JP2835956B2

JP2835956B2 - 薄膜導波路素子

Info

Publication number: JP2835956B2
Application number: JP63266085A
Authority: JP
Inventors: 和夫吉永; 敏一大西; 嘉土志田; 岳夫江口; 英明光武; 健宮崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH02113227A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、薄膜導波路素子に関するもので、更に詳し
くは、非線形光学効果を用いた波長変換機能の付与、並
びに、分波、混合、偏光等の能動機能の付与に関する。

［従来の技術］従来、非線形光学効果を用い波長変換機能を有する薄
膜導波路素子（非線形薄膜導波路素子）としては、モー
ド選択による位相整合を行うものや、チェレンコフ放射
による位相整合を行うものが知られている。これらの光
導波路となるコア層は、形状と屈折率が基板の材料に合
わせて設計され、フォトリソグラフィック法等で、半導
体、ガラス、無機化合物、プラスチック等の基板上に形
成されている。

また、単なる光の通路としての薄膜導波路素子を更に
進めて、薄膜導波路素子そのものに分波、混合、偏光等
の能動機能を与えて能動型薄膜導波路素子とすることも
検討されている。そのためには基板として大きな電気光
学効果を有するものが必要となり、例えばLiNbO₃等の単
結晶上に、Ti拡散もしくはＨ拡散により光導波路を形成
し、更に電極を設けて上記能動機能を付与することが試
みられている。

一方、新しい薄膜導波素子として、国分等によって報
告された共振反射型薄膜導波路素子が知られている
［「アプライド・フィズィカル・レター（Appl.Phys.Le
tt.）」49,13（1986）］。この薄膜導波路素子の光導波
路は、単一波長について非線形光学効果の無いコア層を
用いたものとなっている。

［発明が解決しようとする課題］一般に薄膜導波路素子は、屈折率の低い基板上の屈折
率の高い光導波路を形成することになるため、光導波路
の屈折率や形状に高い精度の制御が要求され、良好な光
導波路を簡便に低コストで形成することが困難である。
特に能動型薄膜導波路素子を得るためには、LiNbO₃単結
晶等の高価な材料に対して上記高精度の光導波路形成操
作を行う必要があり、しかも形成操作上の制約から十分
な性能の能動型薄膜導波路素子を得ることは困難であ
る。

上述の不都合に加えて、モード選択により位相整合を
行う非線形薄膜導波路素子には、膜厚の制御が極めて厳
しく温度変化に対する補正も困難であるという問題があ
る。また、チェレンコフ放射を用いた非線形薄膜導波路
素子は、温度変化による位相整合のずれを高調波の放射
角度の変化により行えるが、放射された高調波が三日月
状であるために光線の整形や集束が困難であるという問
題がある。

一方、従来の共振反射型薄膜導波路素子については、
基本波を導波するコア層におけるモードの制約が厳しい
ために、入射効率が不十分となることがある。また、能
動機能化は困難であり、LiNbO₃基板のような電気光学結
晶を用いて能動化することも構成上無理がある。

［課題を解決するための手段及び作用］上記課題を解決するための手段を説明すると、請求項
第１項の発明では、第１図に示されるように、基板１上
に、一対の電極6a,6bと、非線形光学効果によって波長
変換を行うコア層２と、該コア層２より高屈折率な第１
クラッド層３、及び該第１クラッド層３より低屈折率な
第２クラッド層４とを有する薄膜導波路素子であり、基板１側から、一方の電極6b、第２クラッド層４、第
１クラッド層３、コア層２、他方の電極6aの順に積層し
てなる積層構造を有し、上記コア層２に入射し波長変換された高調波を上記第
２クラッド層４に放射させ導波させることを特徴とする
ものである。

また、請求項第３項の発明では、第２図に示されるよ
うに、基板１上に、非線形光学効果によって波長変換を
行うコア層２と、該コア層２より高屈折率な第１クラッ
ド層３、及び該第１クラッド層より低屈折率な第２クラ
ッド層４とを有する薄膜導波路素子であり、基板側から、第２クラッド層４、第１クラッド層３、
コア層２の順に積層してなる積層構造を、新たな第１ク
ラッド層３′を介して少なくとも２組以上基板上に設け
てなることを特徴とするものである。

さらに、請求項第５項の発明では、第３図に示される
ように、基板上１に、光導波を行うコア層２と、該コア
層２より高屈折率な第１クラッド層３、及び該第１クラ
ッド層３より低屈折率な第２クラッド層４とを有する薄
膜導波路素子であり、基板１側より、第２クラッド層４、第１クラッド層
３、コア層２の順に積層してなる積層構造を有し、上記積層構造におけるコア層２、第１クラッド層３、
及び第２クラッド層４のうちの少なくとも一層が高分子
材料からなり、電界、磁界、温度変化、または光により
該高分子材料の屈折率及び屈折率異方性を制御すること
を特徴とするものである。

上記請求項第１項の発明によれば、コア層２へ入射し
た光を第１クラッド層３にて全反射するとともに、しみ
出した光が第２クラッド層４にて干渉を起こすことが可
能となり、コア層２への光の単一モード閉じ込めができ
る。同時に、非線形光学効果を有するコア層２で波長変
換された高調波を第２クラッド層４放射させ導波させる
ことにより、温度変化に対して安定で良好な位相整合を
行うこができる。また、コア層２への基本波のとじ込め
効率がよく、しみ出しが少ないために、光パワー密度が
向上し、波長変換効率が上昇する。また請求項第３項の
発明によれば、非線形光学効果を有するコア層２′で波
長変換された高調波が第１及び第２クラッド層３′,
3″,4′を通して下方のコア層２へ導かれ、第１及び第
２クラッド層3,4によってコア層２に閉じ込められ、上
記第１項の発明と同様に、温度変化に対して安定で良好
な位相整合を行うことができる。更に、請求項第５項の
発明によれば、電界、磁界、温度変化、光等によって高
分子材料の屈折率及び屈折率の異方性を制御して、分
波、スイッチング、モード変換等の能動機能を得ること
ができる。

請求項第１項及び第３項の発明におけるコア層２は非
線形光学効果を奏するもので、当該効果を奏する非線形
光学材料で形成することができる。この非線形光学材料
としては、例えば無機結晶、有機結晶、ガラス、半導
体、高分子材料等を挙げることができる。

無機結晶としては、例えばLiNbO₃、KTiOPO₄（KTP）、
β−BaB₂O₄等がある。

有機結晶としては、例えば次のようなものがある。

ガラスとしては、例えばSchott,OG590等のフィルター
グラスを用いることができる。

半導体としては、例えばCdS,GaAs,Si等を用いること
ができる。

高分子材料としては、例えばポリジアセチレン、ポリ
チオフェン、ポリアセチレン等の他、後述する高分子液
晶のうちで非線形光学効果を有するものを用いることが
できる。

マトリックスとなるガラス又は高分子材料に、大きな
非線形分子感受率を有する非線形光学材料を固溶体とし
て添加したものを塗布してコア層２を形成することで、
コア層２となる薄膜の形成を容易化することもできる。
非線形光学材料のマトリックス中への導入は、共重合体
によって行うことができる。このガラス又は高分子材料
をマトリックスとしたコア層２とした場合、含有される
非線形光学材料を配向させるか、高分子材料を配向させ
ることが好ましい。

上記マトリックスとして用いられるガラス又は高分子
材料は、非線形光学材料でなくともよく、前掲の物質の
他、例えば石英ガラス、PbOガラス、リン酸ガラス、B₂O
₃ガラス、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリレー
ト、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリ塩化
ビニル、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリオレフィン
等を用いることができる。

また、ガラス又は高分子材料のマトリックスに導入さ
れる非線形光学材料は、π電子系を有する骨格に電子供
与性基もしくは電子吸引性基の少なくとも一方を有する
構造のものが好ましく、具体的には以下のようなものが
ある。

請求項第５項の発明におけるコア層２は、必ずしも上
述した非線形光学材料で形成する必要はなく、非線形光
学効果の無い材料で形成することもできる。具体的に
は、上切請求項第１項及び第３項の発明におけるコア層
２の前記マトリックスとして用いられる材料のみで形成
することもできる。

特にコア層、クラッド層として高分子液晶を用いるこ
とは、能動導波路素子として電気光学効果，熱光学効果
等を用いる上で得られる効果が大きく低エネルギーで駆
動できるためすぐている。

コア層２の厚みは、0.1〜100μｍが好ましい。0.1μ
ｍ以下では光が入射しにくく、100μｍ以上では閉じ込
めるためのモードが選択しにくくなる。より好ましい厚
みは、0.5〜20μｍである。

第１クラッド層３としては、コア層２および第２クラ
ッド層４よりも屈折率の高い化合物が用いられる。屈折
率差としては１×10^-5よりも大きいことが望ましい。１
×10^-5以下では温度差によって屈折率差が制御出来なく
なる。より望ましくは１×10^-3以上である。厚みは、用
いられる光の波長の1/100より厚いことが望ましい。ま
た、コア層２の光をとり出して有効に第２クラッド層４
もしくは他の光導波路へ導くためには、用いられる光の
波長の10倍以下、好ましくは用いられる光の波長以下、
より好ましくは用いられる波長の1/2以下が望ましい。

第１クラッド層３に用いられる材料は、コア層２より
高屈折率であればよく、無機物としては、例えばSiO₂,M
gF,TiO₂,GeO₂,Si₃N₄,Al₂O₃等が用いられる。また、高分
子材料としては、例えばポリアクリレート、ポリエステ
ル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリフッ化
ビニリデン、ポリシロキサン、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリイミドアミド、ポリペプチド、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化
ビニル、ポリ酢酸ビニル等が用いられる。これらは、用
いられる基本波に対する吸収性が無いことが好ましく、
特に請求項第１項及び第３項の発明では、発生する高調
波に対しても吸収性が無いことが好ましい。

第２クラッド層４としては、第１クラッド層３と同様
の材料で、第１クラッド層３よりも屈折率の低いものが
用いられる。

第２クラッド層４の厚みは、用いられる光の波長より
も大きいと、積層を行う場合に有利である。具体的に
は、0.1μｍ〜100μｍが好ましい。0.1μｍ以下では干
渉反射構造を効率よく選択しにくく、100μｍ以上では
干渉反射構造の制御を十分に行いくい上に薄膜導波路素
子の小型化に不利である。また、請求項第１項の発明に
おいて、発生する高調波について第２クラッド層４を光
導波路として用いる場合は、高調波のとじ込め条件に合
致するよう、厚みを調整することが好ましい。

基板１としては、ガラス、プラスチック、無機結晶、
半導体、金属等が使用される。

コア層２内での光の拡りの防止は、光導波路部分を矩
形埋め込み型とするか、リッジ部を設けるか、ストリッ
プ装架を行うか、ストライプ状の第１又は第２クラッド
層３又は４を設けることによって行うことが出来る。

請求項第３項の発明の薄膜導波路素子は、第２図に示
されるように、前記で具体的に説明したコア層、第１ク
ラッド層、第２クラッド層からなる積層構造を新たな第
１クラッド層を介して多層化したものである。即ち、第
２図においては、基板１上に、第２クラッド層４、第１
クラッド層３、コア層２の順に積層され、その上に更に
第１クラッド層３′、第２クラッド層４′、第１クラッ
ド層３″、コア層２′の順に積層されている。

例えば波数ｗの入射レーザー光が上方のコア層２′へ
入射されると入射光は第１クラッド層３″および第２ク
ラッド層４′によってコア層２′に閉じ込められる。こ
の非線形光学効果を有するコア層２′にて発生した高調
波は、第１及び第２クラッド層３′,3″,4′を通して下
方のコア層２へ導びかれ、第１及び第２クラッド層3,4
によってコア層２に閉じ込められる。

請求項第５項の発明においては、コア層２、第１クラ
ッド層３及び第２クラッド層４のうち少なくとも１つの
層に高分子材料を用いることが必要で、これによって、
能動機能を付与することができる。そのためには、高分
子材料が電気光学効果を有することが好ましく、特に高
分子液晶であることが最適である。尚、電気光学効果と
は、電界フレデリック転移、ポッケル効果、カー効果、
等をいう。

また、上記構成を請求項第１項及び第３項の発明に対
して適用すれば、波長変換機能と同時に能動機能を付与
することができ、特に請求項第１項及び第３項の発明に
おいてコア層２に高分子材料を用いる場合、前述したマ
トリックスとして高分子材料を用いればよい。

高分子液晶としては、ネマチック相、カイラルネマチ
ック相、スメクチック相、カイラルスメクチック相、デ
ィスコティック相等の液晶相を有する高分子液晶性化合
物が挙げられる。このような高分子液晶性化合物はコア
層２に用いられることで特に有効に機能を発揮する。

カイラルネマチック相、カイラルスメクチック相を有
する高分子液晶性化合物としては、側鎖型高分子液晶性
化合物および主鎖型高分子液晶性化合物等を用いること
ができる。

側鎖側高分子液晶性化合物としては、下記の式に示す
ようなものが挙げられる。（但し、式中＊は不斉炭素中
心を示し、ｎ＝５〜1000である）また、カイラルネマチック相、カイラルスメクチック
相を有する主鎖型高分子液晶性化合物としては、例え
ば、メソーゲン基とフレキシブル鎖および光学活性基か
らなり、エステル結合、アミド結合、ペプチド結合、ウ
レタン結合、エーテル結合等により高分子化された化合
物が挙げられる。好ましくはエステル結合により高分子
化された化合物である。

メソーゲン基として用いることの出来る具体的な化合
物には、ターフェニルジカルボン酸,p−テレフタル酸，
ナフタレンジカルボン酸，ビフェニルジカルボン酸，ス
チルベンジカルボン酸，アゾベンゼンジカルボン酸，ア
ゾキシベンゼンジカルボン酸，シクロヘキサンジカルボ
ン酸，ビフェニルエーテルジカルボン酸，ビフェノキシ
エタンジカルボン酸，ビフェニルエタンジカルボン酸，
カルボキシケイ皮酸等のジカルボン酸や、ハイドロキノ
ン，ジハイドロキシビフェニル，ジハイドロキシターフ
ェニル，ジハイドロキシアゾベンゼン、ジハイドロキシ
アゾキシベンゼン，ジハイドロキシジメチルアゾベンゼ
ン，ジハイドロキシジメチルアゾキシベンゼン，ジハイ
ドロキシピリダジン，ジハイドロキシナフタレン，ジヒ
ドロキシフェニルエーテル，ビス（ヒドロキシフェノキ
シ）エタン等のジオールや、ハイドロキシ安息香酸，ハ
イドロキシビフェニルカルボン酸，ハイドロキシターフ
ェニルカルボン酸，ハイドロキシケイ皮酸，ハイドロキ
シアゾベンゼンカルボン酸，ハイドロキシアゾキシベン
ゼンカルボン酸，ハイドロキシスチルベンゼンカルボン
酸等のハイドロキシカルボン酸を用いることが出来る。

フレキシブル鎖の原料としては、メチレングリコー
ル，エチレングリコール，プロパンジオール，ブタンジ
オール，ペンタンジオール，ヘキサンジオール，ヘプタ
ンジオール，オクタンジオール，ノナンジオール，デカ
ンジオール，ウンデカンジオール，ドデカンジオール，
トリデカンジオール，テトラデカンジオール，ペンタデ
カンジオール，ジエチレングリコール，トリエチレング
リコール，テトラエチレングリコール，ノナエチレング
リコール，トリデカエチレングリコール等のジオール
や、マロン酸，こはく酸，グルタル酸，アジピン酸，ピ
メリン酸，スベリン酸，アゼライン酸，セバシン酸等の
ジカルボン酸を用いることが出来る。

光学活性基としては、２官能性のものが望ましい。具
体的には、（＋）−３−メチル−1,6−ヘキサンジオール（−）−３−メチル−1,6−ヘキサンジオール（＋）−３−メチルアジピックアシッド（−）−３−メチルアジピックアシッド（Ｄ）−マニトール（Ｄ−mannitol）（Ｌ）−マニトール（Ｌ−mannitol）（＋）−パントテン酸（＋）−1,2,4−トリハイドロキシ−3,3−ジメチルブ
タン（−）−1,2−プロパンジオール（＋）−1,2−プロパンジオール（＋）−乳酸（−）−乳酸（2S,5S）−２−メチル−３−オキサヘキサン−1,5−
ジオール（2S,5S,8S）−2,5−ジメチル−3,6−ジオキサノナン
−1,8−ジオール以上のようなメソーゲン基，フレキシブル鎖，光学活
性基を重縮合することにより、カイラルネマチック相、
カイラルスメクチック相を有する主鎖型高分子液晶性化
合物を得ることができる。このとき触媒を用いることで
重合度を向上し、副反応等による不純物を低減すること
が可能であるが、重縮合終了後は再沈法等によって除去
することが望ましい。

具体的には、以下の化合物を挙げることができる。

さらにネマチック相，スメクチック相を有する高分子
液晶性化合物としては、側鎖型高分子液晶性性化合物お
よび主鎖型高分子液晶性化合物等がある。具体的には、
下記式に示す化合物が挙げられる。

高分子液晶性化合物が室温以上にガラス転移点もしく
は融点を有する場合には、スイッチング等の制御のため
に、一旦ガラス転移点もしくは融点以上に加熱してスイ
ッチングした後、室温までもどすことで所望の導波状態
とすることができる。また、所定の温度に保持すること
によっても上記効果が得られる。

高分子液晶は、前記高分子液晶性化合物に他の成分を
加えた高分子液晶組成物でもよく、この高分子液晶組成
物としては、例えば高分子液晶性化合物と低分子液晶性
化合物を混合し、加熱溶解もしくは共通溶媒に溶解する
ことにより得られるものを挙げることができる。

高分子液晶性化合物ならびに高分子液晶組成物は単独
でフィルム状として用いても、支持基板に積層して用い
てもよい。

高分子液晶による薄膜形成は、高分子液晶を加熱溶融
もしくは溶媒に溶解させて液状とし、スピンコート法、
キャスト法、ディッピング法、バーコード法、ロールコ
ート法、グラビアコート法、ドクターブレード法等によ
って、薄膜形成面に塗布することで行うことができる。
また、高分子液晶をストライプ状等にパターン化して塗
布するには、スクリーン印刷法やフォトレジストを用い
たパターニング等を用いることができる。これらの方法
は、高分子液晶以外の高分子材料による薄膜形成にも使
用される。

高分子液晶を用いて能動機能を付与する場合、水平配
向又は垂直配向処理を施しておくことが好ましい。

水平配向及び垂直配向処理としては、機械的な力によ
る延伸、ロール延伸、シェアリングや電場・磁場による
もの、界面制御によるもの等がある。支持基板を用いる
場合には界面制御による水平配向又は垂直配向処理が特
に好ましい。

具体的な界面制御による水平配向処理としては次のよ
うなものがある。

ラビング法基板上に溶液塗工法又は蒸着あるいはスパッリング等
により、例えば、一酸化素、二酸化素、酸化アルミ
ニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウ
ム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化
物、ホウ素窒化物などの無機絶縁物質やポリビニルアル
コール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル
イミド、ポリパラキシレリン、ポリエステル、ポリカー
ボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポ
リアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹
脂、ユリヤ樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物質を用
いて被膜形成した配向制御膜を設けることができる。

この配向制御膜は、前述の如き無機絶縁物質又は有機
絶縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード、布
や紙で一方向に摺擦（ラビング）する。

斜方蒸着法 SiO等の酸化物あるいはフッ化物又はAu,Alなどの金属
およびその酸化物を基板の斜めの角度から蒸着する。

斜方エッチング法で示した有機あるいは無気絶縁膜を斜方からイオン
ビームや酸素プラズマを照射することによりエッチング
する。

延伸高分子膜の使用ポリエステルあるいはポリビニルアルコール等の高分
子膜を延伸して得られる膜も良好な配向性を示す。

グレーティング法フォトリソグラフィーやスタンパーやインジェンクシ
ョンを使用して基板表面上に溝を形成することによって
もＮ液晶はその溝方向に配向する。

また、具体的な界面処理による垂直配向処理としては
次のようなものがある。

垂直配向膜を形成する。

基板表面上に有機シランやレシチンやPTFE等の垂直配
向性の層を形成する。

斜方蒸着斜方蒸着法で基板を回転させながら蒸着角度を適当に
選択することにより垂直配向性を与えることができる。
また、斜方蒸着後、で示した垂直配向剤を塗布しても
よい。

以上の配向処理において、各配向手段は、単独で用い
ても、２以上の手段を組み合わせて用いてもよい。

機能性付与のための高分子液晶以外の高分子材料とし
ては、例えばポリフッ化ビニリデン、Ｐ（VDF−TrFE）
共重合体等を用いることができる。

高分子材料を用いて機能性を付与する場合、第３図に
示されるように、上下に電極5a,5bを設けることがで
き、この電極5a,5bはパターン化することもできる。ま
た、高分子材料を用いた光導波路の間に電極5a,5bを設
けたり、断熱層や光吸収層を設けることもできる。

請求項第５項の発明の場合にも、第４図に示されるよ
うに多層化が可能である。第４図に示される電極5a,5b
はマトリックス電極で、上方の電極5aの下に低屈折率干
渉層６が設けられており、その下にコア層２が設けられ
ている。この上方のコア層２′は、低屈折率干渉層６よ
り十分高い屈折率を有し、第１クラッド層３″より低い
屈折率で第２クラッド層４′の厚みにより、共鳴反射条
件をとり、コア層２′内へ光をとじ込める。下方のコア
層２の上下に位置する第１クラッド層３′,3は、コア層
２の屈折率より高く、第２クラッド層４′,4により共鳴
反射条件をとり、下方のコア層２内へ光を閉じ込める。
さらに下方に電極5bがあり、上方の電極5aと間で電圧を
印加することにより、光導波路における導波を制御でき
るものとなっている。尚、13は平坦化層である。

［実施例］実施例１ガラスの基板１上に厚さ3000ÅのAlを蒸着して電極6b
とし、フッ化リチウムを更に２μｍ蒸着した。更にAl₂O
₃を1000Å蒸着したものへ、ポリメチルメタクリレート
樹脂へ４−アミノ−４′−ニトロビフェニルを５重量％
溶解したもののベンゼン溶液スピンコートして４μｍの
厚みとした。この素子へアルミ箔をはり合わせて電極6a
とし、下部の電極5bとの間に300Vの直流電圧を印加しつ
つ、120℃から室温まで冷却して非線形光学効果のため
の配向を行った。

このようにして得られた薄膜導波路素子に、第１図に
示すようにしてレーザー光を入射した。レーザー光源７
としてNd;YAGレーザー（波長1.064μｍ）を用いて、集
光レンズ８によって非線形光学効果を有するコア層２へ
導入した。このとき第２クラッド層４から射出する光は
対称的な形状をしており分光器により分光したところ、
532nmの第２高調波が検出できた。

尚、第１図において、９は変調装置、10は変調信号発
生装置である。

実施例２ガラスの基板１上に厚さ3000ÅのAlを蒸着して電極5b
とし、更にSiO₂ 3μｍを蒸着した。更にAl₂O₃を1000Å
蒸着したものへ、下記式（Ｉ）で示される高分子液晶の
シクロヘキサノン溶液をスピンコートして乾燥後、４μ
ｍの厚みとした。この素子のコア層２へ第３図に示され
るようにして830nmの半導体レーザーを入射したところ
導波して出射端面より出射した。このとき素子の出射端
面以外からのもれ光はほとんどなかった。

次に素子にアルミ箔を密着させて電極5aとし、蒸着し
たAl層の電極5bとの間に150Vの直流電圧を印加しつつ、
120℃まで昇温し、冷却した。この素子に前記と同様に8
30nmの半導体レーザーを入射したところ、大部分がもれ
光として出射端面以外から放射された。

尚、第３図において、８は集光レンズ、11はスイッチ
ング領域、12は電圧印加制御装置である。

実施例３ガラスの基板１上にSiO₂ 3μｍを蒸着し、更にAl₂O₃
を1000Å蒸着した。この基板１に実施例２と同じ高分子
液晶のシクロヘキサン溶液をスピンコートし、乾燥後４
μｍの厚みのコア層２を得た。その上にSiO₂ 1μｍを蒸
着した後、IR吸収層14としてナフタロシアニンを500Å
蒸着した。この素子に、第５図のように、端面からHe−
Neレーザーを集光レンズ（不図示）で集光してコア層２
に入射したところ、コア層２を導波して大部分が出射光
として射出された。次に、この素子を導波路に垂直に10
KGの磁場が印加されるように設置して、磁場印加状態で
830nm,10mWの半導体レーザーを集光レンズ８で集光して
照射した。ふたたび端面よりHe−Neレーザー光を入射し
たところ、大部分が分岐光として第２クラッド層４より
出射された。

尚、第５図において、３は第１クラッド層、６は低屈
折率干渉層、11はスイッチング領域である。

［発明の効果］本発明は、以上説明した通りのものであり、以下の効
果を奏するものである。

（１）本発明の薄膜導波路素子は共振反射型であって、
基板の制約が少なく、光導波路形成が容易であるため
に、低コストで高性能なものが得られる。

（２）特に請求項第１項〜第４項の発明によれば、非線
形光学効果を用いることにより、薄膜導波路素子での高
調波の位相整合が容易となり、かつ温度変化等に対して
十分安定な特性を得ることができる。また、得られる高
調波は、ビーム形状、位相状態が良好であり、更に整形
して用いる場合に極めて有効である。

（３）請求項第２項及び第４項、第５項〜第10項の発明
のように高分子材料を用いると、多層化、集積化が容易
で、光集積回路や三次元導波路素子を小型化・高性能化
できる。また、分波・放射・結合・スイッチング等を行
う能動光導波路素子を容易に得ることができる。特に請
求項第９項又は第10項の発明によれば、この能動機能の
制御が確実となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の説明図、第２図は多層化の一例を示
す断面図、第３図は実施例２の説明図、第４図は多層化
の他の例を示す断面図、第５図は実施例３の説明図であ
る。 1:基板 2,2′：コア層 3,3′,3″：第１クラッド層 4,4′：第２クラッド層

フロントページの続き (72)発明者江口岳夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者光武英明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者宮崎健東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/35 G02B 6/12 ＪＩＣＳＴ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、一対の電極と、非線形光学効果
によって波長変換を行うコア層と、該コア層より高屈折
率な第１クラッド層、及び該第１クラッド層より低屈折
率な第２クラッド層とを有する薄膜導波路素子であり、基板側から、一方の電極、第２クラッド層、第１クラッ
ド層、コア層、他方の電極の順に積層してなる積層構造
を有し、上記コア層に入射し波長変換された高調波を上記第２ク
ラッド層に放射させ導波させることを特徴とする薄膜導
波路素子。
【請求項２】上記積層構造におけるコア層、第１クラッ
ド層、及び第２クラッド層のうちの少なくとも一層が高
分子材料からなる請求項１記載の薄膜導波路素子。
【請求項３】基板上に、非線形光学効果によって波長変
換を行うコア層と、該コア層より高屈折率な第１クラッ
ド層、及び該第１クラッド層より低屈折率な第２クラッ
ド層とを有する薄膜導波路素子であり、基板側から、第２クラッド層、第１クラッド層、コア層
の順に積層してなる積層構造を、新たな第１クラッド層
を介して少なくとも２組以上基板上に設けてなることを
特徴とする薄膜導波路素子。
【請求項４】上記積層構造におけるコア層、第１クラッ
ド層、及び第２クラッド層のうちの少なくとも一層が高
分子材料からなる請求項３記載の薄膜導波路素子。
【請求項５】基板上に、光導波を行うコア層と、該コア
層より高屈折率な第１クラッド層、及び該第１クラッド
層より低屈折率な第２クラッド層とを有する薄膜導波路
素子であり、基板側より、第２クラッド層、第１クラッド層、コア層
の順に積層してなる積層構造を有し、上記積層構造におけるコア層、第１クラッド層、及び第
２クラッド層のうちの少なくとも一層が高分子材料から
なり、電界、磁界、温度変化、または光により該高分子
材料の屈折率及び屈折率異方性を制御することを特徴と
する薄膜導波路素子。
【請求項６】上記第２クラッド層、第１クラッド層、及
びコア層からなる積層構造を基板上において一対の電極
間に挟持して設けた請求項５記載の薄膜導波路素子。
【請求項７】上記第２クラッド層、第１クラッド層、及
びコア層からなる積層構造の該コア層の上に、新たな第
１クラッド層を介して、該積層構造と同様の、第２クラ
ッド層、第１クラッド層、及びコア層が当該順に積層さ
れている請求項５記載の薄膜導波路素子。
【請求項８】上記コア層上に低屈折率干渉層を設けた請
求項５記載の薄膜導波路素子。
【請求項９】上記高分子材料が電気光学効果を有する請
求項５記載の薄膜導波路素子。
【請求項１０】上記高分子材料が高分子液晶である請求
項９記載の薄膜導波路素子。