、DCマグネトロン・スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、電解メッキ法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、RFマグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、MBE法、CVD法、プラズマCVD、MOCVD法などより選ばれる気相成長法、又はゾルゲル法、MOD法などのウエット・プロセスによって、薄膜成長により形成される。   The lower electrode 12 is formed by a known method such as a DC magnetron sputtering method, an electron beam evaporation method, an electrolytic plating method, a flash evaporation method, an ion plating method, an RF magnetron sputtering method, an ion beam sputtering method, a laser. -It is formed by thin film growth by a vapor deposition method selected from an ablation method, an MBE method, a CVD method, a plasma CVD method, an MOCVD method, or the like, or a wet process such as a sol-gel method or an MOD method.

なお、上記基板10を、金属基板として構成した場合には下部電極12が金属基板に相当することになる。このような導電性の基板、及び下部電極12は、後述する有機非線形光学材料からなる光導波路層16(光導波路17)に、上部電極20との間で電界を形成する場合の電極として使用される。また、上部クラッド層18上に形成される上部電極20も、この下部電極12と同様の材料により構成されることがよい。   When the substrate 10 is configured as a metal substrate, the lower electrode 12 corresponds to the metal substrate. Such a conductive substrate and the lower electrode 12 are used as electrodes when an electric field is formed between the upper electrode 20 and an optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) made of an organic nonlinear optical material described later. The The upper electrode 20 formed on the upper clad layer 18 is also preferably made of the same material as that of the lower electrode 12.

次に、下部金属又は無機酸化物層13について説明する。下部金属又は無機酸化物層13は、例えば、下部電極12の表面全面に形成される。下部金属又は無機酸化物層13を構成する材料としては、例えば、各種金属(Au、Ti、TiN、Pt、Ir、Cu、Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、W、Moなど)、NESA(酸化スズ)、酸化亜鉛、酸化インジウム、ITO(酸化スズ−酸化インジウム複合酸化物)などの無機酸化物が挙げられる。また、下部電極12がパターニングされている場合には、その形状に応じて下部電極12と下部クラッド層14との間に介するようにパターニングされて形成される。 下部金属又は無機酸化物層13の厚みは、例えば、10nm以上2μm以下であることが好ましく、より好ましくは20nm以上1μm以下である。   Next, the lower metal or inorganic oxide layer 13 will be described. For example, the lower metal or inorganic oxide layer 13 is formed on the entire surface of the lower electrode 12. Examples of the material constituting the lower metal or inorganic oxide layer 13 include various metals (Au, Ti, TiN, Pt, Ir, Cu, Al, Al-Cu, Al-Si-Cu, W, Mo, etc.), Examples include inorganic oxides such as NESA (tin oxide), zinc oxide, indium oxide, and ITO (tin oxide-indium oxide composite oxide). Further, when the lower electrode 12 is patterned, the lower electrode 12 is formed by being patterned so as to be interposed between the lower electrode 12 and the lower cladding layer 14 according to the shape thereof. The thickness of the lower metal or inorganic oxide layer 13 is preferably, for example, from 10 nm to 2 μm, and more preferably from 20 nm to 1 μm.

下部金属又は無機酸化物層13は、公知の方法、例えば、DCマグネトロン・スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、電解メッキ法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、RFマグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、MBE法、CVD法、プラズマCVD、MOCVD法などより選ばれる気相成長法、又はゾルゲル法、MOD法などのウエット・プロセスによって、薄膜成長により形成される   The lower metal or inorganic oxide layer 13 is formed by a known method such as DC magnetron sputtering, electron beam evaporation, electrolytic plating, flash evaporation, ion plating, RF magnetron sputtering, ion beam. Formed by thin film growth by vapor phase growth method selected from sputtering method, laser ablation method, MBE method, CVD method, plasma CVD, MOCVD method, etc., or a wet process such as sol-gel method, MOD method, etc.

次に、下部クラッド層14について説明する。下部クラッド層14は、例えば、下部金属又は無機酸化物層13の表面全面に形成される。下部クラッド層14としては、下部クラッド層14上に積層される光導波路層16よりも屈折率の低い材料が用いられる。   Next, the lower cladding layer 14 will be described. The lower cladding layer 14 is formed on the entire surface of the lower metal or inorganic oxide layer 13, for example. As the lower clad layer 14, a material having a lower refractive index than that of the optical waveguide layer 16 laminated on the lower clad layer 14 is used.

下部クラッド層14に用いられる材料としては、光導波路層16の形成時にインターミキシングを起こさない材料が好ましく、一般的に知られている熱硬化型の架橋樹脂、紫外線硬化型の架橋樹脂、無機材料、導電性高分子、フッ素化ポリマーなどが用いられる。
前記熱硬化型の架橋樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリウレタン、ポリベンゾシクロロブテン、ポリアミドなどが挙げられ、前記紫外線硬化型の架橋樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
The material used for the lower cladding layer 14 is preferably a material that does not cause intermixing when the optical waveguide layer 16 is formed, and is generally known as a thermosetting crosslinked resin, an ultraviolet curable crosslinked resin, or an inorganic material. , Conductive polymers, fluorinated polymers, and the like are used.
Examples of the thermosetting crosslinked resin include polyimide, polyurethane, polybenzocyclobutene, and polyamide. Examples of the ultraviolet curable crosslinking resin include epoxy resin, acrylic resin, and silicone resin. It is done.

下部金属又は無機酸化物層13上に下部クラッド層14を形成する方法としては、下部クラッド層14を形成する材料として高分子材料を用いる場合には、スピンコート法、ディップ法などの一般的な溶液塗布方法が用いられる。また、下部クラッド層14を形成する材料として無機材料を用いる場合には、電子ビーム蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、RF(高周波)−マグネトロン・スパッタリング法、DC(直流)−マグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、MBE(分子線エピタキシャル法)、CVD(気相成長法)、プラズマCVD、MOCVD(有機気相成長法)などより選ばれる気相成長法、又はゾルゲル法、MOD法などのウエット・プロセスによって作製が可能であるが、これらに限られるわけではない。   As a method of forming the lower clad layer 14 on the lower metal or inorganic oxide layer 13, when a polymer material is used as a material for forming the lower clad layer 14, a general method such as a spin coat method or a dip method is used. A solution coating method is used. When an inorganic material is used as the material for forming the lower cladding layer 14, an electron beam vapor deposition method, a flash vapor deposition method, an ion plating method, an RF (high frequency) -magnetron sputtering method, a DC (direct current) -magnetron. Vapor phase growth selected from sputtering, ion beam sputtering, laser ablation, MBE (molecular beam epitaxy), CVD (vapor phase epitaxy), plasma CVD, MOCVD (organic vapor phase epitaxy), etc. It can be produced by a wet process such as a sol-gel method or a MOD method, but is not limited thereto.

なお、下部クラッド層14の膜厚は、光導波路素子100として構成したときに光導波路17へ入射させる光の波長等、光導波路設計指針に依存するが、1μm以上20μm以下程度の範囲が好ましく、1.5μm以上10.0μm以下の程度の範囲とすることがより好しい。   The film thickness of the lower cladding layer 14 depends on optical waveguide design guidelines such as the wavelength of light incident on the optical waveguide 17 when configured as the optical waveguide element 100, but is preferably in the range of about 1 μm to 20 μm. It is more preferable to use a range of about 1.5 μm to 10.0 μm.

下部クラッド層14の膜厚が、上記20μmを超える厚みである場合には、光導波路17にかかる実効電圧が低くなるため、充分な電気光学(Electro−optic、以下「EO」と略す)効果が得られず、また、1μm未満と薄い場合には、下部電極12による光吸収が増加するため、光損失が大きくなるという問題が生じる場合がある。   When the thickness of the lower clad layer 14 is more than 20 μm, the effective voltage applied to the optical waveguide 17 is lowered, so that a sufficient electro-optic (hereinafter referred to as “EO”) effect is obtained. If the thickness is less than 1 μm, light absorption by the lower electrode 12 increases, which may cause a problem of increased light loss.

次に、光導波路層16について説明する。光導波路層16は、下部クラッド層14の表面上に形成される。光導波路層16としては、光導波路が形成可能であり下部クラッド層14及び上部クラッド層18よりも屈折率の高い材料が用いられ、本実施の形態では、光導波路層16を構成する材料としては、非線形効果を付与したポリマー(有機非線形材料)が用いられる。この有機非線形材料は有機電気光学材料として機能し、これを用いることで光導波路層16に用いることで電気光学効果が付与される。   Next, the optical waveguide layer 16 will be described. The optical waveguide layer 16 is formed on the surface of the lower cladding layer 14. As the optical waveguide layer 16, a material capable of forming an optical waveguide and having a refractive index higher than that of the lower cladding layer 14 and the upper cladding layer 18 is used. In this embodiment, as the material constituting the optical waveguide layer 16, A polymer (organic nonlinear material) imparted with a nonlinear effect is used. This organic nonlinear material functions as an organic electro-optic material, and by using this material, an electro-optic effect is imparted by using it for the optical waveguide layer 16.

有機非線形材料とは、高分子マトリックス中に非線形光学特性を有する有機化合物を添加した有機非線形光学ポリマーや、高分子の主鎖あるいは側鎖に、非線形光学特性を有する構造(以下、「クロモフォア構造」という場合がある)を導入した主鎖型有機非線形光学ポリマーあるいは側鎖型有機非線形光学ポリマーなどをいう。   Organic nonlinear materials include organic nonlinear optical polymers in which an organic compound having nonlinear optical properties is added to a polymer matrix, or structures having nonlinear optical properties in the main chain or side chain of the polymer (hereinafter referred to as “chromophore structure”). A main chain organic nonlinear optical polymer or a side chain organic nonlinear optical polymer.

光導波路層16を構成する材料としては、光導波路17が形成可能なものであり、下部クラッド層14よりも屈折率の高い材料である上記有機非線形材料を用いることが好ましく、前記のように、高分子の側鎖又は主鎖に、ポリマーに非線形性を付与する目的でクロモフォア構造を導入したものが用いられる。   As a material constituting the optical waveguide layer 16, it is possible to form the optical waveguide 17, and it is preferable to use the organic nonlinear material which is a material having a refractive index higher than that of the lower clad layer 14. A polymer having a chromophore structure introduced for the purpose of imparting non-linearity to the polymer side chain or main chain is used.

上記高分子材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリシラン、ポリベンゾシクロブテンなどが用いられる。   As the polymer material, acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polystyrene, polyurethane, polysilane, polybenzocyclobutene, or the like is used.

前記クロモフォア構造は、公知のものであれば特に限定されないが、下記の構造式(1)で表されるものが好ましい。
D−P−A ・・・ 構造式(1)
構造式(1)中、Dは、電子供与性を有する原子団、Pは結合部、Aは電子吸引性を有する原子団、を表す。構造式(1)において、「D」で表される電子供与性を有する原子団としては、電子供与性を有するものであれば公知のものが用いられるが、電子供与性置換基を有する、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらの組み合わせからなるものであることが好ましい。前記電子供与性置換基としては、電子供与性を有するものであれば特に限定されないが、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、などが望ましい。なお、前記アルキル基の一部がアルコキシ基やフェニル基で置換されてもよく、前記アルコキシ基の一部がアルコキシ基やフェニル基で置換されてもよく、また、前記アミノ基の一部がアルキル基やアルコキシ基、あるいはフェニル基で置換されてもよい。
Although the said chromophore structure will not be specifically limited if it is a well-known thing, What is represented by following Structural formula (1) is preferable.
D-P-A Structural formula (1)
In Structural Formula (1), D represents an atomic group having an electron donating property, P represents a bonding portion, and A represents an atomic group having an electron withdrawing property. As the atomic group having an electron donating property represented by “D” in the structural formula (1), a known group having an electron donating property may be used. It is preferably composed of a group unsaturated bond, an aromatic ring, a heteroaromatic ring, and a combination thereof. The electron donating substituent is not particularly limited as long as it has an electron donating property, but an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, and the like are preferable. A part of the alkyl group may be substituted with an alkoxy group or a phenyl group, a part of the alkoxy group may be substituted with an alkoxy group or a phenyl group, and a part of the amino group is an alkyl group. It may be substituted with a group, an alkoxy group, or a phenyl group.

一方、「A」で表される電子吸引性を有する原子団としては、電子吸引性を有するものであれば公知のものいずれでも良いが、電子吸引性置換基を導入した、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらの組み合わせ、などの構造が望ましい。   On the other hand, as the atomic group having an electron-withdrawing property represented by “A”, any known group having an electron-withdrawing property may be used, but an aliphatic unsaturated bond having an electron-withdrawing substituent introduced therein. , Aromatic rings, heteroaromatic rings, and combinations thereof are desirable.

電子吸引性置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン置換されたアルキル基、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、などが望ましい。   As the electron-withdrawing substituent, a halogen atom, a halogen-substituted alkyl group, a cyano group, a nitro group, a carbonyl group, and the like are desirable.

また、「P」で表される結合部は、「D」と「A」とを共有結合で結ぶものであれば如何なるものであっても良いが、電子を非局在化しうる共役結合を持つものが望ましく、例えばπ共役系で「D」と「A」とを結びつけるような構造を有するものが望ましい。具体的には、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらが互いに結合したものなどが望ましい。   The bond represented by “P” may be any bond that connects “D” and “A” with a covalent bond, but has a conjugate bond that can delocalize electrons. For example, a material having a structure in which “D” and “A” are combined in a π-conjugated system is desirable. Specifically, aliphatic unsaturated bonds, aromatic rings, heteroaromatic rings, and those in which they are bonded to each other are desirable.

光導波路層16の形成は、上記クロモフォア構造を有する高分子材料、あるいはクロモフォア構造を有する有機化合物と高分子材料とを混合したものを、これらを溶解する溶剤に溶解しコーティング液を作製し、このコーティング液を上記下部クラッド層14等の表面にコートすることにより行う。   The optical waveguide layer 16 is formed by dissolving a polymer material having the chromophore structure, or a mixture of an organic compound having a chromophore structure and a polymer material, in a solvent for dissolving them, and preparing a coating solution. This is performed by coating the surface of the lower cladding layer 14 and the like with a coating solution.

コーティングにより光導波路層16を設ける方法としては、スピンコート、スプレーコート、ブレードコート、ディップコート、など公知の方法が用いられる。溶剤の除去は、送風乾燥機などで加熱乾燥しても良いし、減圧(真空)乾燥機などで乾燥してもよい。   As a method for providing the optical waveguide layer 16 by coating, a known method such as spin coating, spray coating, blade coating, dip coating, or the like is used. The removal of the solvent may be performed by heat drying with a blower dryer or the like, or may be dried with a reduced pressure (vacuum) dryer or the like.

光導波路層16の膜厚としては、下部電極12と上部電極20との間に位置する光導波路(以下、作用部と称する場合がある)へ、下部電極12と上部電極20との間に形成された電界が効果的に作用するように、光導波路層16の膜厚は薄いほうが好ましく、5.0μm以下が好ましく、3.5μm以下がより好ましい。   The optical waveguide layer 16 is formed between the lower electrode 12 and the upper electrode 20 in an optical waveguide (hereinafter sometimes referred to as an action part) located between the lower electrode 12 and the upper electrode 20. In order for the generated electric field to work effectively, the optical waveguide layer 16 is preferably thin, preferably 5.0 μm or less, and more preferably 3.5 μm or less.

光導波路層16の膜厚が5.0μmより厚いと、光導波路17の作用部へ、該作用部を伝播する光に所望の位相変化を生じさせるために印加する電圧の電圧値として、より高い電圧値の電圧印加が必要となり、低駆動電圧を達成することが困難となる場合がある。なお、光導波路層16の膜厚の下限は、1.0μm程度である。   When the thickness of the optical waveguide layer 16 is thicker than 5.0 μm, the voltage value applied to the action portion of the optical waveguide 17 in order to cause a desired phase change in the light propagating through the action portion is higher. It may be difficult to achieve a low driving voltage because voltage application of a voltage value is required. In addition, the minimum of the film thickness of the optical waveguide layer 16 is about 1.0 micrometer.

光導波路層16に形成する光導波路17は、例えば、図1及び図2に示すように光導波路17をリッジ型(光導波路17が上部クラッド層18側に凸状に突出した形状)として構成する場合には、ドライエッチング法でリッジを形成することで、リッジ型の光導波路17を形成すればよい。   The optical waveguide 17 formed in the optical waveguide layer 16 is configured, for example, as shown in FIGS. 1 and 2 such that the optical waveguide 17 is a ridge type (a shape in which the optical waveguide 17 protrudes convexly toward the upper cladding layer 18). In this case, the ridge type optical waveguide 17 may be formed by forming a ridge by a dry etching method.

なお、本実施の形態では、光導波路層16に形成する光導波路17は、図1及び図2に示すように、マッハツェンダー型である場合を説明する。
マッハツェンダー型の光導波路17は、光の入射される入射光導波路部17C及び入射された光を出射する出射光導波路部17Dは一本の光路として形成され、途中で2本の光路17A(以下、アーム部17Aと称する場合がある)及び光路17B(以下、アーム部17Bと称する場合がある)に分岐されている。このため、入射光導波路部17Aに入射された光は、2本の光路(アーム部17A及びアーム部17B)各々へと分かれた後に、アーム部17A及びアーム部17B各々を伝播し、出射光導波路部17Dで合流して光導波路17の外部へと出射される。
In the present embodiment, the case where the optical waveguide 17 formed in the optical waveguide layer 16 is a Mach-Zehnder type as shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
In the Mach-Zehnder type optical waveguide 17, an incident optical waveguide portion 17C into which light is incident and an outgoing optical waveguide portion 17D that emits the incident light are formed as one optical path, and two optical paths 17A (hereinafter referred to as “optical paths”) are formed. And may be referred to as an arm portion 17A) and an optical path 17B (hereinafter also referred to as an arm portion 17B). For this reason, the light incident on the incident optical waveguide portion 17A is divided into two optical paths (the arm portion 17A and the arm portion 17B), and then propagates through the arm portion 17A and the arm portion 17B. The light is merged at the portion 17D and emitted to the outside of the optical waveguide 17.

この光導波路17を構成するリッジ幅とリッジ高さ(光導波路17の幅及び高さ)は、光導波路17の屈折率と光導波路層16の厚み膜厚との組み合わせにより異なるが、リッジ高さ(段差)は一般的には50nm以上3000nm以下の範囲が好ましく、500nm以上2000nm以下の範囲がより好ましい。リッジ高さが50nmに満たないと、光導波路17と上部クラッド層18、及び下部クラッド層14各々との間で、十分な屈折率差が得られず、光導波路17内における光の閉じ込めができなくなる場合がある。
一方、リッジ高さが3000nmを越えると、マルチモードとなって目的とする素子の機能を十分に発揮できなくなる場合がある。また、リッジ幅としては、1μm以上15μm以下の範囲が好ましく、3μm以上10μm以下の範囲がより好ましい。
The ridge width and height of the optical waveguide 17 (the width and height of the optical waveguide 17) vary depending on the combination of the refractive index of the optical waveguide 17 and the thickness and thickness of the optical waveguide layer 16, but the ridge height. The (step) is generally preferably in the range of 50 nm to 3000 nm, and more preferably in the range of 500 nm to 2000 nm. If the ridge height is less than 50 nm, a sufficient refractive index difference cannot be obtained between the optical waveguide 17 and each of the upper cladding layer 18 and the lower cladding layer 14, and light can be confined in the optical waveguide 17. It may disappear.
On the other hand, if the ridge height exceeds 3000 nm, it may become a multi-mode and the function of the target element cannot be fully exhibited. The ridge width is preferably in the range of 1 μm to 15 μm, and more preferably in the range of 3 μm to 10 μm.

光導波路17は、上述のようなリッジ型の構造をとることにより、上部クラッド層18と下部クラッド層14との屈折率差を大きく取ることが可能となる。従って、電極による吸収損失を抑制し、かつ素子の実効電界を強めることが可能となることから、駆動電圧の低減をはかることが可能となる。   The optical waveguide 17 can take a large difference in refractive index between the upper cladding layer 18 and the lower cladding layer 14 by adopting the ridge structure as described above. Therefore, the absorption loss due to the electrodes can be suppressed and the effective electric field of the element can be increased, so that the drive voltage can be reduced.

次に、上部クラッド層18について説明する。上部クラッド層18は、例えば、光導波路層16の表面全面に形成されている。上部クラッド層18は、光導波路層16に上記リッジを形成することで光導波路17を形成した後に、光導波路層16よりも屈折率の低い材料で光導波路層16を覆うことで形成される。   Next, the upper cladding layer 18 will be described. The upper cladding layer 18 is formed, for example, on the entire surface of the optical waveguide layer 16. The upper cladding layer 18 is formed by forming the optical waveguide 17 by forming the ridge in the optical waveguide layer 16 and then covering the optical waveguide layer 16 with a material having a refractive index lower than that of the optical waveguide layer 16.

上部クラッド層18に用いられる材料としては、上部クラッド層18の形成時に、光導波路層16とインターミキシングを起こさない材料が好ましく、上記説明した下部クラッド層14に用いた材料等が用いられる。また、上部クラッド層18を形成する手段としても、上記説明した下部クラッド層14の形成に用いた方法が同様に使用される。なお、上部クラッド層18の膜厚としては、1μm以上20μm以下の範囲が好ましく、1.5μm以上10.0μm以下の範囲がより好ましい。   The material used for the upper clad layer 18 is preferably a material that does not intermix with the optical waveguide layer 16 when the upper clad layer 18 is formed, and the material used for the lower clad layer 14 described above is used. Further, as the means for forming the upper clad layer 18, the method used for the formation of the lower clad layer 14 described above is similarly used. The film thickness of the upper cladding layer 18 is preferably in the range of 1 μm to 20 μm, and more preferably in the range of 1.5 μm to 10.0 μm.

光導波路素子100においては、通常、光導波路層16の屈折率に比べて、上部クラッド層18及び下部クラッド層14の屈折率を小さくする必要がある。本実施の形態において、光導波路層16と上部クラッド層18及び下部クラッド層14との屈折率の差は、光導波路素子100の用途によるが、例えば、シングルモードの光導波路として用いる場合には、光導波路層16と上部クラッド層18及び下部クラッド層14との屈折率の差は、0.01%以上3%以下の範囲であることが好ましい。   In the optical waveguide device 100, it is usually necessary to make the refractive indexes of the upper cladding layer 18 and the lower cladding layer 14 smaller than the refractive index of the optical waveguide layer 16. In the present embodiment, the difference in refractive index between the optical waveguide layer 16 and the upper cladding layer 18 and the lower cladding layer 14 depends on the use of the optical waveguide element 100. For example, when used as a single mode optical waveguide, The difference in refractive index between the optical waveguide layer 16, the upper cladding layer 18 and the lower cladding layer 14 is preferably in the range of 0.01% to 3%.

次に、上部金属又は無機酸化物層19について説明する。上部金属又は無機酸化物層19は、例えば、上部クラッド層18の表面に形成される。上部金属又は無機酸化物層19は、上部電極20の形状・配設位置に応じて、上部クラッド層18と上部電極20との間に介するようにパターニングされて形成される。この上部金属又は無機酸化物層19は、上部電極20の形成時(リフトオフ時)に、上部クラッド層18を保護する目的で形成され、一端、上部クラッド層18の表面全体に形成させて、上部電極20を形成した後に、エッチング処理等により上部電極20形成領域以外の層は除去される。上部金属又は無機酸化物層19を構成する材料、形成方法は、下部金属又は無機酸化物層13と同様である。   Next, the upper metal or inorganic oxide layer 19 will be described. The upper metal or inorganic oxide layer 19 is formed on the surface of the upper cladding layer 18, for example. The upper metal or inorganic oxide layer 19 is formed by patterning so as to be interposed between the upper cladding layer 18 and the upper electrode 20 in accordance with the shape and arrangement position of the upper electrode 20. This upper metal or inorganic oxide layer 19 is formed for the purpose of protecting the upper cladding layer 18 when the upper electrode 20 is formed (at the time of lift-off), and is formed on the entire surface of the upper cladding layer 18 at one end. After the electrode 20 is formed, the layers other than the upper electrode 20 formation region are removed by an etching process or the like. The material and forming method of the upper metal or inorganic oxide layer 19 are the same as those of the lower metal or inorganic oxide layer 13.

次に、上部電極20について説明する。上部電極20は、上部金属又は無機酸化物層19の表面に形成される。上部電極20は、例えば、下部電極12との間に電界が形成されたときに、その形成された電界内に位置する光導波路17の領域を伝播する光の位相を変化させるとともに、光導波路17に入射した光の強度が変調されて出射されるような位置に設けられる。本実施形態では、上部電極20は、2つの電極対で構成している。   Next, the upper electrode 20 will be described. The upper electrode 20 is formed on the surface of the upper metal or inorganic oxide layer 19. For example, when an electric field is formed between the upper electrode 20 and the lower electrode 12, the phase of the light propagating through the region of the optical waveguide 17 located in the formed electric field is changed and the optical waveguide 17 is also changed. It is provided at a position where the intensity of the light incident on the light is modulated and emitted. In the present embodiment, the upper electrode 20 is composed of two electrode pairs.

具体的には、図1及び図2に示すように、光導波路17がマッハツェンダー型である場合には、上部電極20の各対を成す上部電極は、光導波路17のアーム部17A及びアーム部17Bの何れか一方又は双方に対応する領域に1対の上部電極20A及び上部電極20Bが設けられている。   Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, when the optical waveguide 17 is of a Mach-Zehnder type, the upper electrode forming each pair of the upper electrodes 20 includes the arm portion 17 </ b> A and the arm portion of the optical waveguide 17. A pair of upper electrode 20A and upper electrode 20B is provided in a region corresponding to one or both of 17B.

すなわち、この上部電極20を構成する対電極は、上部電極20の対電極と、下部電極12と、の間に電圧を印加することで、結果的に光導波路17に入射された光を変調して出射することの可能な領域に設けられている。   That is, the counter electrode constituting the upper electrode 20 applies a voltage between the counter electrode of the upper electrode 20 and the lower electrode 12, thereby modulating the light incident on the optical waveguide 17 as a result. Are provided in a region where the light can be emitted.

図1及び図2に示す例では、対を成す上部電極20A及び上部電極20Bの内の、上部電極20Aは、下部電極12との間に電圧が印加されることで、光導波路17のアーム部17Aに電界を形成可能な位置に設けられており、上部電極20Bは、下部電極12との間に電圧が印加されることで、光導波路17のアーム部17Bに電界を形成可能な位置に設けられている。   In the example shown in FIGS. 1 and 2, the upper electrode 20 </ b> A of the upper electrode 20 </ b> A and the upper electrode 20 </ b> B that form a pair is applied with a voltage between the upper electrode 20 </ b> A and the lower electrode 12. The upper electrode 20B is provided at a position where an electric field can be formed on the arm portion 17B of the optical waveguide 17 when a voltage is applied between the upper electrode 20B and the lower electrode 12. It has been.

なお、本実施の形態では、上述のように、上部電極20を構成する対を成す上部電極20A及び上部電極20Bは、各々、光導波路17のアーム部17Aに対応する位置、及び光導波路17のアーム部17Bに対応する位置に設けられている場合を説明するが、対を成す上部電極20と下部電極12との間に電圧が印加されることで、光導波路17に入射される光の強度を変調した光が光導波路17から出射されるような位置に設けられていればよく、このような形態に限られない。   In the present embodiment, as described above, the upper electrode 20A and the upper electrode 20B constituting the pair constituting the upper electrode 20 are positioned at positions corresponding to the arm portions 17A of the optical waveguide 17 and the optical waveguide 17, respectively. Although the case where it is provided at a position corresponding to the arm portion 17B will be described, the intensity of light incident on the optical waveguide 17 when a voltage is applied between the upper electrode 20 and the lower electrode 12 forming a pair. It is only necessary to be provided at a position where the light that is modulated is emitted from the optical waveguide 17 and is not limited to such a form.

例えば、上部電極20A及び上部電極20Bの双方が、光導波路17のアーム部17A又はアーム部17Bの何れか一方に対応する位置に設けられた構成であってもよい。   For example, both the upper electrode 20A and the upper electrode 20B may be configured to be provided at positions corresponding to either the arm portion 17A or the arm portion 17B of the optical waveguide 17.

また、本実施の形態では、説明を簡略化するために、上部電極20は、一対の電極で構成された場合を説明するが、複数対の上部電極が設けられた構成であってもよいことはいうまでもない。   Further, in the present embodiment, in order to simplify the description, the case where the upper electrode 20 is configured by a pair of electrodes will be described, but a configuration in which a plurality of pairs of upper electrodes are provided may be used. Needless to say.

上部電極20は、公知の方法、例えば、DCマグネトロン・スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、電解メッキ法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、RFマグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、MBE法、CVD法、プラズマCVD、MOCVD法などより選ばれる気相成長法、又はゾルゲル法、MOD法などのウエット・プロセスによって、薄膜成長により形成される。   The upper electrode 20 is formed by a known method such as a DC magnetron sputtering method, an electron beam evaporation method, an electrolytic plating method, a flash evaporation method, an ion plating method, an RF magnetron sputtering method, an ion beam sputtering method, a laser. -It is formed by thin film growth by a vapor deposition method selected from an ablation method, an MBE method, a CVD method, a plasma CVD method, an MOCVD method, or the like, or a wet process such as a sol-gel method or an MOD method.

このようにして作製された光導波路素子100は、切断によりチップ状(素子状)に加工され、素子を完成する。切断にはダイサーなどが用いられる。なお、素子状とは、一般的には矩形状のことを指すが、光入出力端面での戻り光を低減することを目的として、菱形状、あるいは台形状に加工する場合も含まれる。   The optical waveguide device 100 manufactured in this way is processed into a chip shape (element shape) by cutting to complete the device. A dicer or the like is used for cutting. The element shape generally refers to a rectangular shape, but includes a case of processing into a rhombus shape or a trapezoid shape for the purpose of reducing the return light at the light input / output end face.

なお、上記光導波路素子100の光導波路17に、非線形光学効果を発現させるためには、ポーリング処理により分子の配向を揃える必要がある。
このポーリング処理とは、成膜した後に、ガラス転移温度(Tg)以上に加熱した状態で電界を印加して配向処理することにより、光導波路17及び光導波路層16を構成する上記有機非線形材料の分極方向、あるいは、前記クロモフォアを有する有機非線形材料のクロモフォア部分の分極方向、に配向させ、これを維持した状態で、Tg以下に温度を下げた後に電界を取り除く処理をいう。
In order to develop a nonlinear optical effect in the optical waveguide 17 of the optical waveguide element 100, it is necessary to align the molecular orientation by poling.
This poling treatment is a process of applying the electric field in the state heated to the glass transition temperature (Tg) or higher after the film formation, and performing the alignment treatment to thereby form the organic nonlinear material constituting the optical waveguide 17 and the optical waveguide layer 16. This refers to a process of removing the electric field after lowering the temperature to Tg or lower while maintaining the orientation in the polarization direction or the polarization direction of the chromophore portion of the organic nonlinear material having the chromophore.

このようなポーリング処理としては、電界の印加方法として、有機非線形材料を2つ以上の電極で直接挟み込んで電界を印加する方法(電極ポーリング)、有機非線形材料と電極との間に液体などの媒体を介して電界を印加する方法、あるいは、コロナ放電により間接的な方法で有機非線形材料に対して電界を印加する方法(コロナポーリング)などが挙げられる。   As such a poling treatment, an electric field is applied by a method in which an organic nonlinear material is directly sandwiched between two or more electrodes (electrode poling), a medium such as a liquid between the organic nonlinear material and the electrode. And a method of applying an electric field to the organic nonlinear material by an indirect method by corona discharge (corona poling).

ポーリング温度は、ガラス転移温度以上が好ましく、具体的には100℃以上200℃以下の範囲内に0.2時間以上10時間以下程度保持することが望ましい。ポーリング温度を室温から最終的な温度まで段階的に上昇させる場合、各ステップの上昇温度は5℃以上50℃以下程度の範囲、各ステップの時間は10分間以上120分間以下程度が望ましく、それらは終始同じでも異なってもよい。連続的に上昇させる場合の昇温速度は、0.1℃/分以上20℃/分以下程度とすることが望ましく、前記の段階的に温度を上昇させるステップと組み合わせてもよい。   The poling temperature is preferably equal to or higher than the glass transition temperature. Specifically, it is desirable to maintain the poling temperature within a range of 100 ° C. to 200 ° C. for about 0.2 hours to 10 hours. When the polling temperature is raised stepwise from room temperature to the final temperature, the rising temperature of each step is preferably in the range of 5 ° C to 50 ° C, and the time of each step is preferably about 10 minutes to 120 minutes, It may be the same or different throughout. The rate of temperature increase when the temperature is continuously increased is preferably about 0.1 ° C./min to 20 ° C./min, and may be combined with the step of increasing the temperature stepwise.

この工程は、光導波路層形成後であればいつ実行してもよいが、後の工程で加熱の必要がある場合には、非線形光学効果の低下が起こってしまうため、加熱処理を含む工程後に分極配向処理を行うことが好ましい。   This step may be performed at any time after the optical waveguide layer is formed, but if heating is required in a later step, the nonlinear optical effect is reduced. It is preferable to perform polarization alignment treatment.

このように構成された光導波路素子100は、光の変調を行う光変調素子や、スイッチングを行う光スイッチとして用いられる。   The optical waveguide element 100 configured as described above is used as an optical modulation element that modulates light or an optical switch that performs switching.

次に、このように構成された光導波路素子100の作用を説明する。   Next, the operation of the optical waveguide device 100 configured as described above will be described.

光導波路17の入射光導波路部17Cから入射された光は、アーム部17A及びアーム部17Bに分岐されて伝播した後に、出射光導波路部17Dを伝播し、光導波路17から出射される。   The light incident from the incident optical waveguide portion 17C of the optical waveguide 17 is branched and propagated to the arm portion 17A and the arm portion 17B, and then propagates through the outgoing optical waveguide portion 17D and is emitted from the optical waveguide 17.

光導波路素子100においては、電圧印加部(不図示)から上部電極20と下部電極12との間に電圧を印加しない状態においては、入射光導波路部17Cに入射されて、アーム部17A及びアーム部17Bを伝播した光は、これらのアーム部の接合部(出射光導波路部17Dとの接合部)において互いに干渉しつつ単一モード光に収束される。このとき、アーム部17A及びアーム部17Bには電界が形成されていないことから、これらのアーム部を伝播する光に位相差が生じていないので、出射光導波路部17Dからは、入射光導波路部17Cに入射された光と同一強度の光が出射する。   In the optical waveguide device 100, when no voltage is applied between the upper electrode 20 and the lower electrode 12 from a voltage application unit (not shown), the light is incident on the incident optical waveguide unit 17C, and the arm unit 17A and the arm unit The light propagating through 17B is converged to single mode light while interfering with each other at the joint portion (joint portion with the output optical waveguide portion 17D) of these arm portions. At this time, since no electric field is formed in the arm portion 17A and the arm portion 17B, there is no phase difference in the light propagating through these arm portions, so that the output optical waveguide portion 17D Light having the same intensity as the light incident on 17C is emitted.

上記説明したように、光導波路17は、電気光学効果を有する材質で形成されていることから、上部電極20と下部電極12との間に電圧が印加されて、光導波路17に電界が形成されると、光導波路17内の該電界の形成された領域を伝播する光の屈折率が変化して位相が変化する。このため、電圧印加部(不図示)から、下部電極12と上部電極20とに電圧が印加されて、下部電極12と上部電極20との間に電界が形成されると、印加された電圧の電圧値に応じて、光導波路17内の、形成された電界内に相当する領域を伝播する光の屈折率が変化し、光導波路17に入射された光の強度とは異なる強度の光が光導波路17から出射される。   As described above, since the optical waveguide 17 is formed of a material having an electro-optic effect, a voltage is applied between the upper electrode 20 and the lower electrode 12, and an electric field is formed in the optical waveguide 17. Then, the refractive index of light propagating through the region where the electric field is formed in the optical waveguide 17 changes, and the phase changes. Therefore, when a voltage is applied to the lower electrode 12 and the upper electrode 20 from a voltage application unit (not shown) and an electric field is formed between the lower electrode 12 and the upper electrode 20, the applied voltage is reduced. In accordance with the voltage value, the refractive index of light propagating through a region corresponding to the formed electric field in the optical waveguide 17 changes, and light having an intensity different from the intensity of the light incident on the optical waveguide 17 is transmitted. The light is emitted from the waveguide 17.

詳細には、電圧印加部(不図示)から上部電極20と下部電極12との間に電圧が印加されると、入射光導波路部17Cに入射されて、アーム部17A及びアーム部17Bを伝播した光は、これらのアーム部の接合部(出射光導波路部17Dとの接合部)において互いに干渉しつつ収束される。このとき、アーム部17A及びアーム部17Bに電界が形成されているので、これらのアーム部を伝播する光に電界に応じた位相差が生じ、出射光導波路部17Dからは、入射光導波路部17Cに入射された光とは異なる強度の光が出射する。すなわち、電圧印加部(不図示)から上部電極20と下部電極12との間に電圧が印加されると、印加された電圧に応じて光の強度が連続的に変調される。この操作を繰り返し素子を連続的に動作させることにより、上部電極20界面光(導波路層側の界面)と下部電極12界面(光導波路層側の界面)には空間電荷の蓄積が生じることにより、内部電界が発生する。   Specifically, when a voltage is applied between the upper electrode 20 and the lower electrode 12 from a voltage application unit (not shown), the voltage is incident on the incident optical waveguide unit 17C and propagates through the arm unit 17A and the arm unit 17B. The light is converged while interfering with each other at the joint portion (joint portion with the output optical waveguide portion 17D) of these arm portions. At this time, since the electric field is formed in the arm part 17A and the arm part 17B, a phase difference corresponding to the electric field is generated in the light propagating through these arm parts, and the incident optical waveguide part 17C is emitted from the output optical waveguide part 17D. Light having an intensity different from that of the light incident on the light is emitted. That is, when a voltage is applied between the upper electrode 20 and the lower electrode 12 from a voltage application unit (not shown), the intensity of light is continuously modulated according to the applied voltage. By repeating this operation and operating the device continuously, accumulation of space charge occurs in the interface light on the upper electrode 20 (interface on the waveguide layer side) and the interface on the lower electrode 12 (interface on the optical waveguide layer side). An internal electric field is generated.

そして、本実施の形態の光導波路素子100においては、上記説明したように、光導波路層16(光導波路17)と下部電極12との間に、下部電極12側から順に下部金属又は無機酸化物層13及び下部クラッド層14を順次積層した層構成であり、且つ光導波路層16(光導波路17)と上部電極20との間に、光導波路層16側から順に上部クラッド層18及び上部金属又は無機酸化物層19を順次積層した層構成としている。即ち、光導波路層16(光導波路17)と下部電極12との間の層構成と、光導波路層16(光導波路17)と上部電極20との間の層構成が、素子厚み方向において対称な層構成、言い換えれば、素子厚み方向において、光導波路層16(光導波路17)を中心として両電極(下部電極12、上部電極20)までの層構成が同一である。この同一であるとは、層の種類が同一であることがよく、望ましくは、その構成材料、層厚みも同一であることがよい。   In the optical waveguide device 100 of the present embodiment, as described above, the lower metal or the inorganic oxide is disposed between the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) and the lower electrode 12 in order from the lower electrode 12 side. The layer 13 and the lower clad layer 14 are sequentially laminated, and the upper clad layer 18 and the upper metal or the upper metal or the metal are sequentially disposed between the optical waveguide layer 16 (the optical waveguide 17) and the upper electrode 20 from the optical waveguide layer 16 side. The inorganic oxide layer 19 is sequentially laminated. That is, the layer configuration between the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) and the lower electrode 12 and the layer configuration between the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) and the upper electrode 20 are symmetrical in the element thickness direction. In the element thickness direction, in other words, the layer configuration from the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) to the two electrodes (lower electrode 12 and upper electrode 20) is the same in the element thickness direction. The “same” means that the types of layers are preferably the same, and desirably the constituent materials and the layer thickness are also the same.

このため、本実施の形態の光導波路素子100では、帯電圧印加時(駆動時)において、上部電極20界面(光導波路層側の界面)と下部電極12界面(光導波路層側の界面)は接合界面のエネルギー準位が同一であることから、界面に生じる空間電荷蓄積が同一であり、相殺されることから、DCドリフトの発生が抑制される。   Therefore, in the optical waveguide device 100 of the present embodiment, the interface between the upper electrode 20 (interface on the optical waveguide layer side) and the interface of the lower electrode 12 (interface on the optical waveguide layer side) are applied when a charged voltage is applied (during driving). Since the energy levels at the junction interface are the same, the space charge accumulation generated at the interface is the same and is canceled out, so that the occurrence of DC drift is suppressed.

特に、本実施の形態においては、上部電極20を形成する際(リフトオフする際)、上部クラッド層18上に上部金属又は無機酸化物層19を形成する必要性に鑑み、光導波路層16(光導波路17)と下部電極12との間の層構成と、光導波路層16(光導波路17)と上部電極20との間の層構成が、素子厚み方向において対称な層構成とするために、下部電極12と下部クラッド層14との間に下部金属又は無機酸化物層13を形成し、DCドリフトを抑制させている。また、この形態に限られず、光導波路層16(光導波路17)と下部電極12との間、及び、光導波路層16(光導波路17)と上部電極20との間の一方に、目的に応じて機能層を設ける必要がある場合であっても、他方の間に同様な構成の機能層を設けることで、素子厚み方向において対称な層構成が実現され、DCドリフトを抑制される。   In particular, in the present embodiment, when the upper electrode 20 is formed (lifted off), in view of the necessity of forming the upper metal or inorganic oxide layer 19 on the upper clad layer 18, the optical waveguide layer 16 (optical In order that the layer configuration between the waveguide 17) and the lower electrode 12 and the layer configuration between the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) and the upper electrode 20 are symmetrical in the element thickness direction, A lower metal or inorganic oxide layer 13 is formed between the electrode 12 and the lower cladding layer 14 to suppress DC drift. Further, the present invention is not limited to this configuration, depending on the purpose between the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) and the lower electrode 12, and between the optical waveguide layer 16 (optical waveguide 17) and the upper electrode 20, depending on the purpose. Even if it is necessary to provide a functional layer, by providing a functional layer having a similar configuration between the other, a symmetric layer configuration in the element thickness direction is realized, and DC drift is suppressed.

なお、本実施の形態では、光導波路17は、リッジ型である場合を説明したが、図3(A)に示すように、光導波路17が、下部クラッド層14(下部電極12)側へ突出した形状の逆リッジ型に構成してもよい。
この逆リッジ型の光導波路17の形成方法としては、予め、下部クラッド層14へ、反応性イオンエッチング(RIE)、湿式エッチング、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー等の半導体プロセス技術を用いた公知の方法によりパターニングを行い、該下部クラッド層14を加工してトレンチを形成し、その上に光導波路層16を形成することによって、逆リッジ型光導波路が形成される。
In this embodiment, the case where the optical waveguide 17 is a ridge type has been described. However, as shown in FIG. 3A, the optical waveguide 17 protrudes toward the lower cladding layer 14 (lower electrode 12). You may comprise the reverse ridge type of the shape.
As a method for forming the inverted ridge type optical waveguide 17, a known method using a semiconductor process technique such as reactive ion etching (RIE), wet etching, photolithography, electron beam lithography, or the like, is previously applied to the lower cladding layer. Then, the lower cladding layer 14 is processed to form a trench, and the optical waveguide layer 16 is formed thereon, thereby forming an inverted ridge type optical waveguide.

光導波路17は、逆リッジ型の構造をとることにより、上部クラッド層18と下部クラッド層14との屈折率差を大きく取ることが可能となる。従って、電極による吸収損失を抑制し、かつ素子の実効電界を強めることが可能となることから、駆動電圧の低減をはかることが可能となる。   The optical waveguide 17 can take a large difference in refractive index between the upper cladding layer 18 and the lower cladding layer 14 by adopting an inverted ridge structure. Therefore, the absorption loss due to the electrodes can be suppressed and the effective electric field of the element can be increased, so that the drive voltage can be reduced.

また、本実施の形態では、光導波路17は、リッジ型である場合を説明したが、図3(B)に示すように、光導波路17は、上部クラッド層18(上部電極20)側及び下部クラッド層14(下部電極12)側の双方へ凸状に突出した形状の正逆リッジ型に構成してもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the optical waveguide 17 is a ridge type has been described. However, as shown in FIG. 3B, the optical waveguide 17 includes the upper clad layer 18 (upper electrode 20) side and the lower portion. You may comprise in the forward / reverse ridge type | mold of the shape which protruded convexly to both the clad layer 14 (lower electrode 12) side.

この正逆リッジ型の光導波路17の形成方法としては、上記リッジ型、上記逆リッジ型の形成方法を組み合わせることで形成される。
光導波路17を正逆リッジ型とすると、リッジ型、逆リッジ側に比べ、上部クラッド層18と下部クラッド層14との屈折率差を大きく取ることが可能となる。従って、電極による吸収損失を抑制し、かつ素子の実効電界を強めることが可能となることから、駆動電圧の低減をはかることが可能となる。
The forward / reverse ridge type optical waveguide 17 is formed by combining the ridge type and reverse ridge type formation methods.
When the optical waveguide 17 is a forward / reverse ridge type, it is possible to obtain a larger refractive index difference between the upper clad layer 18 and the lower clad layer 14 than the ridge type and the reverse ridge side. Therefore, the absorption loss due to the electrodes can be suppressed and the effective electric field of the element can be increased, so that the drive voltage can be reduced.

なお、本実施の形態では、光導波路層16に形成する光導波路17は、マッハツェンダー型である場合を説明したが、光導波路17の形状はこのような形状に限られず、光導波路17がX字に交差した形状のX交差型、や光導波路17が横方向に広げてマルチモードの伝搬を可能とした形状の多モード干渉型(図4参照)、あるいはそれらの組み合わせの光導波路パターン等が挙げられ、マッハツェンダー型に限られない。   In the present embodiment, the case where the optical waveguide 17 formed in the optical waveguide layer 16 is a Mach-Zehnder type is described. However, the shape of the optical waveguide 17 is not limited to such a shape, and the optical waveguide 17 is X X-cross type that crosses the shape, multi-mode interference type that allows the multi-mode propagation by spreading the optical waveguide 17 in the horizontal direction (see FIG. 4), or a combination of these optical waveguide patterns Are not limited to the Mach-Zehnder type.

例えば、光導波路17を多モード干渉型に構成した場合には、図4に示すように、光導波路層16に形成する光導波路21を、入射光導波路部21Aと、多モード干渉型光導波路21Bと、出射光導波路部21C及び出射光導波路部21Dと、から構成すればよい。
そして、上部電極20の対をなす電極は、下部電極12との間に電界が形成されたときに、その形成された電界内に位置する光導波路17の領域を伝播する光の位相を変化させるとともに、光導波路17に入射した光の強度が変調されて出射されるような位置に設けられていればよい。
For example, when the optical waveguide 17 is configured as a multimode interference type, as shown in FIG. 4, the optical waveguide 21 formed in the optical waveguide layer 16 includes an incident optical waveguide portion 21A and a multimode interference type optical waveguide 21B. And the output optical waveguide portion 21C and the output optical waveguide portion 21D.
When the electric field is formed between the upper electrode 20 and the lower electrode 12, the phase of the light propagating through the region of the optical waveguide 17 located in the formed electric field is changed. At the same time, it may be provided at a position where the intensity of the light incident on the optical waveguide 17 is modulated and emitted.

例えば、図4に示すように、多モード干渉型光導波路21Bに対応する位置で、且つ入射光導波路部21Aから出射光導波路部21C及び出射光導波路部21Dに向かって光が伝播する方向に交差する方向の中心線を挟んで両側に、対を成す上部電極の一方(上部電極20A)及び他方(上部電極20B)が設けられた構成であればよい。   For example, as shown in FIG. 4, at a position corresponding to the multimode interference optical waveguide 21B and intersecting the light propagation direction from the incident optical waveguide portion 21A toward the outgoing optical waveguide portion 21C and the outgoing optical waveguide portion 21D. Any configuration is possible as long as one of the paired upper electrodes (upper electrode 20A) and the other (upper electrode 20B) are provided on both sides of the center line in the direction of the direction.

以下、発明の詳細を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。言うまでもなく、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the details of the invention will be described more specifically with reference to examples. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
はじめに、非線形光学材料の溶液として、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ポリスルホン、及びDR1(Disperse Red 1)を、前記すべての材料の総質量を100質量部としてそれぞれ、77質量部、9質量部、10質量部、及び4質量部からなる溶液(以下、PS溶液)を調製した。この溶液から作製される非線形光学材料のNμ/Mはおよそ0.007であった。該材料の薄膜における屈折率をプリズムカップリング法により測定したところ、1.63であることを確認した。
Example 1
First, as a solution of the nonlinear optical material, cyclohexanone, tetrahydrofuran, polysulfone, and DR1 (Disperse Red 1), 77 parts by weight, 9 parts by weight, 10 parts by weight, respectively, with the total weight of all the materials as 100 parts by weight, And 4 parts by mass of a solution (hereinafter referred to as PS solution) was prepared. Nμ / M W of the non-linear optical materials made from this solution was approximately 0.007. When the refractive index in the thin film of this material was measured by the prism coupling method, it was confirmed to be 1.63.

シリコン基板(直径:50.8mm、厚さ:0.5mm)表面に、スパッタ法により下部電極としてAuを厚さ500nm設け、次いで、この下部電極表面に、金属層としてTiをスパッタ法により30nm積層した。   On the surface of a silicon substrate (diameter: 50.8 mm, thickness: 0.5 mm), Au is provided as a lower electrode with a thickness of 500 nm by a sputtering method, and then Ti is deposited as a metal layer on the lower electrode surface by a sputtering method to a thickness of 30 nm. did.

次に、金属層表面に、下部クラッド層として屈折率1.54のアクリル系紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射して3.5μm厚の樹脂硬化膜を作製した。
続いて、光導波路層として上記調整した非線形光学材料の溶液(PS溶液)を塗布し、120℃の環境に60分間放置することで硬化させ、フォトリソグラフィに続くリアクティブイオンエッチング(RIE)によりマッハツェンダー型の光導波路を形成した。光導波路層の膜厚は3.3μmであり、光導波路のリッジ高さは0.7μm、幅は5μmであった。
Next, an acrylic ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.54 was applied as a lower clad layer to the surface of the metal layer, and an ultraviolet ray was irradiated to produce a 3.5 μm thick resin cured film.
Subsequently, the adjusted nonlinear optical material solution (PS solution) is applied as an optical waveguide layer, cured by leaving it in an environment of 120 ° C. for 60 minutes, and then subjected to reactive ion etching (RIE) followed by photolithography. A Zehnder type optical waveguide was formed. The film thickness of the optical waveguide layer was 3.3 μm, the ridge height of the optical waveguide was 0.7 μm, and the width was 5 μm.

次に、この形成した光導波路層上に上部クラッド層となる屈折率1.54の上記アクリル系紫外線硬化樹脂を塗布し、上記下部クラッド層と同様にして紫外線を照射して硬化させて、3.5μ厚の樹脂硬化膜からなる上部クラッド層を作製した。   Next, the acrylic ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.54 to be an upper clad layer is applied on the formed optical waveguide layer, and cured by irradiating with ultraviolet rays in the same manner as the lower clad layer. An upper clad layer made of a resin cured film having a thickness of 5 μm was produced.

この上部クラッド層上に、リフトオフ時(上部電極の非形成領域にマスクを形成し、このマスクを用いて上部電極を成膜した後、マスクを除去する時)の保護層として、Tiをスパッタ法により30nm積層した。
この保護層上に、レジストを塗布、フォトリソグラフィにより上部電極のパターンを形成し、金をスパッタ、リフトオフすることで上部電極を形成した。
このとき、マッハツェンダー型に形成した光導波路の2つのアーム部に対応する領域各々に、厚みが1.0μmの直方体状の上部電極を1つずつ形成し、これらを対となる上部電極として定めた。
On this upper cladding layer, Ti is sputtered as a protective layer at the time of lift-off (when a mask is formed in a region where the upper electrode is not formed and the upper electrode is formed using this mask and then the mask is removed). 30 nm.
On this protective layer, a resist was applied, an upper electrode pattern was formed by photolithography, and gold was sputtered and lifted off to form an upper electrode.
At this time, a rectangular parallelepiped upper electrode having a thickness of 1.0 μm is formed in each of the regions corresponding to the two arm portions of the optical waveguide formed in the Mach-Zehnder type, and these are defined as upper electrodes to be paired. It was.

得られたウェハーの積層体を、140℃の環境下に保持し、ワイヤ電圧4.5KV、グリッド電圧1KVのコロナポーリング装置を用いて、30分間ポーリング処理を施すことにより、配向処理を行った。   The obtained wafer stack was held in an environment of 140 ° C. and subjected to a poling treatment for 30 minutes using a corona poling device having a wire voltage of 4.5 KV and a grid voltage of 1 KV, thereby performing an alignment treatment.

このようにして形成されたウェハー状の積層体をダイサーで切出すことによって、長手方向の長さ(光導波路の光の伝播方向の長さ)が35mmであり、且つ、幅方向の長さが8mmであり、且つ厚みが0.51mmのチップを得た。   By cutting out the wafer-like laminate formed in this way with a dicer, the length in the longitudinal direction (the length in the light propagation direction of the optical waveguide) is 35 mm, and the length in the width direction is A chip having a thickness of 8 mm and a thickness of 0.51 mm was obtained.

得られた光導波路素子について、光導波路の光入射側から光入出力用の光ファイバを介して波長1.55μmのレーザ光を1mWの強度で入射させると共に、70℃の環境下で、この光導波路素子の2つの上部電極の一方の電極と下部電極との間に、周波数が10Hzであり、最大値が+10V、及び最小値が−10Vの三角波を1印加して、500時間の駆動特性を評価した。出射光を光ファイバを介して、光パワーメーター(アンリツ社製、MT9812B+MU931241A)により計測し、印加電圧対出射光強度の関係から、変調特性曲線を求め、この特性より導き出される半波長電圧:Vπおよび最大光出力電圧:Vtを、各測定時間ごとに求めた後、ドリフト量:ΔΦを下記式(1)のように定義して求めた。なお、下記式(1)中、Vt1は電圧印加開始直後における最大光出力電圧を示し、Vt2は電圧印加開始から500時間経過後における最大光出力電圧を示す。
ΔΦ=ΔV/Vπ=(Vt1−Vt2)/Vπ ・・・・・(1)
With respect to the obtained optical waveguide element, a laser beam having a wavelength of 1.55 μm is made incident at an intensity of 1 mW from the light incident side of the optical waveguide through an optical fiber for light input / output, and the optical waveguide element is used in an environment of 70 ° C. Applying a triangular wave having a frequency of 10 Hz, a maximum value of +10 V, and a minimum value of −10 V between one electrode of the two upper electrodes of the waveguide element and the lower electrode, driving characteristics for 500 hours evaluated. The outgoing light is measured by an optical power meter (manufactured by Anritsu Co., Ltd., MT9812B + MU931124A) through an optical fiber, a modulation characteristic curve is obtained from the relationship between applied voltage and outgoing light intensity, and half-wave voltage derived from this characteristic: Vπ The maximum light output voltage: Vt was determined at each measurement time, and then the drift amount: ΔΦ was defined by the following formula (1). In the following formula (1), Vt1 represents the maximum light output voltage immediately after the start of voltage application, and Vt2 represents the maximum light output voltage after 500 hours have elapsed from the start of voltage application.
ΔΦ = ΔV / Vπ = (Vt1−Vt2) / Vπ (1)

その結果、500時間駆動に対しても、電圧印加開始から5分後における最大光出力電圧を基準として、電圧印加開始から500時間経過後におけるドリフト量:ΔΦは、1.1radであった。DCドリフト量△Vは式(1)から8.3Vであり、25℃環境下10000時間換算で約11V(半波長電圧の1.5倍)程度であり、DCドリフトが抑制され、DCドリフト補償用のDC電源回路により、補償可能であることが明らかとなった。   As a result, even for 500 hours of driving, the drift amount: ΔΦ after 500 hours from the start of voltage application was 1.1 rad, based on the maximum optical output voltage 5 minutes after the start of voltage application. The DC drift amount ΔV is 8.3 V from the formula (1), and is about 11 V (1.5 times the half-wave voltage) in terms of 10000 hours in a 25 ° C. environment, DC drift is suppressed, and DC drift compensation It became clear that compensation was possible with a DC power supply circuit for use.

また、500時間でのDCドリフト量から10000時間換算する方法は、次のように行った。70℃における500時間のDCドリフト量から、70℃環境下10000時間でのドリフト量を20倍量として見積もった。また温度依存性については、有機非線形光学材料におけるDCドリフトの活性化エネルギーを0.52eV(非特許文献1より)として、25℃におけるドリフト量を見積もることにより行った。   Moreover, the method of converting into 10,000 hours from the DC drift amount in 500 hours was performed as follows. From the DC drift amount at 500 ° C. at 70 ° C., the drift amount at 10000 hours in a 70 ° C. environment was estimated as 20 times the amount. The temperature dependency was determined by estimating the drift amount at 25 ° C. with the activation energy of DC drift in the organic nonlinear optical material being 0.52 eV (from Non-Patent Document 1).

(比較例1)
下部電極上に、金属層(Ti層)を形成しない以外は、実施例1と同様にして光導波路素子を得て、駆動特性を評価した。その結果、500時間駆動に対して、DCドリフト量ΔΦは73.5radであり△Vは558Vであり、25℃環境下における10000時間換算で約38V(半波長電圧の5倍)程度であり、DCドリフトが実施例比べ大きく、DCドリフト補償用のDC電源回路によって、長期間の動作補償をすうことが難しいものであった。
(Comparative Example 1)
An optical waveguide device was obtained in the same manner as in Example 1 except that no metal layer (Ti layer) was formed on the lower electrode, and the drive characteristics were evaluated. As a result, for 500 hours driving, DC drift amount ΔΦ is 73.5 rad, ΔV is 558 V, about 38 V (5 times half-wave voltage) in terms of 10,000 hours under 25 ° C. environment, The DC drift is larger than that of the embodiment, and it is difficult to perform long-term operation compensation by the DC power supply circuit for DC drift compensation.

本実施形態に係る光導波路素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the optical waveguide element which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光導波路素子の図1に示す斜視図のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of the perspective view shown in FIG. 1 of the optical waveguide element which concerns on this embodiment. (A)(B)本実施形態に係る光導波路素子における図1に示す斜視図のB−B’断面図に相当する模式図であり、図1とは異なる形態を示す模式図である。(A) and (B) are schematic views corresponding to a cross-sectional view taken along the line B-B 'of the perspective view shown in FIG. 1 in the optical waveguide device according to the present embodiment, and are schematic views showing a different form from FIG. 本実施形態における光導波路素子における図1及び図2に示す形態とは異なる態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aspect different from the form shown in FIG.1 and FIG.2 in the optical waveguide element in this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
12 下部電極
13 下部金属又は無機酸化物層
14 下部クラッド層
16 光導波路層
17 光導波路
17A、17B アーム部
17C 入射光導波路部
17D 出射光導波路部
18 上部クラッド層
19 上部金属又は無機酸化物層
20、20A、20B 上部電極
21 光導波路
21A 入射光導波路部
21B 多モード干渉型光導波路
21C 出射光導波路部
21D 出射光導波路部
100 光導波路素子
100 上記光導波路素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Lower electrode 13 Lower metal or inorganic oxide layer 14 Lower cladding layer 16 Optical waveguide layer 17 Optical waveguide 17A, 17B Arm portion 17C Incident optical waveguide portion 17D Outgoing optical waveguide portion 18 Upper cladding layer 19 Upper metal or inorganic oxide Layers 20, 20A, 20B Upper electrode 21 Optical waveguide 21A Incident optical waveguide portion 21B Multimode interference optical waveguide 21C Outgoing optical waveguide portion 21D Outgoing optical waveguide portion 100 Optical waveguide device 100 Optical waveguide device

Claims (6)

有機非線形光学材料を含む光導波路と、
前記光導波路の一方の面側に配される第1電極と、
前記光導波路の他方の面側に配される第2電極と、
を有し、
前記光導波路及び前記第1電極間の層構成と、前記光導波路及び前記第2電極間の層構成と、が厚み方向において対称の層構成である光導波路素子。
An optical waveguide containing an organic nonlinear optical material;
A first electrode disposed on one side of the optical waveguide;
A second electrode disposed on the other surface side of the optical waveguide;
Have
An optical waveguide element in which a layer configuration between the optical waveguide and the first electrode and a layer configuration between the optical waveguide and the second electrode are symmetrical in the thickness direction.
前記光導波路と前記第1電極との間に配される第1クラッド層と、
前記第1の電極と前記第1クラッド層との間に配される第1金属又は無機酸化物層と、
前記光導波路と前記第2電極との間に配される第2クラッド層と、
前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配される第2金属又は無機酸化物層と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
A first cladding layer disposed between the optical waveguide and the first electrode;
A first metal or inorganic oxide layer disposed between the first electrode and the first cladding layer;
A second cladding layer disposed between the optical waveguide and the second electrode;
A second metal or inorganic oxide layer disposed between the second electrode and the second cladding layer;
The optical waveguide device according to claim 1, further comprising:
前記光導波路は、マッハツェンダー型であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。   The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a Mach-Zehnder type. 前記光導波路は、多モード干渉型であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。   The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a multimode interference type. 前記光導波路は、前記第1電極側又は前記第2電極側に向かって凸状に突出した構造であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。   2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide has a structure protruding in a convex shape toward the first electrode side or the second electrode side. 前記光導波路は、前記第1電極側及び前記第2電極側の双方側に向かって凸状に突出した構造であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。   2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide has a structure protruding in a convex shape toward both the first electrode side and the second electrode side.
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