JP2971812B2 - マッハツェンダー干渉計型電気光学高分子変調器 - Google Patents
マッハツェンダー干渉計型電気光学高分子変調器Info
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Description
(Mach-Zehnder)干渉計型高分子電気光学変調器に関す
るもので、特に光変調器の初期出力状態を高分子の光漂
白特性を利用して調節できるように設計されたマッハツ
ェンダー干渉計型高分子電気光学変調器に関するもので
ある。
電気信号を光信号に転換させる機能をする代表的な光変
調器である。
ンダー干渉計型高分子電気光学変調器の平面図であり、
図1(B)は図1(A)の第1アーム部分に対するX−
X断面図である。
に、上記した従来の高分子電気光学変調器は、導波路1
6の入力端16aをあらかじめ定めた地点で二分岐し
た、第1アーム16bと第2アーム16cを有する。導
波路16は、システムの入力側から延長されている。第
1アーム16bと第2アーム16cは、再び結合され、
出力端16dに接続されている。
の幅を持つ信号電極18aが形成されており、第2アー
ム16cの上側にも所定の幅を持つバイアス電極18b
が形成されている。
高分子の電気光学変調器は、半導体の基板11上に下部
電極層12、下部クラッディング(cladding)層13、
ガイディング(guiding)層14、帯導波路の形成のため
の初期光漂白層(initial bleached layer)15、上部
クラッディング層17および上部電極層18aが次々に
形成された構造を持つ。
表わしたように、第1アーム16bおよび第2アーム1
6cの間の位相差に依存する: I0=E0 2=(1/2)Ein 2[1+cos{(φ1−φ2)0+(δφ1−δφ2)}] ……(1) 上記の式1で、(φ1−φ2)0は第1アーム16bおよび
第2アーム16cを通った導波光の初期位相差、δφ1
は外部電圧印加によって誘導された第1アーム16bの
位相変化、δφ2は外部の電圧印加によって誘導された
第2アーム16cの位相変化を表わす。この時、外部電
圧印加がない場合、δφ1とδφ2は0になる。
力の最大点は、第1アーム16bおよび第2アーム16
cの間の初期位相差が(φ1−φ2)0=2πm(m=定
数)の場合であり、強め合う干渉にて出力が最大にな
り、(φ1−φ2)0=π(1+2m)(m=定数)になる
と相殺する干渉によって出力が最小になる。
切な初期状態が設定されている場合には、正確で簡便な
電−光信号変換が可能である。例えば、アナログ電気信
号の線形的な電−光変換のためには変調器の初期出力状
態が、最大出力と最小出力の中間地点に調節しなければ
ならない。これは、初期位相差が(φ1−φ2)0=(π/
2)(2m+1)(m=定数)を満足するようにする事
を意味する。
程で、このように精密な初期位相差を調節するのは、実
際的には不可能である。したがって、変調器の第1アー
ム16b上側の信号電極18aを信号印加用電極として
使用し、他の第2アーム16cのバイアス(bias)電極
18bを使用して、バイアス電極18bに適切な直流電
場を印加して位相(φ1−φ2)0−δφ2を調節すること
によって、変調器の初期出力状態を調節する。
流電場を印加する場合、直流ドリフト現象によって安定
された素子の出力特性を得ることができなかった。(参
照:G.R. Mohlmann et al, SPIE Vol. 1560 Nonlinear
Optical Properties of Organic Materials IV, pp 426
-433, 1991) 本発明は、上記した従来の技術の問題点を解決するため
のもので、本発明の目的はマッハツェンダー干渉計型高
分子電気光学変調器の初期位相差(φ1−φ2)0を、後期
光漂白法で調節することによって、直流ドリフト現象が
ほとんどなく、変調器の初期出力状態を任意で調節する
ことができ、安定された素子の出力特性が得られ、しか
も、バイアス電極が必要ないマッハツェンダー干渉計型
高分子変調器を提供することにある。
めの本発明のマッハツェンダー干渉計型高分子電気光学
変調器は、マッハツェンダー干渉計型高分子電気光学変
調器において、上記の導波路の入力端と出力端との間で
二つのラインに分岐されて接続している第1アームおよ
び第2アームの上側にそれぞれ形成される第1電極およ
び第2電極がそれぞれ互いに異なる長さを持つように構
成されることを特徴とする。
れ所定の幅を持つ入出力端子用金属マスクを形成するこ
とを特徴とする。
干渉計型高分子電気光学変調器の望ましい実施の形態を
添付図面を参照してより詳しく説明する。
高分子薄膜が、適切な波長の光によって漂白されるた
め、屈折率が低くなる現象である。(参照:J.J Kim et
al, Appl. Phys. Lett. 64(25):3488-3490, 1994)。こ
れは高分子光導波路の製作に使用される一般的な方法の
一つである。後期光漂白(post-photobleaching)は光
導波路の製作を終えた後、導波路の特定の部分に対して
選択的に光漂白を行うことを意味する。
光学変調器の平面図を表わしたもので、後期光漂白法を
利用して初期位相差(φ1−φ2)0を調節するための変調
器の上側電極マスク構造の形成例を図示している。
6は、それぞれ入力端116aと出力端116dの間
で、二つのライン、すなわち第1アーム116bおよび
第2アーム116cに分岐され、再び接続された一体形
の構造を持つ。
第2アーム116cの上側には、上部電極として第1ア
ーム116bおよび第2アーム116cのラインに沿っ
てそれぞれ異なる長さLAとLA’を持つ第1電極119
bと第2電極119cがそれぞれ形成されている構造を
持つ。
極119aは、信号印加用電極としても使用されるし、
また、後期光漂白に対する金属マスクとしても同時に使
用される。
力状態の調節原理は次のようである。
は第1,2アーム116b,116cが後期漂白光に露
出されると、電極マスク(第1電極および第2電極)が
ある部分の導波路116は後期漂白光に露出されない
が、第1,2電極119a,119bがない部分は後期
光漂白によって導波路116の有効屈折率が減少するよ
うになる。
2アーム116b,116cが互いに平行な部分で、干
渉計の第1,第2アームの上の第1,2電極119a,
119bの長さLAとLA′が互いに異なると、第1,2
アーム116b,116cの間の初期位相差(φ1−
φ2)0が後期光漂白によって変わるようになる。この
時、位相差の変化は第1,2アーム116b,116c
の長さの差であるLA−LA′に比例するようになる。
光に露出されることにより変化した導波路の垂直断面構
造を説明するものである。
は、半導体の基板111上に下部電極112、下部クラ
ッディング層113、ガイディング層114、初期光漂
白層115、後期光漂白層117、上部クラッディング
層118および上部電極として第1信号電極119aが
次々に積層された構造を持つ。ここで、後期光漂白の時
間により後期光漂白の深さdpbが変わるようになる。
2電極119bの長さの差LA−LA′が15mmの場
合、図4の後期光漂白の深さdpbによる変調器の出力特
性の変化を有効屈折率法を利用して計算したもので、後
期光漂白の深さdpbによる変調器初期出力状態を表わし
たグラフである。
P2ANS(50:50)であり、下部クラッディング
層113は、P2ANS(35:65)、上部クラッデ
ィング層118は、NOA61である。この時、P2A
NS(x:100−x)はポリ(4−dimethylamino −
4′−nitro stilbene methacrylate(P2ANS)co-
methylmethacrylate(MMA))(x:100−x)の
略字として、主チェーンにDANS色素が結合されてい
るサイドチェーン(side-chain)系統の非線形高分子薄
膜である。NOA61は光学用エポキシである。
は1.6MV/cmにしており、各層の屈折率はn
P2ANS(50:50)=1.7424,nP2ANS(35:65)=1.6
955、そしてnNOA61=1.543である。
にしている。
さdpbによって変調器の初期出力状態が変化することが
わかる。
を図4のB地点に調節するとACあるいは両極(bipola
r)電気信号に対して変調された光信号の変調幅が大き
く、時間による出力特性が安定された変調器を得ること
ができる。
点に調節して単極(unipolar)の電気信号を使用した場
合にも、直流バイアスを使用した場合より直流ドリフト
の影響を減少することのできる変調器の製作が可能であ
る。
の形態の光学変調器は、導波路116の入力端116b
と第1,2アーム116b,116cの上部に、さらに
所定の幅を持つ第1金属マスク122が形成されてい
る。また、出力端116dと第1,2アーム116b,
116cの上側には所定の幅を持つ第2金属マスク12
4が、さらに形成されている構造を持つ。
な差は、図3の場合には、第1アーム116bおよび第
2アーム116c以外の導波路116の入、出力端11
6b,116c部分にも、第1,2金属マスク122,
124を配置し、後期光漂白時に光漂白から入、出力端
116b,116cの導波路116が漂白光に露出され
ないようにしたのである。したがって、図2に図示され
た光変調器の場合は、後期光漂白が導波路116の全面
に照射される時に、入、出力端116a,116dの導
波路116が後期光漂白の影響を受けるが、図3の場合
は入、出力端116a,116dが後期光漂白によって
影響を受けないのである。他の構成は、図2の光学変調
器と同様である。
形態の変調器は、初期出力状態を直流バイアス電場で調
節しなくても、後期光漂白方法で調節するができるた
め、高分子変調器における直流電場による出力特性の不
完全性を除去しうる。
流ドリフト効果を除去することができるので、時間によ
る出力特性を安定化した高分子電気光学変調器の製作が
可能である。
異なる長さにして、変調器の全面あるいは一部に後期光
漂白をすると、両アームの間の初期位相差が両アーム電
極の長さの差により変化することを利用したもので、変
調器の出力状態を観察しながら後期光漂白をすることに
より、変調器の初期出力状態を任意に調節しうる。
スがなくても初期出力状態が任意に調節できるため、時
間による出力特性が安定された変調器に動作することが
できるのである。
計型高分子電気光学変調器の初期位相差(φ1−φ2)
0を、後期光漂白法で調節することによって、直流ドリ
フト現象がほとんどなく、変調器の初期出力状態を任意
で調節することができ、安定された素子の出力特性が得
られ、しかも、バイアス電極が必要ないマッハツェンダ
ー干渉計型高分子変調器を提供することができる。
渉計型電気光学変調器の平面図、(B)は図(A)の第
1アーム部分に対するX−X垂直断面図。
ダー干渉計型電気光学変調器で、両側のアームの上に電
極の長さが互いに異なる構造を表わした平面図。
ダー干渉計型電気光学変調器で、入出力端に電極マスク
を追加形成した構造を表わした平面図。
において後期光漂白層117の深さdpbによる変調器初
期出力状態の変化の一例を表わしたグラフ。
Claims (2)
- 【請求項1】入力端と出力端の間で、第1アームおよび
第2アームに分岐され、再び接続されている導波路を有
するマッハツェンダー干渉計型高分子電気光学変調器に
おいて、 前記第1アームおよび第2アームの上側にはそれぞれ第
1電極および第2電極が形成され、 前記第1および第2電極は、後期光漂白を通して変調器
の初期状態を調節するためにそれぞれ互いに異なる長さ
を持つように構成されていることを特徴とするマッハツ
ェンダー干渉計型高分子電気光学変調器。 - 【請求項2】請求項1において、前記導波路の入力端と
出力端とに、後期光漂白時に前記光導波路を漂白光から
保護するための第1金属マスクおよび第2金属マスクが
それぞれ形成されていることを特徴とするマッハツェン
ダー干渉計型高分子電気光学変調器。
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