JP6825457B2 - Electro-optic element - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、電気光学素子に関するものである。 The present invention relates to an electro-optical element.

近年、高速かつ大容量の光ファイバ通信システムの進歩に伴い、外部変調器に代表されるように、導波路型光学素子を用いた電気光学素子が実用化され、広く用いられるようになってきている。このような電気光学素子として、電気光学効果を有する有機高分子材料(有機電気光学高分子)を用いて形成した高分子導波路層を、金属材料等で形成される信号電極及び下部接地電極により上下方向から挟んだ構造のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, with the progress of high-speed and large-capacity optical fiber communication systems, electro-optical elements using waveguide-type optical elements, as represented by external modulators, have been put into practical use and widely used. There is. As such an electro-optical element, a polymer waveguide layer formed by using an organic polymer material (organic electro-optical polymer) having an electro-optical effect is formed by a signal electrode and a lower ground electrode formed of a metal material or the like. A structure sandwiched from the vertical direction is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−145475号公報JP-A-2009-145475

上述のような電気光学素子は、設置環境が高温である場合や、周囲に配置された機器が駆動発熱を発する場合など、高温環境下で用いる場合がある。そのような場合、高分子導波路層を形成する有機電気光学高分子と、信号電極を形成する金属材料とは熱膨張量が異なるため、導波路層と信号電極との熱膨張量に差が生じることとなる。この熱膨張量の差に起因して、導波路層にはひずみが生じるおそれがある。 The electro-optical element as described above may be used in a high temperature environment, such as when the installation environment is high temperature or when devices arranged around the device generate heat for driving. In such a case, since the amount of thermal expansion differs between the organic electro-optical polymer forming the polymer waveguide layer and the metal material forming the signal electrode, there is a difference in the amount of thermal expansion between the waveguide layer and the signal electrode. It will occur. Due to this difference in the amount of thermal expansion, strain may occur in the waveguide layer.

また、電気光学素子を使用する際、電極では通電による抵抗発熱が生じ得るが、このような熱も上記導波路層のひずみの原因になり得る。さらに、素子作製時や電気光学素子の実装時に、電気光学素子に加わる熱も同様に上記導波路層のひずみに原因になり得る。 Further, when an electro-optical element is used, resistance heat generation due to energization may occur at the electrode, and such heat may also cause distortion of the waveguide layer. Further, the heat applied to the electro-optical element at the time of manufacturing the element or mounting the electro-optical element can also be a cause of the distortion of the waveguide layer.

ここでは、有機電気光学高分子と金属材料との熱膨張量の差を例に挙げたが、金属材料に限らず、有機電気光学高分子と熱膨張量に違いがある材料を電極の形成材料として用いた電気光学素子においては、同様の課題が生じるおそれがある。 Here, the difference in the amount of thermal expansion between the organic electro-optical polymer and the metal material is given as an example, but not limited to the metal material, a material having a difference in the amount of thermal expansion from the organic electro-optical polymer is used as an electrode forming material. In the electro-optical element used as the above, the same problem may occur.

高分子導波路層を有する電気光学素子において、高分子導波路層の歪みは、素子の光伝搬特性の低下、すなわち光損失につながるおそれがある。そのため、改善が求められていた。 In an electro-optical device having a polymer waveguide layer, distortion of the polymer waveguide layer may lead to deterioration of the optical propagation characteristics of the device, that is, light loss. Therefore, improvement was required.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光損失が生じにくい電気光学素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an electro-optical element in which light loss is unlikely to occur.

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、基板と、電気光学効果を有する有機高分子材料を形成材料として含み、光導波路が設けられた導波路層と、前記基板と前記導波路層との間に設けられた接地電極と、前記導波路層上に設けられた帯状の信号電極と、前記信号電極と前記導波路層との間に設けられた応力緩和層と、を備え、前記信号電極は前記光導波路の一部と平面的に重なり、前記応力緩和層は、前記信号電極と前記光導波路とが平面的に重なった領域に少なくとも設けられ、前記応力緩和層の形成材料の熱膨張係数は、前記導波路層の形成材料の熱膨張係数よりも大きい電気光学素子を提供する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes a substrate, a waveguide layer containing an organic polymer material having an electro-optical effect as a forming material and provided with an optical waveguide, and the substrate and the waveguide. A ground electrode provided between the layers, a band-shaped signal electrode provided on the waveguide layer, and a stress relaxation layer provided between the signal electrode and the waveguide layer are provided. The signal electrode is planarly overlapped with a part of the optical waveguide, and the stress relaxation layer is provided at least in a region where the signal electrode and the optical waveguide are planarly overlapped, and is a material for forming the stress relaxation layer. Provided is an electro-optical element having a thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of the material for forming the waveguide layer.

本発明の一態様においては、前記導波路層は、前記光導波路を含むコア層と、前記コア層の形成材料よりも低屈折率の材料を形成材料とするクラッド層と、を有し、前記コア層および前記クラッド層の少なくともいずれか一方は、前記電気光学効果を有する有機高分子材料を形成材料とし、前記応力緩和層の形成材料の熱膨張係数は、前記導波路層を構成する各層の形成材料の熱膨張係数のうちの最大値よりも大きい構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the waveguide layer has a core layer including the optical waveguide and a clad layer made of a material having a refractive index lower than that of the core layer forming material. At least one of the core layer and the clad layer uses the organic polymer material having the electro-optical effect as a forming material, and the coefficient of thermal expansion of the forming material of the stress relaxation layer is the thermal expansion coefficient of each layer constituting the waveguide layer. The configuration may be larger than the maximum value of the coefficient of thermal expansion of the forming material.

本発明の一態様においては、前記応力緩和層は、前記信号電極と平面的に重なる領域に設けられている構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the stress relaxation layer may be provided in a region that is planarly overlapped with the signal electrode.

本発明の一態様においては、前記応力緩和層は、前記導波路層の上面全面に設けられている構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the stress relaxation layer may be provided on the entire upper surface of the waveguide layer.

本発明の一態様においては、前記応力緩和層のガラス転移温度は、前記導波路層の形成材料のガラス転移点よりも低い構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the glass transition temperature of the stress relaxation layer may be lower than the glass transition point of the material for forming the waveguide layer.

本発明によれば、光損失が生じにくい電気光学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electro-optical element in which light loss is unlikely to occur.

本実施形態に係る電気光学素子を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the electro-optical element which concerns on this embodiment. 電気光学素子の積層構造を示す説明図。Explanatory drawing which shows the laminated structure of an electro-optical element. 電気光学素子の変形例を示す図。The figure which shows the deformation example of an electro-optical element. 電気光学素子の変形例を示す図。The figure which shows the deformation example of an electro-optical element. 電気光学素子の変形例を示す図。The figure which shows the deformation example of an electro-optical element.

以下、図1〜図5を参照しながら、本実施形態に係る電気光学素子100Aについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。 Hereinafter, the electro-optical element 100A according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the components are appropriately different in order to make the drawings easier to see.

図1は、本実施形態に係る電気光学素子100Aを示す概略斜視図である。図2は、電気光学素子100Aの積層構造を示す説明図であり、図1の線分II−IIにおける矢視断面図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing an electro-optical element 100A according to the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory view showing a laminated structure of the electro-optical element 100A, and is a cross-sectional view taken along the arrow in line segments II-II of FIG.

図1,2に示すように、本実施形態の電気光学素子100Aは、基板50と、導波路層1と、信号電極5と、下部接地電極(接地電極)9と、応力緩和層10と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electro-optical element 100A of the present embodiment includes a substrate 50, a waveguide layer 1, a signal electrode 5, a lower ground electrode (ground electrode) 9, and a stress relaxation layer 10. It has.

導波路層1は、基板50側に凸形状をなす逆リッジ型の光導波路1Aを備えている。 The waveguide layer 1 includes an inverted ridge type optical waveguide 1A having a convex shape on the substrate 50 side.

また、信号電極5および下部接地電極9において、光導波路1A内を伝搬する伝搬光に電気信号を作用させる領域の構造は、マイクロストリップライン(MSL)となっている。また、信号電極5および下部接地電極9において、電気信号の入力部は、コプレーナ線路(CPW)となっている。すなわち、信号電極5および下部接地電極9は、全体としてCPW−MSL変換回路である。 Further, in the signal electrode 5 and the lower ground electrode 9, the structure of the region in which the electric signal acts on the propagating light propagating in the optical waveguide 1A is a microstrip line (MSL). Further, in the signal electrode 5 and the lower ground electrode 9, the input portion of the electric signal is a coplanar line (CPW). That is, the signal electrode 5 and the lower ground electrode 9 are CPW-MSL conversion circuits as a whole.

電気光学素子100Aは、平面視矩形を呈し、CPW−MSL変換回路を備えた光変調器である。
以下、各構成について詳細に説明する。
The electro-optical element 100A is an optical modulator having a rectangular shape in a plan view and having a CPW-MSL conversion circuit.
Hereinafter, each configuration will be described in detail.

(基板)
基板50は、光導波路を形成するのに十分な平坦性を有しており、かつ機械的に十分な強度を有するものであれば、材質、形状とも特に限定されない。基板50としては、例えば、シリコン基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板等を用いることができる。また、基板50としては、シリコン基板や石英基板が好ましい。
(substrate)
The material and shape of the substrate 50 are not particularly limited as long as they have sufficient flatness to form an optical waveguide and mechanically have sufficient strength. As the substrate 50, for example, a silicon substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Further, as the substrate 50, a silicon substrate or a quartz substrate is preferable.

基板50の厚みは、例えば、0.3〜2mm程度である。 The thickness of the substrate 50 is, for example, about 0.3 to 2 mm.

(導波路層)
基板50の上方には、有機電気光学高分子を形成材料として含む導波路層1が形成されている。導波路層1は、光導波路1Aを有する。
(Wife path layer)
A waveguide layer 1 containing an organic electro-optical polymer as a forming material is formed above the substrate 50. The waveguide layer 1 has an optical waveguide 1A.

導波路層1は、コア層2、下部クラッド層3および上部クラッド層4によって構成されておいる。コア層2は、下部クラッド層3および上部クラッド層4に挟持されている。 The waveguide layer 1 is composed of a core layer 2, a lower clad layer 3 and an upper clad layer 4. The core layer 2 is sandwiched between the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4.

コア層2、下部クラッド層3および上部クラッド層4は、それぞれ、少なくとも1種類以上の有機高分子材料を含有している。有機高分子材料としては、光導波路1Aを伝播する光に対して高い透過率を有するものであれば用いることができる。 The core layer 2, the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4 each contain at least one kind of organic polymer material. As the organic polymer material, any material having a high transmittance for light propagating through the optical waveguide 1A can be used.

また、コア層2の屈折率は、下部クラッド層3および上部クラッド層4の屈折率よりも高いこととする。これにより、コア層2において光導波路1Aを伝播する光が伝播する。 Further, the refractive index of the core layer 2 is higher than the refractive index of the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4. As a result, the light propagating through the optical waveguide 1A propagates in the core layer 2.

上記有機高分子材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂などが挙げられる。 Examples of the organic polymer material include acrylic resins such as polymethylmethacrylate, epoxy resins, polyimide resins, silicone resins, polystyrene resins, polyamide resins, polyester resins, phenolic resins, and polyquinolin resins. , Polyquinoxaline resin, polybenzoxazole resin, polybenzothiazole resin, polybenzoimidazole resin and the like.

上記有機高分子材料には、必要に応じて、有機微粒子や無機微粒子等の他の成分を添加して、下部クラッド層3、コア層2および上部クラッド層4の屈折率や機械特性などを調整することが可能である。 If necessary, other components such as organic fine particles and inorganic fine particles are added to the organic polymer material to adjust the refractive index and mechanical properties of the lower clad layer 3, the core layer 2 and the upper clad layer 4. It is possible to do.

コア層2、下部クラッド層3および上部クラッド層4の少なくとも1つの層は、電気光学効果を有する有機高分子材料を形成材料とする。具体的には、コア層2、下部クラッド層3および上部クラッド層4の少なくとも1つの層は、非線形光学特性を示す有機化合物(以下、「非線形光学有機化合物」と言う。)を含む。これにより、導波路層1に電気光学効果を付与することができる。 At least one layer of the core layer 2, the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4 is made of an organic polymer material having an electro-optical effect as a forming material. Specifically, at least one layer of the core layer 2, the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4 contains an organic compound exhibiting non-linear optical characteristics (hereinafter, referred to as “non-linear optical organic compound”). This makes it possible to impart an electro-optical effect to the waveguide layer 1.

非線形光学有機化合物は、上述の有機高分子材料への添加、または上述の有機高分子材料の側鎖または主鎖への化学結合により、有機高分子材料に導入することができる。 The nonlinear optical organic compound can be introduced into the organic polymer material by addition to the above-mentioned organic polymer material or by chemical bonding to the side chain or main chain of the above-mentioned organic polymer material.

非線形光学有機化合物は、公知のものであれば特に限定されないが、1分子中に、電子供与性を有する原子団(以下、「ドナー」と言う。)と、電子吸引性を有する原子団(以下、「アクセプター」と言う。)との両方を有しており、ドナーとアクセプターの間に、π電子共役系の原子団を配している構造を有した分子が望ましい。このような分子としては、具体的には、Disperse Red類、Disperse Orange類、スチルベン化合物などが挙げられる。 The nonlinear optical organic compound is not particularly limited as long as it is known, but an atomic group having an electron donating property (hereinafter referred to as “donor”) and an atomic group having an electron attracting property (hereinafter referred to as “donor”) in one molecule are not particularly limited. , "Acceptor"), and a molecule having a structure in which an atomic group of a π-electron conjugate system is arranged between a donor and an acceptor is desirable. Specific examples of such molecules include Disperse Reds, Disperse Oranges, stilbene compounds and the like.

コア層2、下部クラッド層3、上部クラッド層4は、上述の有機高分子材料、非線形光学有機化合物を有機溶媒に溶解させた溶液を用い、公知の塗布方法を用いて基板50に塗布することで形成することができる。塗布方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、インプリンティング法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法等の公知の技術を用いることができ、特にスピンコート法等が好ましい。 The core layer 2, the lower clad layer 3, and the upper clad layer 4 are coated on the substrate 50 by a known coating method using a solution prepared by dissolving the above-mentioned organic polymer material and nonlinear optical organic compound in an organic solvent. Can be formed with. As the coating method, known techniques such as a spin coating method, a spray coating method, a dip coating method, an printing method, a screen printing method, and a doctor blade method can be used, and the spin coating method and the like are particularly preferable.

上記有機溶媒は、アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類、芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類等から、溶解性や成膜性などを考慮して自由に選択することができる。これらの有機溶媒は、単独で用いることとしてもよく、2種類以上を混合して用いることとしてもよい。 The organic solvent can be freely selected from alcohols, ketones, esters, ethers, aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons and the like in consideration of solubility and film forming property. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

上記溶液を塗布した後には、得られた塗膜を乾燥させることが好ましい。乾燥は、送風、減圧、加熱、およびこれらの組合せにより行うとよい。 After applying the above solution, it is preferable to dry the obtained coating film. Drying may be performed by blowing air, reducing the pressure, heating, or a combination thereof.

(電気光学効果の発現)
このようにしてコア層2、下部クラッド層3、上部クラッド層4を積層して得られる光導波路1Aは、導波路層1に含まれる非線形光学有機化合物を配向させる処理(ポーリング)を施されることにより、電気光学効果を発現する。
(Expression of electro-optical effect)
The optical waveguide 1A obtained by laminating the core layer 2, the lower clad layer 3, and the upper clad layer 4 in this manner is subjected to a process (polling) for orienting the nonlinear optical organic compound contained in the waveguide layer 1. As a result, the electro-optical effect is exhibited.

具体的には、非線形光学有機化合物を含有する有機高分子材料のガラス転移点Tgを基準とし、導波路層1を当該ガラス転移点付近の温度に加熱する。加熱した状態で、非線形光学有機化合物を含有する層に対して、50V/μm以上、好ましくは80V/μm以上の電界を印加し、電圧印加を維持したまま室温にまで冷却する。これにより、導波路層1は、10〜300pm/Vの範囲の電気光学定数(EO定数)を有するものとなる。 Specifically, the waveguide layer 1 is heated to a temperature near the glass transition point based on the glass transition point Tg of the organic polymer material containing the nonlinear optical organic compound. In the heated state, an electric field of 50 V / μm or more, preferably 80 V / μm or more is applied to the layer containing the nonlinear optical organic compound, and the layer is cooled to room temperature while maintaining the voltage application. As a result, the waveguide layer 1 has an electro-optical constant (EO constant) in the range of 10 to 300 pm / V.

導波路層1において、コア層2の厚みは0.1μm以上10.0μm以下、下部クラッド層3および上部クラッド層4の厚みは0.5μm以上20.0μm以下であると好ましい。これら各層の厚みは、(i)伝搬させる光の波長、(ii)コア層2、下部クラッド層3および上部クラッド層4の屈折率、に応じて適宜制御するとよい。 In the waveguide layer 1, the thickness of the core layer 2 is preferably 0.1 μm or more and 10.0 μm or less, and the thickness of the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4 is preferably 0.5 μm or more and 20.0 μm or less. The thickness of each of these layers may be appropriately controlled according to (i) the wavelength of light to be propagated and (ii) the refractive index of the core layer 2, the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4.

導波路層1は、基板50側に向けて凸形状を有する逆リッジ型の光導波路1Aを有する。リッジ型の光導波路1Aは、まず、下部クラッド層3にドライエッチングなどにより、光導波路1Aのリッジ部となるトレンチ31を形成し、次いで、トレンチ31が形成された下部クラッド層3にコア層2を積層することで形成することができる。 The waveguide layer 1 has an inverted ridge type optical waveguide 1A having a convex shape toward the substrate 50 side. In the ridge type optical waveguide 1A, first, a trench 31 to be a ridge portion of the optical waveguide 1A is formed in the lower clad layer 3 by dry etching or the like, and then a core layer 2 is formed in the lower clad layer 3 in which the trench 31 is formed. Can be formed by laminating.

光導波路1Aの形状は、特に限定されないが、スラブ型、チャネル型、リッジ型、リブ型等が挙げられる。 The shape of the optical waveguide 1A is not particularly limited, and examples thereof include a slab type, a channel type, a ridge type, and a rib type.

本実施形態の電気光学素子100Aにおいて、光導波路1Aは、平面視した視野における素子の長手方向に直線的に形成されている。しかし、本発明の電気光学素子100Aは直線型素子に限らず、Y分岐型素子、方向性結合型素子、マッハツェンダー干渉型素子、ファブリペロー共振器型素子、分極反転型素子等、種々の形態・用途に合わせて用いることができる。 In the electro-optical element 100A of the present embodiment, the optical waveguide 1A is formed linearly in the longitudinal direction of the element in a plan view. However, the electro-optical element 100A of the present invention is not limited to a linear element, and has various forms such as a Y-branch type element, a directional coupling type element, a Mach-Zehnder interference type element, a Fabry-Perot resonator type element, and a polarization reversal type element. -Can be used according to the application.

(電極)
本実施形態の電気光学素子100Aは、信号電極5、下部接地電極(接地電極)9、下部接地電極9と電気的に接続した上部接地電極6〜8とを有する。
(electrode)
The electro-optical element 100A of the present embodiment has a signal electrode 5, a lower ground electrode (ground electrode) 9, and upper ground electrodes 6 to 8 electrically connected to the lower ground electrode 9.

信号電極5は、導波路層1の上に設けられた帯状の電極である。信号電極5は、光導波路1Aの一部と平面的に重なり、光導波路1Aを伝搬する光に電気信号を作用させて光を変調する。また、信号電極5は一部が屈曲し、端部5a,5bが光導波路1Aと交差する方向の同方向に延在している。端部5a、5bは、電気光学素子100Aの周縁部に配置されている。 The signal electrode 5 is a band-shaped electrode provided on the waveguide layer 1. The signal electrode 5 is planarly overlapped with a part of the optical waveguide 1A, and an electric signal is applied to the light propagating in the optical waveguide 1A to modulate the light. Further, the signal electrode 5 is partially bent, and the ends 5a and 5b extend in the same direction as the optical waveguide 1A. The ends 5a and 5b are arranged on the peripheral edge of the electro-optical element 100A.

上部接地電極6〜8は、上部クラッド層4の表面に形成されており、後述の下部接地電極9と電気的に接続している。上部接地電極6,7は、信号電極5の端部5aを挟持するように配置されている。また、上部接地電極7,8は、信号電極5の端部5bを挟持するように配置されている。上部接地電極6〜8の形成材料としては、信号電極5と同様のものを用いることができる。 The upper grounding electrodes 6 to 8 are formed on the surface of the upper clad layer 4 and are electrically connected to the lower grounding electrode 9 described later. The upper ground electrodes 6 and 7 are arranged so as to sandwich the end portion 5a of the signal electrode 5. Further, the upper ground electrodes 7 and 8 are arranged so as to sandwich the end portion 5b of the signal electrode 5. As the material for forming the upper ground electrodes 6 to 8, the same material as the signal electrode 5 can be used.

下部接地電極9は、基板50と導波路層1との間に設けられている。下部接地電極9の形成材料としては、信号電極5と同様のものを用いることができる。 The lower ground electrode 9 is provided between the substrate 50 and the waveguide layer 1. As the material for forming the lower ground electrode 9, the same material as the signal electrode 5 can be used.

下部接地電極9は、端部5a,5bと平面的に重なる位置に多角形状の切欠き9aが形成されている。図では、切欠き9aの形状は五角形であることとして示している。 The lower ground electrode 9 has a polygonal notch 9a formed at a position where the ends 5a and 5b overlap in a plane. In the figure, the shape of the notch 9a is shown as a pentagon.

信号電極5、上部接地電極6〜8、下部接地電極9は、例えば、導電性を有する無機材料を形成材料とする。
信号電極5、上部接地電極6〜8、下部接地電極9は、高周波において良好な導電性を有する材料、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)の群から選択される1種または2種以上を含有しているものを用いることが、実用上好ましい。
The signal electrode 5, the upper ground electrode 6 to 8, and the lower ground electrode 9 are made of, for example, a conductive inorganic material.
The signal electrode 5, the upper ground electrode 6 to 8, and the lower ground electrode 9 are made of a material having good conductivity at high frequencies, for example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), rhodium. It is possible to use one containing one or more selected from the group of (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), and aluminum (Al). , Practically preferable.

信号電極5、下部接地電極9の材料は導電性が良好であればよく、金属に限定されない。素子の使用温度が制限されるが、超伝導材料を用いてもよい。 The material of the signal electrode 5 and the lower ground electrode 9 may be good as long as it has good conductivity, and is not limited to metal. Although the operating temperature of the device is limited, a superconducting material may be used.

光導波路にかかる高周波信号の電界を高めるためには、下部クラッド層3、上部クラッド層4を薄くして信号電極5と下部接地電極9の間隔を小さくすることが有効であるが、光導波路を伝搬する光の損失の増大を伴う。この光損失を低減する方法として、信号電極5下部接地電極9に、小さな光の吸収損失と良好な導電性を兼ね備える導電性材料、いわゆる透明電極材料を用いることもできる。このような導電性材料としては、スズ添加酸化インジウム(Indium Tin Oxide:ITO)、アンチモン添加酸化インジウム(Antimony Tin Oxide:ATO)、酸化スズ(SnO)等からなる透明電極が好ましい。 In order to increase the electric field of the high frequency signal applied to the optical waveguide, it is effective to thin the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4 to reduce the distance between the signal electrode 5 and the lower ground electrode 9, but the optical waveguide is used. With increased loss of propagating light. As a method for reducing this light loss, a conductive material having both a small light absorption loss and good conductivity, that is, a so-called transparent electrode material, can be used for the signal electrode 5 lower ground electrode 9. As such a conductive material, a transparent electrode made of tin-added indium tin oxide (ITO), antimony-added indium oxide (Antimony Tin Oxide: ATO), tin oxide (SnO 2 ), or the like is preferable.

信号電極5、上部接地電極6〜8、下部接地電極9の膜厚は、高周波信号における表皮効果を考慮すると、1μm以上であることが好ましい。 The film thickness of the signal electrode 5, the upper ground electrode 6 to 8, and the lower ground electrode 9 is preferably 1 μm or more in consideration of the skin effect in the high frequency signal.

信号電極5の幅は、良好な電界効率を確保するには、コア層2に形成された光導波路1Aの幅より広ければよく、特に限定されない。素子の良好な高周波応答性を確保するには、コア層、クラッド層の材料の誘電率、厚みを考慮し、高周波線路として適した特性インピーダンスとなるように電極幅と厚みとを設計することが好ましい。図1に示した電気光学素子のように、特性インピーダンスの調整のために、部分的に下部接地電極9を切り欠いた構造としてもよい。 The width of the signal electrode 5 may be wider than the width of the optical waveguide 1A formed in the core layer 2 in order to ensure good electric field efficiency, and is not particularly limited. In order to ensure good high-frequency response of the device, it is necessary to design the electrode width and thickness so that the characteristic impedance is suitable for a high-frequency line, considering the dielectric constant and thickness of the materials of the core layer and clad layer. preferable. Like the electro-optical element shown in FIG. 1, the lower ground electrode 9 may be partially cut out in order to adjust the characteristic impedance.

応力緩和層10は、信号電極5と導波路層1との間に設けられている。本実施形態において、応力緩和層10は、信号電極5と光導波路1Aとが平面的に重なった領域に少なくとも設けられている。 The stress relaxation layer 10 is provided between the signal electrode 5 and the waveguide layer 1. In the present embodiment, the stress relaxation layer 10 is provided at least in a region where the signal electrode 5 and the optical waveguide 1A overlap in a plane.

応力緩和層10の形成材料の熱膨張係数は、導波路層1の形成材料の熱膨張係数よりも大きくなるように設計されている。そのため、電気光学素子100Aを高温環境下で用いる場合であっても、有機電気光学高分子を形成材料とする導波路層1と、金属材料や導電性金属酸化物を形成材料とする信号電極5との熱膨張量の差に起因したひずみを抑制できる。これにより、光導波路1Aの特性低下や、導波路層1の剥離等の不具合を抑制することができる。 The coefficient of thermal expansion of the material for forming the stress relaxation layer 10 is designed to be larger than the coefficient of thermal expansion of the material for forming the waveguide layer 1. Therefore, even when the electro-optical element 100A is used in a high temperature environment, the waveguide layer 1 made of an organic electro-optical polymer and the signal electrode 5 made of a metal material or a conductive metal oxide are used as a forming material. It is possible to suppress the strain caused by the difference in the amount of thermal expansion with. As a result, it is possible to suppress problems such as deterioration of the characteristics of the optical waveguide 1A and peeling of the optical waveguide layer 1.

本実施形態の電気光学素子100Aのように、導波路層1が複数層の積層構造を有する場合、応力緩和層10の形成材料の熱膨張係数は、コア層2の形成材料の熱膨張係数および下部クラッド層3、上部クラッド層4の形成材料の熱膨張係数のうちの最大値よりも大きくなるように設計されている。 When the waveguide layer 1 has a laminated structure of a plurality of layers as in the electro-optical element 100A of the present embodiment, the coefficient of thermal expansion of the material for forming the stress relaxation layer 10 is the coefficient of thermal expansion of the material for forming the core layer 2. It is designed to be larger than the maximum value of the coefficient of thermal expansion of the forming material of the lower clad layer 3 and the upper clad layer 4.

このような応力緩和層10の形成材料としては、コア層2、下部クラッド層3、上部クラッド層4の形成材料として例示した樹脂材料を好適に用いることができる。上記樹脂材料の中から、導波路層1の形成材料の熱膨張係数との関係に基づいて応力緩和層10の形成材料を選択するとよい。 As the material for forming the stress relaxation layer 10, the resin material exemplified as the material for forming the core layer 2, the lower clad layer 3, and the upper clad layer 4 can be preferably used. From the above resin materials, the material for forming the stress relaxation layer 10 may be selected based on the relationship with the coefficient of thermal expansion of the material for forming the waveguide layer 1.

また、応力緩和層10のガラス転移点は、導波路層1の形成材料のガラス転移点よりも低いことが好ましい。 Further, the glass transition point of the stress relaxation layer 10 is preferably lower than the glass transition point of the material for forming the waveguide layer 1.

応力緩和層10は、通常知られた成膜技術を用いて導波路層1の表面に形成することができる。
本実施形態の電気光学素子100Aは、以上のような構成となっている。
The stress relaxation layer 10 can be formed on the surface of the waveguide layer 1 by using a commonly known film forming technique.
The electro-optical element 100A of the present embodiment has the above configuration.

以上のような構成の電気光学素子100Aは、導波路層1と信号電極5との熱膨張率の差に起因した光導波路1Aのひずみが生じにくく、光損失が少ない高性能なものとなる。 The electro-optical element 100A having the above configuration is high-performance with little optical loss because distortion of the optical waveguide 1A due to the difference in thermal expansion coefficient between the waveguide layer 1 and the signal electrode 5 is unlikely to occur.

また、電気光学素子100Aは、信号電極5の直下に応力緩和層10を設ける構造となっている。そのため、信号電極5と導波路層1との界面に生じる応力を緩和しやすい。特に、高周波信号を入力するための信号配線は、図2の視野における信号電極5の幅(図2の視野における導波路層1の面方向での幅)が数μm〜数十μmと細い。加えて、図1に示すように、高周波信号を入力するための信号配線は、部分的に曲線部分を有する形状となる。 Further, the electro-optical element 100A has a structure in which a stress relaxation layer 10 is provided directly under the signal electrode 5. Therefore, it is easy to relieve the stress generated at the interface between the signal electrode 5 and the waveguide layer 1. In particular, in the signal wiring for inputting a high frequency signal, the width of the signal electrode 5 in the field of view of FIG. 2 (the width of the waveguide layer 1 in the plane direction in the field of view of FIG. 2) is as narrow as several μm to several tens of μm. In addition, as shown in FIG. 1, the signal wiring for inputting a high frequency signal has a shape having a partially curved portion.

このような信号配線は、局所的な応力差を発生させやすく、信号配線の周囲に歪みを生じさせやすい。そのため、このような信号配線の直下に形成された光導波路は、信号配線の近傍に生じる歪みの影響を受けやすい。 Such signal wiring tends to generate a local stress difference and tends to cause distortion around the signal wiring. Therefore, the optical waveguide formed directly under such a signal wiring is easily affected by the distortion generated in the vicinity of the signal wiring.

本実施形態の構成は、このような細い信号電極5を有する電気光学素子において、高い効果を発揮する。 The configuration of this embodiment is highly effective in an electro-optical element having such a thin signal electrode 5.

なお、本実施形態においては、一例として、図1,2のように応力緩和層10を導波路層1の上面に形成し、信号電極5と光導波路1Aとが平面的に重なった領域に少なくとも設けられている構成としたが、これに限らない。 In this embodiment, as an example, the stress relaxation layer 10 is formed on the upper surface of the waveguide layer 1 as shown in FIGS. 1 and 2, and at least in the region where the signal electrode 5 and the optical waveguide 1A overlap in a plane. The configuration is provided, but the configuration is not limited to this.

図3〜5は、電気光学素子の変形例を示す図である。図3は、上述の図2に対応する概略断面図である。図4,5は、図1に対応する概略斜視図である。 3 to 5 are diagrams showing a modified example of the electro-optical element. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. 2 described above. 4 and 5 are schematic perspective views corresponding to FIG. 1.

まず、本実施形態においては、応力緩和層10を導波路層1の上面に形成することとしたが、図3に示す電気光学素子100Bのように、導波路層1の上面を一部掘り下げ、形成した凹部の内部に応力緩和層を埋設する構成としても構わない。 First, in the present embodiment, the stress relaxation layer 10 is formed on the upper surface of the waveguide layer 1, but the upper surface of the waveguide layer 1 is partially dug down as in the electro-optical element 100B shown in FIG. A stress relaxation layer may be embedded inside the formed recess.

また、本実施形態においては、信号電極5と光導波路1Aとが平面的に重なった領域に少なくとも設けられている構成としたが、図4に示す電気光学素子100Cのように、信号電極5と平面的に重なる領域には、応力緩和層11が設けられている構成としてもよい。電気光学素子100Cでは、信号電極5の下方には必ず応力緩和層11が設けられている。応力緩和層11としては、上述の応力緩和層10と同様の形成材料を採用することができる。 Further, in the present embodiment, the signal electrode 5 and the optical waveguide 1A are provided at least in a region where they overlap in a plane, but as in the electro-optical element 100C shown in FIG. The stress relaxation layer 11 may be provided in the plane-overlapping regions. In the electro-optical element 100C, a stress relaxation layer 11 is always provided below the signal electrode 5. As the stress relaxation layer 11, the same forming material as the stress relaxation layer 10 described above can be adopted.

このような構成では、信号電極5の形成された位置では常に応力緩和層10が存在しているため、図1,2の電気光学素子100Aと比べて信号電極5の周辺での電気特性が変化しにくい。したがって、電気光学素子100Cは、電気光学素子100Aの効果に加え、信号電極5に信号電流を供給する際のインピーダンスマッチングが容易となり好ましい。 In such a configuration, since the stress relaxation layer 10 is always present at the position where the signal electrode 5 is formed, the electrical characteristics around the signal electrode 5 are changed as compared with the electro-optical element 100A of FIGS. Difficult to do. Therefore, the electro-optical element 100C is preferable because, in addition to the effect of the electro-optical element 100A, impedance matching when supplying a signal current to the signal electrode 5 is facilitated.

また、図5に示す電気光学素子100Dのように、応力緩和層12を導波路層1の上面全面に形成することとしても構わない。応力緩和層12としては、上述の応力緩和層10と同様の形成材料を採用することができる。電気光学素子100Dは、電気光学素子100A,100Cの効果に加え、応力緩和層12を形成しやすいため好ましい。 Further, the stress relaxation layer 12 may be formed on the entire upper surface of the waveguide layer 1 as in the electro-optical element 100D shown in FIG. As the stress relaxation layer 12, the same forming material as the stress relaxation layer 10 described above can be adopted. The electro-optical element 100D is preferable because it easily forms the stress relaxation layer 12 in addition to the effects of the electro-optical elements 100A and 100C.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-mentioned example are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like within a range not deviating from the gist of the present invention.

1…導波路層、1A…光導波路、2…コア層、3…下部クラッド層(クラッド層)、4…上部クラッド層(クラッド層)、5…信号電極、9…下部接地電極(接地電極)、10,11,12…応力緩和層、50…基板、100A〜100D…電気光学素子 1 ... Waveguide layer, 1A ... Optical waveguide, 2 ... Core layer, 3 ... Lower clad layer (clad layer), 4 ... Upper clad layer (clad layer), 5 ... Signal electrode, 9 ... Lower ground electrode (ground electrode) 10, 11, 12 ... Stress relaxation layer, 50 ... Substrate, 100A-100D ... Electro-optical element

Claims (4)

基板と、
電気光学効果を有する有機高分子材料を形成材料として含み、光導波路が設けられた導波路層と、
前記基板と前記導波路層との間に設けられた接地電極と、
前記導波路層上に設けられた帯状の信号電極と、
前記信号電極と前記導波路層との間に設けられた応力緩和層と、を備え、
前記信号電極は前記光導波路の一部と平面的に重なり、
前記応力緩和層は、前記信号電極と前記光導波路とが平面的に重なった領域に少なくとも設けられ、
前記応力緩和層の形成材料の熱膨張係数は、前記導波路層の形成材料の熱膨張係数よりも大きく、
前記導波路層は、前記光導波路を含むコア層と、
前記コア層の形成材料よりも低屈折率の材料を形成材料とするクラッド層と、を有し、
前記クラッド層は、前記コア層よりも前記基板側に配置された下部クラッド層と、
前記コア層よりも前記信号電極側に配置された上部クラッド層と、を有し、
前記コア層および前記クラッド層の少なくともいずれか一方は、前記電気光学効果を有する有機高分子材料を形成材料とし、
前記応力緩和層の形成材料の熱膨張係数は、前記導波路層を構成する各層の形成材料の熱膨張係数のうちの最大値よりも大きい電気光学素子。
With the board
A waveguide layer containing an organic polymer material having an electro-optical effect as a forming material and provided with an optical waveguide,
A ground electrode provided between the substrate and the waveguide layer,
A band-shaped signal electrode provided on the waveguide layer and
A stress relaxation layer provided between the signal electrode and the waveguide layer is provided.
The signal electrode overlaps a part of the optical waveguide in a plane, and
The stress relaxation layer is provided at least in a region where the signal electrode and the optical waveguide overlap in a plane.
Thermal expansion coefficient of the material for forming the stress relieving layer is much larger than the thermal expansion coefficient of the material for forming the waveguide layer,
The waveguide layer includes a core layer including the optical waveguide and
It has a clad layer having a material having a refractive index lower than that of the core layer forming material as a forming material.
The clad layer includes a lower clad layer arranged on the substrate side of the core layer and
It has an upper clad layer arranged on the signal electrode side of the core layer.
At least one of the core layer and the clad layer is made of an organic polymer material having the electro-optical effect as a forming material.
An electro-optical element in which the coefficient of thermal expansion of the material for forming the stress relaxation layer is larger than the maximum value of the coefficient of thermal expansion of the material for forming each layer constituting the waveguide layer .
前記応力緩和層は、前記信号電極と平面的に重なる領域に設けられている請求項1に記載の電気光学素子。 The electro-optical element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is provided in a region that overlaps the signal electrode in a plane. 前記応力緩和層は、前記導波路層の上面全面に設けられている請求項に記載の電気光学素子。 The electro-optical element according to claim 2 , wherein the stress relaxation layer is provided on the entire upper surface of the waveguide layer. 前記応力緩和層のガラス転移点は、前記導波路層の形成材料のガラス転移点よりも低い請求項1からのいずれか1項に記載の電気光学素子。 The electro-optical element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the glass transition point of the stress relaxation layer is lower than the glass transition point of the material for forming the waveguide layer.
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