JP2999199B2 - Optical waveguide element - Google Patents
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- G02F1/065—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-optical organic material in an optical waveguide structure
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は情報を光の形態で伝送する光導波素子に関す
るものである。The present invention relates to an optical waveguide device for transmitting information in the form of light.
［従来の技術］ 従来、情報を光の形で伝送することにより大量の情報
を効率よく取扱うことが出来る為、種々の光導波路が検
討されている。[Prior Art] Conventionally, since a large amount of information can be efficiently handled by transmitting information in the form of light, various optical waveguides have been studied.
光導波路材料としては、ガラス、カルコゲナイクド、
LiNbO3等の無機系のものと、ポリウレタン、エポキシ、
フォトクロミック等の有機系，高分子系のものが研究さ
れている。Optical waveguide materials include glass, chalcogenide,
And those of the inorganic system such as LiNbO 3, polyurethane, epoxy,
Organic and polymer materials such as photochromic have been studied.
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、無機系の材料は光導波路を作成する為
に、熱蒸着，スパッタリング,CVD,エピタキシャル成長
等の方法が必要であり、製法が複雑な為にコストアップ
につながり、また大面積化が難しいという欠点があっ
た。[Problems to be Solved by the Invention] However, inorganic materials require methods such as thermal evaporation, sputtering, CVD, and epitaxial growth in order to form an optical waveguide, and the production method is complicated, leading to an increase in cost. In addition, there is a disadvantage that it is difficult to increase the area.
また、ポリウレタン、エポキシ等の有機系材料は、機
能素子化が不可能であること、フォトリソグラフィー等
により光導波路のパターニングは出来るがパターンの変
更が出来ないという欠点があった。Further, organic materials such as polyurethane and epoxy have the drawback that they cannot be made into functional elements, and that the optical waveguide can be patterned by photolithography or the like, but the pattern cannot be changed.
一方、フォトクロミック材料は光導波路のパターニン
グおよび変更は可能であるが、外部にパターニング用光
源が必要となるために、素子の小型化が図れない点、ま
た外部光によりフォトクロミック材料が徐々に劣化する
点に問題があり、まだ実用化されていない現状である。On the other hand, the photochromic material can pattern and change the optical waveguide, but it requires an external light source for patterning, which makes it impossible to reduce the size of the device, and that the photochromic material gradually deteriorates due to external light. There is a problem, and it has not been put to practical use yet.
本発明は、この様な従来技術の問題に鑑みてなされた
ものであり、光導波路を高分子液晶により構成すること
により、フレキシブルでパターニング及びその変更が可
能であり、必要箇所のみ簡便にスイッチング薄膜を作成
することができ、耐久性が良く、低コスト化が可能な光
導波素子を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in view of such problems of the prior art. By forming an optical waveguide with a polymer liquid crystal, it is flexible and can be patterned and changed, and a switching thin film can be easily formed only at a necessary portion. It is an object of the present invention to provide an optical waveguide element which has good durability and can be manufactured at low cost.
［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は、基板、該基板上に配置した屈折率nf
の導波路層、該導波路層上に配置した屈折率ｎ 及びｎ
⊥（但し、ｎ は分子配向の軸方向に偏光している光波
に対する屈折率であり、ｎ⊥は分子配向の軸方向に直交
する偏光の光波に対する屈折率である）を持った高分子
液晶からなる光導波路、該高分子液晶からなる光導波路
をガラス移転点以上の温度に加熱する加熱手段、並びに
該高分子液晶からなる光導波路がガラス転移点以上の温
度に加熱された状態下で、該高分子液晶からなる光導波
路への電圧印加と電圧無印加とを切換える切換え手段を
有し、該屈折率nf、ｎ 及びｎ⊥の関係をｎ⊥＜nf＜ｎ
に設定してなることを特徴とする光導波素子である。[Means for Solving the Problems] That is, the present invention relates to a substrate, and a refractive index n disposed on the substrate.f
Waveguide layer, refractive index n disposed on the waveguide layer And n
⊥(However, n Is a light wave polarized in the axial direction of the molecular orientation
Index of refraction for n⊥Is orthogonal to the axial direction of the molecular orientation
With a refractive index for light waves of varying polarization)
Optical waveguide made of liquid crystal, optical waveguide made of polymer liquid crystal
Heating means for heating the glass to a temperature above the glass transition point, and
The temperature of the optical waveguide composed of the polymer liquid crystal is higher than the glass transition point.
Optically composed of the liquid crystal polymer
Switching means for switching between voltage application and no voltage application
Has the refractive index nf, N And n⊥The relationship of n⊥<Nf<N
The optical waveguide element is characterized by being set as follows.
本発明の光導波素子は、高分子液晶からなる光導波路
を有するものであるが、該高分子液晶としては、サーモ
トロピック液晶性を示す材料が好適である。この例とし
ては、メタクリル酸ポリマーやシロキサンポリマー等を
主鎖とし、低分子液晶をペンダント状に付加したいわゆ
る側鎖型高分子液晶、また高強度，高弾性，耐熱性繊維
や樹脂の分野で用いられているポリエステル系またはポ
リアミド系等の主鎖型高分子液晶等を用いることができ
る。The optical waveguide element of the present invention has an optical waveguide made of a polymer liquid crystal. As the polymer liquid crystal, a material exhibiting thermotropic liquid crystal properties is preferable. Examples of this are so-called side-chain polymer liquid crystals in which a methacrylic acid polymer or a siloxane polymer is used as a main chain and low-molecular liquid crystals are added in a pendant form, and are used in the fields of high strength, high elasticity, heat resistant fibers and resins. For example, a polyester-based or polyamide-based main chain type polymer liquid crystal or the like can be used.
さらに、高分子液晶中に不斉炭素を導入したSmC＊を
示す相を有し、強誘電性を示す高分子液晶も好ましく用
いることができる。また、高分子液晶に低分子液晶をブ
レンドした系でも良い。Further, a polymer liquid crystal having a phase exhibiting SmC * in which asymmetric carbon is introduced into the polymer liquid crystal and exhibiting ferroelectricity can be preferably used. Further, a system in which a low-molecular liquid crystal is blended with a high-molecular liquid crystal may be used.
以下、高分子液晶の具体例を例示するが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。Hereinafter, specific examples of the polymer liquid crystal will be described, but the present invention is not limited thereto.
上記高分子液晶は正の誘電異方性を示し、屈折率は、
印加電界に対してｎ ＝1.6,n⊥＝1.5である。 The polymer liquid crystal exhibits a positive dielectric anisotropy, and the refractive index is
N for the applied electric field = 1.6, n⊥= 1.5.
［作用］ 本発明の光導波素子は、基板上に高分子液晶からなる
光導波路を有するので、薄膜作製が簡便で、異なる箇所
に異なる配向処理を行なうことが可能で、膜厚制御も容
易で、必要箇所のみに簡便にスイッチング薄膜を作成す
ることが出来、液晶状態の固定が可能な光導波素子とす
ることができる。[Operation] Since the optical waveguide element of the present invention has an optical waveguide made of a polymer liquid crystal on a substrate, it is easy to form a thin film, it is possible to perform different alignment treatments at different locations, and it is easy to control the film thickness. In addition, a switching thin film can be easily formed only in a necessary portion, and an optical waveguide element capable of fixing a liquid crystal state can be obtained.
［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに具
体的に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples shown in the drawings.
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の光導波素子の一実施
例を示す説明図である。第１図（ｃ）は光導波素子の応
用例を示す説明図である。1 (a) and 1 (b) are explanatory views showing an embodiment of the optical waveguide device of the present invention. FIG. 1C is an explanatory view showing an application example of the optical waveguide element.
同第１図（ａ）において、光導波素子１はAlからなる
電極６を蒸着したスチレンとメタクリル酸メチルの共重
合体からなる屈折率1.5の基板５に、電子ビームレジス
トにより屈折率1.55の高分子導波路層８を形成し、その
上に高分子液晶からなる光導波路（以下、高分子液晶層
と記す）４をワイヤーバーコーティングにより形成し、
さらにその上に表面にAlからなる電極３を蒸着した配向
膜７を圧着し、該電極３の上に絶縁層を介して加熱層２
としてチッ化タンタル（TaN）を蒸着してなるものであ
る。In FIG. 1 (a), an optical waveguide element 1 has a high refractive index of 1.55 by an electron beam resist on a substrate 5 having a refractive index of 1.5 made of a copolymer of styrene and methyl methacrylate on which an electrode 6 made of Al is deposited. A molecular waveguide layer 8 is formed, and an optical waveguide (hereinafter, referred to as a polymer liquid crystal layer) 4 made of a polymer liquid crystal is formed thereon by wire bar coating.
Further, an orientation film 7 on which an electrode 3 made of Al is vapor-deposited is pressed thereon, and the heating layer 2 is placed on the electrode 3 via an insulating layer.
Is formed by evaporating tantalum nitride (TaN).
上記のように高分子導波路８と高分子液晶層４を積層
して２層構成にすることにより、大面積導波路の作成が
容易となると同時に両層の間の密着性が良くなり、又両
者の屈折率の選択度が高くなる利点がある。By laminating the polymer waveguide 8 and the polymer liquid crystal layer 4 to form a two-layer structure as described above, it becomes easy to form a large-area waveguide, and at the same time, the adhesion between both layers is improved. There is an advantage that the selectivity of both refractive indexes is increased.
次に、高分子液晶層４における高分子液晶の２種類の
分子配列状態の形成方法を第１図（ａ），（ｂ）により
説明する。Next, a method for forming two kinds of molecular alignment states of the polymer liquid crystal in the polymer liquid crystal layer 4 will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
第１図（ａ）は加熱層２に電流を流して加熱し、両電
極3,6間は開放にして電圧無印加の状態を示している。
加熱層２の加熱により高分子液晶層４の高分子液晶はガ
ラス転移点以上に加熱されるが、電極3,6間には電圧が
印加されていない為、配向膜７により、図示されるよう
に面に平行に配向されている。FIG. 1 (a) shows a state in which a current is applied to the heating layer 2 to heat it, and the electrodes 3 and 6 are open so that no voltage is applied.
Although the polymer liquid crystal of the polymer liquid crystal layer 4 is heated to a temperature equal to or higher than the glass transition point by heating the heating layer 2, since no voltage is applied between the electrodes 3 and 6, as shown in FIG. Are oriented parallel to the plane.
第１図（ｂ）は加熱層２に電流を流して加熱し、両電
極3,6間に電圧を印加した状態を示す。加熱層２の加熱
と電極3,6間の電圧印加により、高分子液晶は図示され
るように面に垂直に配向される。FIG. 1B shows a state in which a current is applied to the heating layer 2 to heat it, and a voltage is applied between the electrodes 3 and 6. By heating the heating layer 2 and applying a voltage between the electrodes 3 and 6, the polymer liquid crystal is oriented perpendicular to the surface as shown.
一般にネマチック液晶は、第２図（ａ）に示すように
分子配向の軸方向に偏光している光波に対してはｎ の
屈折率を示し、これと直交する偏光に対しては第２図
（ｂ）に示すようにｎ⊥（＜ｎ ）を示す。 Generally, a nematic liquid crystal is formed as shown in FIG.
For light waves polarized in the axial direction of the molecular orientation, n of
Fig. 2 shows the refractive index.
As shown in FIG.⊥(<N ).
又、高分子導波路層の屈折率をnfとすると、本実施例
では屈折率をｎ⊥＜nf＜ｎ となるように設定する必要
があり、例えば、ｎ ＝1.6,nf＝1.55,n⊥＝1.5となる
ように材料を選択すればよい。 Also, the refractive index of the polymer waveguide layer is nfThen, this embodiment
Now let the refractive index be n⊥<Nf<N Need to be set to
And, for example, n = 1.6, nf= 1.55, n⊥= 1.5
The material may be selected as follows.
第１図（ａ）においては、高分子導波路層８中のTE,T
Mモードの光に対しては高分子液晶層は屈折率ｎ⊥とな
るので、高分子導波路層８中の導波光は減衰せずに高分
子導波路層８の中をそのまま伝搬する。In FIG. 1 (a), TE and T in the polymer waveguide layer 8 are shown.
Since the polymer liquid crystal layer has a refractive index nｎ for M-mode light, the guided light in the polymer waveguide layer 8 propagates through the polymer waveguide layer 8 without attenuation.
これに対し、第１図（ｂ）においては、液晶分子は面
に対し垂直に配列し、この方向に偏光する光に対して高
分子液晶層４はｎ （＞nf）となるので、TMモードは高
分子液晶層４中に漏れ出し、散乱して徐々に消滅する。
しかしながら、TEモードの光に対しては、印加電圧の有
無に拘らず高分子液晶層４は常にｎ⊥（＜nf）となりTE
モードの光は高分子導波路層８中をそのまま透過する。
即ち、高分子液晶層の状態を換えることにより、TMモー
ドに対する光スイッチングを行なうことができる。 In contrast, in FIG. 1 (b), the liquid crystal molecules
Vertically aligned with respect to
The molecular liquid crystal layer 4 has n (> Nf), So the TM mode is high.
It leaks into the molecular liquid crystal layer 4, scatters, and gradually disappears.
However, there is no applied voltage for TE mode light.
The polymer liquid crystal layer 4 is always n⊥(<Nf) And TE
The mode light passes through the polymer waveguide layer 8 as it is.
That is, by changing the state of the polymer liquid crystal layer, the TM mode is achieved.
Optical switching with respect to the gate.
第１図（ｃ）に光導波回路としての応用例を示す。基
板５の上に高分子導波路層８および高分子液晶層４を図
のようなパターンに形成し、不図示の配向膜７、電極
３、加熱層２を順次第１図（ａ）に示す様に積層してな
るものである。この様に構成された光導波素子において
は、常時は光信号を高分子導波路層８中を100％通過さ
せ、必要時のみ熱および電圧を印加することによって高
分子液晶層４に光信号を漏洩させて、漏洩光を不図示の
センサでモニターしたり、高分子導波路中の透過光量を
制御することが出来る。FIG. 1 (c) shows an application example as an optical waveguide circuit. A polymer waveguide layer 8 and a polymer liquid crystal layer 4 are formed on a substrate 5 in a pattern as shown in the figure, and an alignment film 7, an electrode 3, and a heating layer 2 (not shown) are sequentially shown in FIG. It is formed by laminating in the following manner. In the optical waveguide element configured as described above, the optical signal is always transmitted 100% through the polymer waveguide layer 8 and the optical signal is applied to the polymer liquid crystal layer 4 by applying heat and voltage only when necessary. After leakage, the leakage light can be monitored by a sensor (not shown) or the amount of light transmitted through the polymer waveguide can be controlled.
このような光導波路のスイッチングの原理は、低分子
液晶を例として、例えば「光集積回路」318頁（昭和60
年 オーム社発行）に示されているが、本発明は高分子
液晶からなる光導波路を使用することにより、薄膜作製
が簡便で、異なる箇所に異なる配向処理を行なうことが
可能で、膜厚制御も容易で、必要箇所のみに簡便にスイ
ッチング薄膜を作成することが出来、液晶状態の固定が
可能な従来の低分子液晶では出来なかった新規な光導波
素子を提供することができる。The principle of switching of such an optical waveguide is described in, for example, “Optical Integrated Circuit”, page 318 (Showa 60)
In the present invention, the use of an optical waveguide made of a polymer liquid crystal makes it possible to easily produce a thin film, perform different alignment treatments at different locations, and control the film thickness. In addition, it is possible to easily provide a switching thin film only at a necessary portion, and to provide a novel optical waveguide element which cannot be formed by a conventional low-molecular liquid crystal capable of fixing a liquid crystal state.
第３図（ａ）においては、高分子液晶層４を中間層と
して利用し、高分子導波路層8a,8b間の光スイッチング
を行なう第１図（ａ）の光導波素子の変形例を示す。第
１図（ａ）と同様に、不図示の電極に電圧を印加してス
イッチングを行なうことが出来る。FIG. 3A shows a modification of the optical waveguide element of FIG. 1A in which the polymer liquid crystal layer 4 is used as an intermediate layer to perform optical switching between the polymer waveguide layers 8a and 8b. . Similarly to FIG. 1A, switching can be performed by applying a voltage to an electrode (not shown).
この場合、高分子導波路層8aに入射した光に対して高
分子導波路層8a,8bの屈折率n8a,n8b及び高分子液晶の２
つの状態の屈折率をｎ⊥,n とした時に、ｎ⊥＜n8a＜
ｎ ＜n8bとなるように設定しておけば、高分子液晶の
液晶状態によって光は高分子導波路層8aを直接透過した
り、または高分子導波路層8bへ導いたりすることがで
き、光スイッチングが可能となる。このように、高分子
導波路層8a,8bを主導波路とすることによって、高分子
液晶層４中の光減衰が大きいという短所をカバーするこ
とができる。 In this case, the light incident on the polymer waveguide layer 8a is high.
Refractive index n of molecular waveguide layers 8a and 8b8a, n8bAnd polymer liquid crystal 2
The refractive index of the two states n⊥, n Then, n⊥<N8a<
n <N8bIf set so that
Light directly transmitted through polymer waveguide layer 8a depending on the liquid crystal state
Or guided to the polymer waveguide layer 8b.
In this case, optical switching becomes possible. Thus, the polymer
By using the waveguide layers 8a and 8b as main waveguides,
The disadvantage of large light attenuation in the liquid crystal layer 4 must be covered.
Can be.
例えば、高分子導波路層8aをスチレンとメタクリル酸
メチルの共重合体（ｎ＝1.55）、高分子導波路層8bをポ
リサルホン（ｎ＝1.63）で作成すれば、前述の式（１）
の高分子液晶に対して本実施例の動作を実際に行なわせ
ることが可能である。For example, if the polymer waveguide layer 8a is made of a copolymer of styrene and methyl methacrylate (n = 1.55) and the polymer waveguide layer 8b is made of polysulfone (n = 1.63), the above-mentioned formula (1) is obtained.
The operation of the present embodiment can be actually performed on the high-molecular liquid crystal.
又、高分子液晶層４の作成は、第３図（ｂ）に示すよ
うに、高分子導波路層8a,8bの間隙にスクリーン印刷に
よって高分子液晶層を塗布して形成しても良いし、第３
図（ｃ）に示すように、両高分子導波路層8a,8bにかか
るように高分子液晶を塗布して形成しても良い。The polymer liquid crystal layer 4 may be formed by applying a polymer liquid crystal layer to the gap between the polymer waveguide layers 8a and 8b by screen printing as shown in FIG. 3 (b). , Third
As shown in FIG. 5C, a polymer liquid crystal may be applied so as to cover both polymer waveguide layers 8a and 8b.
次に、本発明においては高分子液晶を利用することに
よって、必要に応じて異なる光導波路パターンを有する
可変パターン導波路を得ることも可能である。Next, in the present invention, by using a polymer liquid crystal, it is possible to obtain a variable pattern waveguide having a different optical waveguide pattern as required.
第４図（ａ），（ｂ）に基づいて、高分子液晶を利用
した光導波路のパターニングについて説明する。第４図
（ａ），（ｂ）の（ア）〜（エ）は、光導波素子を層方
向に主要層構成単位に分離し、その各層を説明するもの
である。始めに、（ア）〜（エ）の各層についてその構
成を概説し、続いて層全体でパターニングする原理につ
いて説明する。Referring to FIGS. 4 (a) and 4 (b), patterning of an optical waveguide using a polymer liquid crystal will be described. FIGS. 4 (a) and 4 (b) (a) to (d) illustrate that the optical waveguide element is divided into main layer constituent units in the layer direction and each layer is explained. First, the configuration of each of the layers (A) to (D) will be outlined, and then the principle of patterning the entire layer will be described.
（ア）2a,2bは加熱層を示し、例えば抵抗発熱層が形成
されていて通電により面状加熱を行なうことが出来る。
この層は光導波路全面であってもよいし、パターニング
に対応する部位のみでもよい。(A) Reference numerals 2a and 2b denote heating layers, for example, in which a resistance heating layer is formed, so that surface heating can be performed by energization.
This layer may be the entire surface of the optical waveguide or only a portion corresponding to the patterning.
（イ）3a,3bは電極層を示し、パターニングに対応する
形状を有する。電極層を支持する電極支持層を設け、高
分子液晶層に接する側には、例えばラビング処理された
ポリイミド膜からなる配向膜を有してもよい。(A) 3a and 3b indicate electrode layers having a shape corresponding to patterning. An electrode support layer for supporting the electrode layer may be provided, and an alignment film made of, for example, a rubbed polyimide film may be provided on the side in contact with the polymer liquid crystal layer.
ここで、（ア），（イ）のいずれかがパターンに対応
していれば必要な高分子液晶の分子状態を得ることがで
き、また（ア），（イ）が一体化されていてもよい。Here, if either (a) or (a) corresponds to the pattern, the required molecular state of the polymer liquid crystal can be obtained, and even if (a) and (a) are integrated, Good.
（ウ）基板５に高分子液晶層４を、例えばスピナーによ
り１μｍの厚さに塗布して形成したものである。高分子
液晶を塗布する基板表面には配向膜を設けてもよい。(C) The polymer liquid crystal layer 4 is formed on the substrate 5 by applying a thickness of 1 μm using, for example, a spinner. An alignment film may be provided on the surface of the substrate on which the polymer liquid crystal is applied.
（エ）6a,6bは（イ）に対向する電極層を示し、パター
ニングに対応する形状であってもよいし、平面全域にわ
たっていてもよい。また、（ウ）と一体であっても良
い。(D) Reference numerals 6a and 6b denote electrode layers facing (A), which may have a shape corresponding to patterning, or may cover the entire plane. Further, it may be integrated with (c).
次に、光導波路のパターニング法について説明する。 Next, a method of patterning an optical waveguide will be described.
第４図（ａ）において、（ア）〜（エ）の４層を密着
積層して、加熱層2aに電流を流して高分子液晶層４が液
晶相状態を示すように加熱する。In FIG. 4 (a), four layers (a) to (d) are closely laminated, and an electric current is applied to the heating layer 2a to heat the polymer liquid crystal layer 4 so as to show a liquid crystal phase state.
次いで、（イ），（エ）の電極3a,6a間に電圧を印加
すると、（ウ）の4a1の部分の液晶分子は基板に垂直方
向に配列し、電圧無印加の4a2の部分の液晶分子は基板
に平行に配列する。この配列方向は配向膜によって、例
えば光の進行方向に制御すれば良い。Next, when a voltage is applied between the electrodes 3a and 6a in (a) and (d), the liquid crystal molecules in the 4a 1 portion in (c) are arranged in the vertical direction on the substrate, and the liquid crystal molecules in the 4a 2 portion without the voltage applied are applied. Liquid crystal molecules are arranged parallel to the substrate. The alignment direction may be controlled by the alignment film, for example, in the light traveling direction.
その後、（ア）の発熱層における加熱と（イ），
（エ）間の電圧印加をとり去ればパターニングが完了す
る。After that, heating in the heating layer (a) and (a),
If the voltage application during (d) is removed, the patterning is completed.
導波光の振動方向を基板に垂直とすれば、導波光は電
圧印加により垂直配向された高分子液晶層内を選択的に
通過する。If the oscillation direction of the guided light is perpendicular to the substrate, the guided light selectively passes through the polymer liquid crystal layer vertically aligned by applying a voltage.
パターンを変更する場合には、例えば、（ア），
（イ）を第１層、（ウ）を第２層，（エ）を第３層とし
て分離可能にして電圧印加する電極のパターン層
（イ），（エ）を第４図（ａ）→第４図（ｂ）と変更し
て、上記と同様の工程を繰返せば良い。又、パターン形
成は電極を透明電極とし全面に電圧を印加して、例えば で与えられるような光吸収剤を含有する高分子液晶に部
分的に、例えば発光波長830nm、発光出力30mWの半導体
レーザーで光照射することにより加熱を行なっても良
い。When changing the pattern, for example, (A),
(A) is a first layer, (c) is a second layer, (d) is a third layer, and the pattern layers (a) and (d) of the electrode to which voltage is applied are shown in FIG. 4 (a) → The same steps as described above may be repeated, changing to FIG. 4 (b). For pattern formation, the electrode is made transparent and a voltage is applied to the entire surface. Heating may be performed by partially irradiating the polymer liquid crystal containing the light absorbing agent as given by the above with a semiconductor laser having an emission wavelength of 830 nm and an emission output of 30 mW, for example.
第５図（ａ），（ｂ）は光導波素子の可変パターン導
波路の変形例を示す説明図である。同図においては、電
極を同一基板上に複数種類設けて随時パターンの変更を
行なうことができる様に構成したものである。例えば、
加熱層２により高分子液晶層４を液晶層温度以上に加熱
し、第５図（ａ），（ｂ）に示すように、電極3c、6c間
或いは電極3d、6c間に電圧を印加することにより高分子
液晶層に所望の導波パターンを形成することができる。FIGS. 5A and 5B are explanatory views showing a modification of the variable pattern waveguide of the optical waveguide element. In the drawing, a plurality of types of electrodes are provided on the same substrate so that the pattern can be changed at any time. For example,
The polymer liquid crystal layer 4 is heated by the heating layer 2 to a temperature higher than the liquid crystal layer temperature, and a voltage is applied between the electrodes 3c and 6c or between the electrodes 3d and 6c as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Thereby, a desired waveguide pattern can be formed on the polymer liquid crystal layer.
加熱層を利用して高分子液晶をガラス転移点より低い
一定温度に制御する事により、光学素子として利用する
際の温度安定性を良くすることも可能である。また、こ
れをスイッチング素子として機能させることも可能であ
る。By controlling the polymer liquid crystal to a constant temperature lower than the glass transition point by using the heating layer, it is possible to improve the temperature stability when used as an optical element. It is also possible to make this function as a switching element.
本発明においては、光導波路は低分子液晶と異なり、
高分子液晶からなるので、膜厚制御が容易で層構成が簡
易となり、高分子液晶層を積層することにより三次元導
波路を容易に製作することが可能となる。In the present invention, the optical waveguide is different from a low-molecular liquid crystal,
Since it is made of a polymer liquid crystal, the film thickness can be easily controlled and the layer structure can be simplified, and a three-dimensional waveguide can be easily manufactured by laminating the polymer liquid crystal layers.
上記実施例においては、高分子導波路と高分子液晶か
らなる光導波路の組合せについて説明したが、勿論これ
に限ることなく無機導波路と高分子液晶からなる光導波
路の組合せに適用することも可能である。In the above embodiment, the combination of the polymer waveguide and the optical waveguide composed of the polymer liquid crystal has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to the combination of the inorganic waveguide and the optical waveguide composed of the polymer liquid crystal. It is.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、光導波路に高
分子液晶を利用することによって、フレキシブルでパタ
ーニング及びその変更が可能で、必要箇所のみに簡便に
スイッチング薄膜を作成することが出来、耐久性が良
く、低コスト化が可能な光導波素子を提供することが出
来る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by using a polymer liquid crystal for an optical waveguide, it is possible to flexibly pattern and change the pattern, and to easily create a switching thin film only at a necessary portion. Thus, it is possible to provide an optical waveguide element having good durability and low cost.
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の光導波素子の一実施例
を示す説明図、第１図（ｃ）はその光導波素子の応用例
を示す説明図、第２図（ａ），（ｂ）はネマチック液晶
の分子配向に対する屈折率の変化を示す説明図、第３図
（ａ）〜（ｃ）は光導波素子の他の実施例を示す説明
図、第４図（ａ），（ｂ）は高分子液晶を利用した光導
波路のパターニングを示す説明図および第５図（ａ），
（ｂ）は光導波素子の可変パターン導波路の変形例を示
す説明図である。 １……光導波素子 2,2a,2b……加熱層 3,3a〜3d,6,6a〜6c……電極 ４……高分子液晶層 ５……基板 ７……配向膜 8,8a,8b……高分子導波路層1 (a) and 1 (b) are explanatory diagrams showing an embodiment of the optical waveguide device of the present invention, FIG. 1 (c) is an explanatory diagram showing an application example of the optical waveguide device, and FIG. 2 (a). FIGS. 3 (a) to 3 (c) are explanatory diagrams showing changes in the refractive index with respect to the molecular orientation of the nematic liquid crystal, FIGS. 3 (a) to 3 (c) are explanatory diagrams showing another embodiment of the optical waveguide element, and FIGS. FIGS. 5 (a) and 5 (b) are explanatory views showing patterning of an optical waveguide using a polymer liquid crystal and FIGS.
(B) is an explanatory view showing a modification of the variable pattern waveguide of the optical waveguide element. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical waveguide element 2,2a, 2b ... Heating layer 3,3a-3d, 6,6a-6c ... Electrode 4 ... Polymer liquid crystal layer 5 ... Substrate 7 ... Alignment film 8,8a, 8b …… Polymer waveguide layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 和夫 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 倉林 豊 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 (56)参考文献 特開 昭58−130320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−119518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−227122（ＪＰ，Ａ) 西原 浩 外２名著「光集積回路」 （昭60−２−25）オーム社 ＰＰ．318 〜320 光集積回路（昭60．２．25）オーム社 Ｐ．318 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuo Yoshinaga 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Yutaka Kurabayashi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-58-130320 (JP, A) JP-A-62-119518 (JP, A) JP-A-62-227122 (JP, A) Hiroshi Nishihara 2nd Optical Integrated Circuit (Showa 60-2-25) Ohm PP. 318-320 Optical integrated circuit (60.2.25) 318 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/01
Claims (8)
路層、該導波路層上に配置した屈折率ｎ 及びｎ⊥（但
し、ｎ は分子配向の軸方向に偏光している光波に対す
る屈折率であり、ｎ⊥は分子配向の軸方向に直交する偏
光の光波に対する屈折率である）を持った高分子液晶か
らなる光導波路、該高分子液晶からなる光導波路をガラ
ス移転点以上の温度に加熱する加熱手段、並びに該高分
子液晶からなる光導波路がガラス転移点以上の温度に加
熱された状態下で、該高分子液晶からなる光導波路への
電圧印加と電圧無印加とを切換える切換え手段を有し、
該屈折率nf、ｎ 及びｎ⊥の関係をｎ⊥＜nf＜ｎ に設
定してなることを特徴とする光導波素子。A substrate and a refractive index n disposed on the substratefWaveguide
Waveguide layer, refractive index n disposed on the waveguide layer And n⊥(However
Then n For light waves polarized in the axial direction of the molecular orientation
Index of refraction, n⊥Is the polarization orthogonal to the axial direction of the molecular orientation.
Polymer liquid crystal with a refractive index for light waves)
Optical waveguide made of polymer liquid crystal
Heating means for heating to a temperature above the transfer point,
When the optical waveguide composed of the liquid crystal is heated to a temperature
Under the heated condition, the optical waveguide composed of the polymer liquid crystal is
Having switching means for switching between voltage application and no voltage application,
The refractive index nf, N And n⊥The relationship of n⊥<Nf<N Set in
An optical waveguide element, comprising:
せて、高分子液晶を配向させる配向膜を設けたことを特
徴とする請求項１記載の光導波素子。2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein an alignment film for aligning the polymer liquid crystal is provided adjacent to the optical waveguide made of the polymer liquid crystal.
抗発熱層を有することを特徴とする請求項１記載の光導
波素子。3. The optical waveguide device according to claim 1, wherein said heating means has a resistance heating layer which generates heat when energized.
分子導波路層であることを特徴とする請求項１記載の光
導波素子。4. A waveguide layer of the refractive index n f, the optical waveguide device according to claim 1, characterized in that the polymer waveguide layer having a refractive index n f.
機導波路層であることを特徴とする請求項１記載の光導
波素子。Waveguide layer wherein said refractive index n f, the optical waveguide device according to claim 1, wherein the inorganic waveguide layer having a refractive index n f.
ることを特徴とする請求項１記載の光導波素子。6. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the polymer liquid crystal is a side-chain polymer liquid crystal.
ることを特徴とする請求項１記載の光導波素子。7. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the polymer liquid crystal is a main chain polymer liquid crystal.
あることを特徴とする請求項１記載の光導波素子。8. The optical waveguide device according to claim 1, wherein said polymer liquid crystal is a ferroelectric polymer liquid crystal.
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|---|
| 光集積回路（昭６０．２．２５）オーム社 Ｐ．３１８ |
| 西原 浩 外２名著「光集積回路」（昭６０−２−２５）オーム社 ＰＰ．３１８〜３２０ |
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