JP5044464B2 - 光導波路体 - Google Patents

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Description

本発明は、光導波路体に関し、特に、任意の位置で光を取り出すことが可能な光導波路体に関するものである。
現在、表示装置の薄型化が求められており、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Display）、ＦＥＤ（Field Emission Display）などの、いわゆるＦＰＤ（Flat Panel Display）が実用化されている。これらのＦＰＤは、それぞれ発光メカニズムや光バルブなどの方式はそれぞれ異なるが、２次元に配置された各画素において、電気的に光変調を行い、外部に出射する光を制御することで画像等を表示している。これらの表示装置については、各画素に相当する位置に光バルブや発光素子を形成する必要があるため、例えばフォトエッチングプロセスのような高度な素子形成プロセスが採用されている。
これに対して、各画素における製造負荷を低減する表示装置として、光源から照射された光を予め変調し、この変調された光をコア内で全反射条件にしたがって導波させ、所望の位置のコアの屈折率を変化させることで全反射条件を変化させて光を取り出す表示装置が検討されている。これにより、表示装置における各画素に相当する位置では、光取出機能素子を形成すればよく、光量調整などの光変調については、光源に機能分離することが可能であるため、製造負荷低減が期待できる。
例えば特許文献１では、全反射条件を変化させる素子構造として、数十オングストローム程度のＳｉ層とＳｉＮ層とを交互に積層して形成された積層構造のコアと、このコアの表面及び裏面を覆う上部クラッド及び下部クラッドと、これらのクラッドの表面に配置される電極からなる。これらの電極は、上部クラッド表面においては、同一方向に所定のピッチで配置され、下部クラッド表面においては、上部クラッド表面に形成される電極と交差する方向に所定のピッチで配置されている。さらに、平面状のコアは、外部の光源に形成された光強度変調器を介して光源と接続されている。
このように形成された表示装置は、光源に形成された強度変調器を用いて光源から出射された光の変調を行い、この変調された光は、所望の画素の位置までコア内を全反射条件にしたがって導波される。そして、導波された光は、各画素に配置された電極に電圧を印加し、コアの屈折率を変化させることで全反射条件が変化するため、この領域において外部に出射するものである。
しかしながら、特許文献１に記載された表示装置に適用されたコアの屈折率は、印加された電圧に対する屈折率変化量が小さいという課題がある。また、このようなコアの代替材料として、例えば光導波路などで用いられている屈折率可変材料であるリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）を用いても、電圧を印加することで変化する屈折率は数％程度である。
このように、従来例においては、コアを導波した光を取り出すためにコアの屈折率を変化させるが、このコアの屈折率を大きく変化させることは困難であるため、導波した光の一部のみしか外部に取り出せないという問題がある。
特開平１−１８５６９２号公報
本発明の課題は、任意の位置から光を効率よく取り出すことが可能な導波路体を提供することにある。
本発明による光導波路体は、光を導波し、第１の屈折率を有する、帯電可能なコアと、前記第１の屈折率以上の第２の屈折率を有する高屈折率部を含むクラッドと、前記高屈折率部と帯電した前記コアとを接触させる変位手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、任意の位置から光を効率よく取り出すことが可能な導波路体を提供することができる。
まず初めに、図１、図２を参照して、本実施形態の光導波路体において、光が導波する原理及び、光を取り出す原理について説明する。
物質中を導波する光は、図１に示されるように、２つの異なる屈折率ｎ１，ｎ２をもつ物質の界面において、ｎ１層からｎ２層に入射角θで光が入射すると、ｎ１＞ｎ２条件下では、下記の式（１）及び式（２）に示される条件を満たす場合において、全反射する。
ｓｉｎθｍ＝ｎ２／ｎ１・・・（１）
θ＞θｍ・・・（２）
なお、θｍは一般に臨界角と呼ばれ、全反射を起こすために必要な入射角の最小値である。すなわち、ｎ１＞ｎ２条件下において、入射角が臨界角より大きい場合は、界面において全反射する。従って、光が導波する領域を、この光の導波領域より屈折率の小さな領域で覆い、これらの界面における入射角が臨界角より大きくなるように光を入射することで、光は導波路体内部を、全反射を繰り返しながら導波する。
一方、図２に示すように、２つの異なる屈折率ｎ１，ｎ２をもつ物質の界面において、ｎ１層からｎ２層に入射角θ１で光が入射すると、ｎ１≦ｎ２条件下では、下記の式（３）に示される条件を満たしながら、屈折してｎ２層を導波する。
ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ２／ｎ１・・・（３）
なお、θ２は一般に屈折角と呼ばれ、ｎ１層から入射された光は、この角度θ２で屈折してｎ２層を導波する。すなわち、ｎ１≦ｎ２条件下では、全反射が起きることはなく、常に式（３）を満たしながらｎ１層からｎ２層に光が導波する。従って、光が導波する領域が、この導波領域より屈折率の大きな領域に接した場合、この界面において光は全反射せずに、透過することになる。
以上の原理を踏まえて、以下に、本発明の実施形態を図３乃至図１８を参照して説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る光導波路体について、図３乃至図６を参照して説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。
本実施形態では、本発明の特徴を示すために、光通信分野にて広く用いられる線状構造体、すなわちファイバ構造を用いている。このため、クラッドの外形は筒状となっている。
図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、第１の実施形態の光導波路体は、光を導波し、第１の屈折率を有するコア１１と、第１の屈折率以上の第２の屈折率を有する高屈折率部を含むクラッド１２と、この高屈折率部とコア１１とを接触させる変位手段とを有する。このうち変位手段については後述する。なお、上述の導波とは、コア１１の中を光が長手方向に伝わることをいい、以下の記載についても同様である。
円筒形状のクラッド１２内部には、クラッド１２以下の屈折率を有し、クラッド１２の内径よりも断面の直径（コア径）が小さい円柱形状のコア１１が挿入されている。また、クラッド１２の内壁の一部には、コア１１より屈折率が小さい第３の屈折率を有する低屈折率部１３が形成されている。さらにコア１１は、変位手段によってクラッド１２内部を径方向に自由に変位可能であるように構成されている。
次に、この第１の実施形態に係る光導波路体による光の取り出し方法について説明する。
まず、レーザ光源から出射したレーザ光１４は、この光導波路体の端部からコア１１に入射される。このときコア１１は、このコア１１の有する屈折率よりも小さい低屈折率部１３及び空気１５で覆われるように配置されている。光導波路体の端部から入射されたレーザ光１４は、コア１１内を、全反射を繰り返しながら導波する。なお、本実施例では、本発明の特徴である光源を画素から分離できる特徴を活かして、光源としてレーザ光源を用いているが、これに限ったものではなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを光源に用いても良い。
ここで、光を取り出す位置において、クラッド１２の外部に設けられた変位手段により、コア１１の一部がクラッド１２に接するようにコア１１を変位させる。このとき、コア１１は、クラッド１２以下の屈折率で形成されているため、コア１１とクラッド１２とが接した領域において、光は全反射せずに透過することになる。
このとき、コア１１の有する第１の屈折率とクラッド１２の有する第２の屈折率との差（屈折率差）が大きくなるように材料等を選定して形成することで、コア１１とクラッド１２とが接した領域において、光を効率よく光導波路体の外部に取り出すことが可能となる。例えば、コア１１の材料として屈折率が１．５程度のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クラッド１２材料として屈折率が１．９程度のＰｂを含有する鉛ガラスを用いた場合、コア１１とクラッド１２の屈折率差は０．４とすることができる。
なお、本実施形態の光導波路体において、コア１１の屈折率はクラッド１２の屈折率以下であるため、光導波路体の端部においては、コア１１がクラッド１２に接触した場合、この接触した領域から光が外部に漏れてしまい、光源から出射したレーザ光１４を効率よくコア１１内に導波させることができなくなる。従って、光導波路体の端部においては、コア１１がクラッド１２に接触することを防止する必要がある。そこで、本実施形態の光導波路体の端部は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、コア径が拡大され、さらにこのコア１１は低屈折率部１３に覆われるように形成されている。ここで低屈折率部１３については、例えば屈折率が１．３程度の４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）からなるフッ素樹脂材料をコーティングすることにより形成できる。これにより、コア１１の屈折率１．５に対して低屈折率部１３の屈折率１．３と低く保つことができるため、光導波路体端部においてコア１１に入射された光１４が光導波路体の外部に漏れることを防止し、光源からコア１１への効率の良い光の入射が実現できる。また、空気１５は屈折率が１であるため、コア１１、クラッド１２、低屈折率部１３の各屈折率よりも低い値となる。したがって、コア１１と空気１５の界面では、全反射条件を満たして光導波が可能となっている。なお、本実施例では、空気１５を用いているが、これに限られるものではなく、コア１１よりも屈折率が低く、かつ、コア１１が変位可能な流動性体である気体や液体を用いても良い。
以上の述べたように、第１の実施形態に係る光導波路体は、空気１５、もしくは低屈折率部１３に覆われたコア１１の一部を変位手段によって、クラッド１２の高屈折率部に接触させる。このとき、クラッド１２の高屈折率部の屈折率が、コア１１の屈折率より約１．３倍と十分に大きくなるように形成することで、この接触された高屈折率部の領域において、効率よく光を外部に取り出すことが可能となる。また、コア１１のクラッド１２の高屈折率部への接触位置を図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように経時的に移動させることで、光の取り出し位置を連続的に移動させることも可能である。
次に、変位手段について、図６（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。
図６は、変位手段を設けた上述の光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。
図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、変位手段は例えば電極１６を用いることができる。すなわち、この光導波路体には、クラッド１２の外部に、光導波路体の長手方向に向かって、一定の間隔でインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる複数の電極１６（１６１、１６２）が形成されている。また、このとき、ラビング処理により、例えばプラスに帯電したコア１１がクラッド１２の内部に挿入されている。
このように形成された光導波路体の電極１６に、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように電圧を印加する。このように電圧を印加することで、クラッド１２の内部には電界が発生する。一方、コア１１はプラスに帯電しているため、負の電圧が印加された電極１６１下のコア１１は、この電極１６１に引き寄せられてクラッド１２に接し、正の電圧が印加された電極１６２下のコア１１は、低屈折率部１３に押し当てられる。
以上のように、コア１２を帯電させ、一方でクラッド１２の外部に複数の電極１６を設け、これらの電極１６に所望の電圧を印加することで、コア１１の一部がクラッド１２に接するようにコア１１を変位させることが可能となる。このとき、クラッド１２の屈折率は、コア１１の屈折率の約１．３倍と十分大きくなるように形成されているため、このコア１１がクラッド１２に接触した領域において、効率よく光を取り出すことが可能となる。また、電圧印加の極性やタイミングを調節し、図５（ａ）乃至（ｃ）に示すようにコア１１の変位位置を移動させることで、光の取り出し位置を移動させることも可能である。
次に、第１の実施形態に係る光導波路体の製造方法について、説明する。
はじめに、屈折率向上のためゲルマニウムを添加した屈折率が１．７程度の石英ガラスを延伸加工により、図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、外径が１ｍｍ、内径が０．７ｍｍの管状構造のクラッド１２を形成する。クラッド１２の材料であるゲルマニウム添加の石英ガラスは、ガラス転位点以上において加工性に優れているため、ガラス転位点以上の温度下において容易に加工することができる。
次に、溶媒希釈した屈折率が１．３程度の低誘電体であるフッ素系ポリマーをクラッドの内壁に塗布し、クラッド１２の内壁全体を覆う。
次に、このクラッド１２の内壁に塗布されたフッ素系ポリマーに、クラッド１２の外側から局所的にレーザを照射することで、塗布されたフッ素系ポリマーを取り除き、クラッド１２の内壁の一部および、クラッド１２端部においてはクラッド１２の内壁全体に、低屈折率部１３を形成する。
一方、屈折率が１．５程度のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を延伸加工し、断面の直径が０．５ｍｍのコア１１を形成する。このＰＭＭＡについても有機高分子材料であるため、クラッド１２の内径以下の直径になるように形成することは、比較的容易である。
以上のようにしてクラッド１２およびコア１１をそれぞれ形成した後、クラッド１２の内径に、コア１１を挿入することで、図３（ａ）乃至（ｃ）に示す光導波路体を得ることが可能となる。
なお、本実施形態では、ファイバ形状を活用したため、クラッド１２が筒状構造体となっているが、本発明のクラッド形状については、これに限定されるものではない。例えば、異なる２つのクラッドを、スペーサーを介して矜持させ、その間隙に変位可能なコアを配置させる構造を用いても良い。
この例を図７（ａ）乃至（ｃ）に示す。同図(ａ)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(ｂ)は同図(ａ)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(ｃ)は同図(ａ)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。２つのクラッド１２ａ、１２ｂは、例えば樹脂柱（スーパースペーサー）からなるスペーサー３０を介して矜持されており、このように形成された間隙１５に、コア１１が配置されている。この実施形態の変形例に係る動作は、これまで述べたところと同様なので説明を省略する。図７（ａ）乃至（ｃ）に示す実施形態は、クラッド１２の表面が平面であるため、表面にさらなる構造を追加形成がしやすいという効果を有する。
（第２の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る光導波路体について、図８、図９を参照して説明する。なお、本発明の第２の実施形態に係る光導波路体は、光を取り出す方法に特徴を有するものであり、光導波路体の構造、コアの変位手段および製造方法は第１の実施形態と同様であるため、これらの説明は省略する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。
図８（ａ）（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る光導波路体においては、電極１６に印加する電圧の向きを適宜調節することで、コア１１をクラッド１２の任意の１箇所に接触させるように変位させることを特徴とするものである。なお、図８においては、電極１６の配置は図６と同様であるため、ここでは省略する。このようにコア１１を変位させても、クラッド１２の有する第２の屈折率は、コア１１の有する第１の屈折率以上であるため、コア１１とクラッド１２とが接した箇所において、光は全反射せずに透過することになる。このとき、コア１１の有する第１の屈折率とクラッド１２の有する第２の屈折率との差（屈折率差）が大きくなるように材料等を選定して形成することで、コア１１とクラッド１２とが接した箇所において、光を効率よく光導波路体の外部に取り出すことが可能となる。なお、コア１１をクラッド１２の１箇所のみに接触させた場合、コア１１内を導波する光の再利用も可能にすることができる。例えば、光を入射するコア１１端部と反対に位置するコア１１端部を、例えば、銀などの反射率が高い材料を配置した場合、コア１１とクラッド１２が接触した箇所で取り出されずに導波した光は、銀などを配置させたコア１１の端部において反射し、再度、コア１１の内部を導波する。このコア１１の端部における反射光についても、クラッド１２とコア１１の接触箇所において、再度光取り出しが可能となるため、コア１１がクラッド１２に接触した箇所から出射される光の輝度は第１の実施形態における光の取り出し方法で取り出した光の輝度に比べて増加させることが可能となる。また、電圧印加の極性やタイミングを調節し、コア１１の変位箇所を経時的に移動させることで、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すように、光の取り出し位置を連続的に移動させることも可能である。
（第３の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る光導波路体について図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る光導波路体は、第１または第２の実施形態に係る光導波路体と比較して、低屈折率部１３がクラッド１２の少なくとも一部に含まれ、一体化していることを特徴とするものである。言い換えれば、第１または第２の実施形態においては、クラッド１２は全体にわたりコア１１の有する第１の屈折率以上の第２の屈折率を有するものとしているため、クラッド１２の全体が高屈折率部であり、コア１１がクラッド１２と接触した箇所から光を取り出すことが可能であったが、この第３の実施形態は、クラッドから光を取り出したい箇所についてのみ高屈折率部１７とすることにより、クラッドから光を取り出せる高屈折率部１７と、取り出せない部分１３とを区分することが可能となる。
すなわち、第３の実施形態に係る光導波路体のクラッドは、コア１１の有する第１の屈折率以上の第２の屈折率を有する高屈折率部１７と、この第１の屈折率よりも小さい第３の屈折率を有する低屈折率部１３で構成された円筒形状である。そして、このクラッド内部に、クラッドの高屈折率部１７以下の屈折率を有し、クラッドの内径よりも断面の直径（コア径）が小さい円柱形状のコア１１が挿入されている。さらにコア１１は、低屈折率部１３の屈折率より大きな屈折率を有しており、変位手段によってクラッド内部を径方向に自由に変位可能であるように構成されている。
また、本実施形態の光導波路体は、第１の実施形態と同様に、光導波路体の端部においては、コア径が拡大され、さらにこのコア１１は低屈折率部１３に覆われるように形成されている。これにより、光導波路体端部においてコア１１に入射された光が外部に漏れることを防止し、光源からコア１１への効率の良い光の入射が実現できる。
このような構成であっても、コア１１をクラッドの低屈折率部１３に接触させておき、変位手段により、例えば第２の実施形態における光の取り出し方法と同様に、任意の１箇所でコア１１をクラッドの高屈折率部１７に接触させることで、このコア１１がクラッドの高屈折率部１７に接触した箇所において、光を取り出すことが可能である。このとき、クラッドの高屈折率部１７の屈折率が、コア１１の屈折率より十分に大きくなるように形成することで、この接触された箇所において、効率よく光を外部に取り出すことが可能となる。また、コア１１のクラッドの高屈折率部１７への接触位置を図９（ａ）乃至（ｃ）と同様に移動させることで、光の取り出し位置を移動させることも可能である。なお、本実施形態において、第１の実施形態における光の取り出し方法と同様に、局所的にコア１１をクラッドの高屈折率部１７に接触させても、第１の実施形態と同様に、コア１１がクラッドの高屈折率部１７に接触した領域において、効率よく光を取り出すことが可能である。
また、第３の実施形態に係る光導波路体の製造方法においては、第１の実施形態に係る光導波路体の製造方法とほぼ同様であるため、詳細な説明は省略し、ここでは、クラッドの形成方法について説明する。
まず、ゲルマニウムを含有させた石英ガラス材料とホウ素を含有させた石英ガラス材料を界面において融着させる。このとき、ゲルマニウムとホウ素が界面で相互拡散をある程度抑えることが可能な温度域を用いる。また、ゲルマニウムを含有させた部分が図１０（ａ）（ｂ）における高屈折率部１７、ホウ素を含有させた部分が図１０（ａ）（ｂ）における低屈折率部１３に相当する。
次に、このように形成された合わせガラスを所望の形状よりも大きい円柱形状に、ゲルマニウムとホウ素がそれぞれ所望の分布位置になるように加工する。
次に、この円柱形状の合わせガラスの中心部をくり抜くようにして延伸加工を行い、円筒形状を形成する。石英系ガラスについては、ガラス転位点以上においては加工性に優れているため、ガラス転位点以上の温度下で加工することで、容易に所望の形状を形成することが可能である。
このようにして第３の実施形態に係る光導波路体のクラッドを形成する。一方、コア１１は、第１の実施形態と同様に形成し、最後にクラッドの内径に、コア１１を挿入することで、図１０（ａ）（ｂ）に示す光導波路体を得ることが可能となる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る光導波路体について図１１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。
図１１（ａ）（ｂ）に示すように、第４の実施形態に係る光導波路体は、第１及び第２の実施形態のクラッド１２が、積層構造であることを特徴とするものである。すなわち、第１の屈折率を有するコア１１以上の第２の屈折率を有するクラッド（低屈折率クラッド）１８と、この低屈折率クラッド１８の外周全体を、これ以上の屈折率である第４の屈折率を有する部材で覆うように形成された高屈折率クラッド１９とで、クラッド１２が形成されている。すなわち、本実施の形態においては以下の不等式の関係にある。
（第３の屈折率）＜（第１の屈折率）≦（第２の屈折率）≦（第４の屈折率）
なお、ここで第３の屈折率は、図１１における低屈折率部１３の屈折率を示す。
この場合、本実施形態における第２の屈折率を有する低屈折率クラッド１８の部材と、この低屈折率クラッド１８の屈折率以上の屈折率である第４の屈折率を有する高屈折率クラッド１９を一体として考え、この一体化した部材が有する屈折率を第１の実施形態におけるクラッド１２の第２の屈折率に相当すると考えることにより、本実施形態は第１の実施形態の変形例とも考えることができる。すなわち、第１の屈折率を有するコア１１から外部に光を取り出すには、コア１１から外部に向けて、屈折率が次第に大きくなるようにクラッド１２を複数配置することを許容する。
このように、コア１１の屈折率以上の屈折率である低屈折率クラッド１８を、これ以上の屈折率の材料で形成された高屈折率クラッド１９で覆うことで、光の出射角を所望の角度に調節することが可能となる。すなわち、低屈折率クラッド１８と高屈折クラッド１９のそれぞれの屈折率をｎｌ，ｎｈとし、低屈折クラッド１８からの入射角をθｌ、高屈折率クラッド１９への出射角をθｈとすると、
ｎｌｓｉｎθｌ＝ｎｈｓｉｎθｈ
が成り立つ。したがって、ｎｌとｎｈを調整することにより出射角を所望の方向に制御して、取り出すことが可能になる。
なお、光の取り出し方は、第１の実施形態または、第２の実施形態に示した光の取り出し方と同様である。また、第４の実施形態に係る光導波路体の製造方法も、第１の実施形態とほぼ同様である。従って、詳細な説明は省略するが、クラッド１２の形成時に、屈折率の異なる材料が積層されたクラッド材料を用い、これを延伸加工することで、上述のクラッド１２を得ることが可能である。
また、第４の実施形態においては、クラッド１２を積層構造に形成することで、任意の角度で光を取り出すことを可能にしたが、反対に、例えば図８（ａ）（ｂ）に示す第２の実施形態に係る光導波路体のクラッド１２に、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、例えば酸化亜鉛からなる散乱粒子となる微粒子を分散させ、散乱粒子を含有したクラッド２０を形成することで、指向性の少ない均一な光を取り出すことも可能である。ここで、図１２（ａ）は本実施例における光導波路体の長手方向に沿った断面構成例であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構成例である。なお、散乱粒子とは、コア１１からクラッド１２に導かれた光をクラッド１２内でその光路を変更することが可能な粒子をいう。すなわち、例えばクラッド１２内で屈折率差や反射面を利用して光の進行方向を変化させることが出きれば良い。例えば上記酸化亜鉛においては、その屈折率がクラッド１２を形成する材料の鉛ガラスの屈折率である１．９とは異なるため、酸化亜鉛粒子との界面において屈折率差による反射により光の進行方向が変化する。ここで酸化亜鉛粒子はその粒子形状ゆえにクラッド１２の長手方向に対して様々な角度に対してその界面が存在するため、光の散乱が可能になる。また、その粒子系は、４００ｎｍ以上でクラッド１２の厚み以下であることが望ましい。この範囲以外になると粒子径が小さい場合には、光に対して屈折効果が減少するためである。また、その含有量については、体積分率で５％以上が望ましい。あまり低濃度であると十分な散乱効果が得られないためである。なお、散乱粒子を含有したクラッド２０は、散乱粒子をクラッド１２の全体に分散させても良いが、光を取り出す面について偏在させても良い。
以上に、本発明の実施形態に係る光導波路体について説明したが、本発明の実施形態は、これらに限るものではなく、様々に変形可能である。
例えば、上述の各実施形態に係る光導波路体の端部の構造は、コア１１が低屈折率部１３に覆われた構造であった。しかしコア１１は、これより低い屈折率の材料で覆われていればよいため、例えば図１３の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、コア１１の端部が、クラッド１２の端部から露出するように形成してもよく、光を効率よく取り込むことが可能となる。ここで、図１３（ａ）はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図（ｂ）は図（ａ）の破線Ａ−Ａ’に沿った構造断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の破線Ｂ−Ｂ’に沿った構造断面図である。
また、上述した変位手段は、クラッド１２の外部に複数の電極１６を設け、これに電圧を印加することで、帯電したコア１１を電界によって変位させていた。このように、変位手段は、帯電したコア１１のまわりに電界を発生させることができればよいため、上述の各実施形態に係る光導波路体において、例えば図１４乃至図１７に示すように電極１６を形成してもよい。
図１４は、形成する電極１６の第１の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。
図１４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、形成する電極１６の第１の変形例は、図６（ａ）乃至（ｃ）に示した電極１６（１６１、１６２）に加えて、さらにクラッド１２の対向する位置にも電極１６（１６４、１６５）を形成してもよい。さらには、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、クラッド１２に導電性粒子を含有させ、導電性粒子を含有したクラッド２１を形成してもよい。このように、クラッド１２に導電性粒子を含有させることで、このクラッド２１での電圧降下を防止することができるため、効率よく電圧を印加することが可能である。なお、この場合、コア変位時にコア１１が導電性粒子を含有したクラッド２１に直接接触してしまうと、このクラッド２１とコア１１間で電荷の移動が発生してしまう。これを防ぐため、コア１１が導電性粒子を含有したクラッド２１に接触する部分には、絶縁層２２を設ける必要がある。
ここで、導電性粒子とは、クラッド１２内に異方性導電性を付与するために導入するものである。したがって、導電性粒子がクラッド１２内に断面方向に連続的な接合を形成すれば良い。ここで導電性微粒子としては、酸化物半導体である酸化亜鉛や導電体である銀粒子などを用いることができる。また、その粒子系は、クラッド１２の厚み以下であることが必要である。クラッド１２の厚みより小さい粒子径が小さい場合には、クラッド１２形成の引き伸ばす際に、粒子がクラッド１２の長手方向には展開され、断面方向には凝集することになる。このため、長手方向には導電性が低く、断面方向には導電性の高い異方性を実現できることになる。また、絶縁層２２については、コア１１と導電性粒子を含有したクラッド２１の接触の際に電荷移動を妨げる効果が必要であるため、１０１１Ω程度以上の高抵抗であることが望ましい。
なお、微粒子に酸化亜鉛を用いた場合には、前記の散乱粒子と導電性粒子の両方の機能を兼ね備えることも可能である。
また、図１６は、形成する電極１６の第２の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。
図１６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、形成する電極１６の第２の変形例は、図１４（ａ）乃至（ｃ）に示す電極１６（１６１、１６２、１６４、１６５）の配置に加えて、さらにクラッド１２の誘電性を利用し、クラッド１２の内壁において、コア変位時にコア１１がクラッド１２に接触する位置と対向する位置に電極１６３を形成してもよい。この場合、クラッド１２での電圧降下は起こらないため、効率よく電圧を印加することが可能である。また、コア１１は、光の取り出し位置以外の位置においては、形成される電極１６３に接触するため、クラッド１２に接することはない。
また、図１７は、形成する電極１６の第３の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。
図１７（ａ）（ｂ）に示すように、形成する電極１６の第３の変形例は、クラッド１２に貫通穴２３を形成し、この貫通穴２３を介してクラッド１２の外部とクラッド１２の内部に電極１６を一体形成してもよい。この場合であっても、クラッド１２での電圧降下は起こらないため、電圧分配されることなく電圧を印加することが可能である。なお、この場合、コア変位時にコア１１が電極１６に直接接触してしまうため、コア１１は絶縁層２２で覆う必要がある。
以上に、電界による変位手段を述べたが、マイナスに帯電したコア１１を電極１６が設けられたクラッド１２に挿入し、電極１６に電圧を印加することでコア１１を変位させることも可能である。また、Ｎ極またはＳ極のどちらか一方に帯磁させたコア１１をクラッド１２に挿入し、このクラッド１２の外部には磁極を上述の電極と同様に配置することでコア１１を変位させることも可能である。
また、上述の実施形態においては、光の取り出し位置の移動は、印加する電極１６の方向およびタイミングを調節することで行った。しかし、図１８（ａ）乃至（ｃ）に示すように、光導波路体の端部のみに電極１６を設け、この端部においてコア１１を変位させてクラッド１２に接触させた後（図１８（ａ））、コア１１をクラッド１２から離すことで、このコア１１のクラッド１２への接触位置を伝搬させてもよい（図１８（ｂ）および（ｃ））。この場合であっても、コア１１のクラッド１２への接触箇所が移動するため、光の取り出し位置を移動させることが可能となる。また、このコア１１のクラッド１２への接触箇所が移動する速さは、電圧の印加方向の速さと印加する電圧の大きさによって制御可能である。
他にも、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形可能である。
全反射条件を満たす場合の説明図である。 全反射条件を満たさない場合の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。 本発明の光導波路体の端部を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 第１の実施形態に係る光導波路体による光の取り出し位置の移動原理を説明するための説明図である。 変位手段を設けた第１の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光導波路体の変形例である。 本発明の第２の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 第２の実施形態に係る光導波路体による光の取り出し位置の移動原理を説明するための説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 散乱粒子を含有するクラッドを有する光導波路体の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 本発明の光導波路体の端部の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。 変位手段の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。 導電性粒子を含有するクラッドを有する光導波路体を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 変位手段の第２の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図であり、同図(c)は同図(a)の破線Ｂ−Ｂ´に沿った構造断面図である。 変位手段の第３の変形例を示し、同図(a)はこの光導波路体の長手方向に沿った断面図であり、同図(b)は同図(a)の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。 光の取り出し位置を移動する他の方法を説明する説明図である。
符号の説明
１１・・・コア
１２、１２ａ、１２ｂ・・・クラッド
１３・・・低屈折率部
１４・・・レーザ光
１５・・・空気
１５’・・・間隙
１６・・・変位手段（電極）
１６１、１６４・・・変位手段（負の電圧が印加された電極）
１６２、１６５・・・変位手段（正の電圧が印加された電極）
１６３・・・クラッド内部の電極
１７・・・高屈折率部
１８・・・低屈折率クラッド
１９・・・高屈折率クラッド
２０・・・散乱粒子を含有したクラッド
２１・・・導電性粒子を含有したクラッド
２２・・・絶縁体
２３・・・貫通穴
３０・・・スペーサー

Claims (8)

  1. 光を導波し、第１の屈折率を有する、帯電可能なコアと、
    前記第１の屈折率以上の第２の屈折率を有する高屈折率部を含むクラッドと、
    前記高屈折率部と帯電した前記コアとを接触させる変位手段と、
    を有することを特徴とする光導波路体。
  2. 前記コアと接触した前記高屈折率部から前記コアを導波する光の一部または全部を取り出すことを特徴とする請求項１に記載の光導波路体。
  3. 前記コアと前記クラッドの間に第１の屈折率よりも小さい第３の屈折率を有する低屈折率部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路体。
  4. 前記クラッドは散乱粒子を含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光導波路体。
  5. 前記クラッドは導電性粒子を含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光導波路体。
  6. 前記変位手段は電界印加手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光導波路体。
  7. 前記変位手段は、前記コアと前記クラッドとの接触部を経時的に連続的に変位させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光導波路体。
  8. 前記クラッドは、前記コアを囲むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光導波路体。
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