JPH03118511A - 光学的損失の少ない導波電気光学的光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学的損失の少ない導波電気化学的光変調器
に関する。

（従来の技術） 無機のバルク結晶を用いる電気光学的光変調器は周知の
ものであって、広く使用されている。導波電気化学的光
変調器は比較的最近開発されたもので、Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　２１．　Ｎｏ−７
，３２５（１９７２）；　２２．Ｎｏ、１０．５４０（
１９７３）等の文献及び米国特許第３，５８６，８７２
号；同第３，６１９，７９５号；同第３，６２４゜４０
６号；同第３，８０６，２２３号；同第３，８１０，６
８８号；同第３，８７４，７８２号；同第３　、９２３
　、３７４号：同第３，９４７．０８７号：同第３，９
９０，７７５号並びにそれらの引例に記載されている。

バルク結晶と対比したときの光学的導波構成体の主な利
点の一つは、光学的導波構成体では、はるかに低い電位
が使用できること並びにはるかに低い容量値及び急速な
変調速度も実現できることである。これらの操作上の両
特性は、斯かる電気光学的変調器の高速操作の達成に必
要である。

薄膜の導波電気化学的変調器は、例えば位相遅延マッハ
−ツェンダー干渉計法、方向性結合又は光学的偏光回転
等、幾つかの変調機構の一つを用いて動作可能である。

導波設計の例は、方向性結合器構成又はクロスバ−構成
をもつような線形の導波チャンネルである。

導波マッハ−ツェンダー干渉計型変調器は周知の光学的
装置であり、ベツカ−（Ｒ，Ａ、Ｂｅｃｋｅｒ）の“１
１１ｕｌｔ、ｉｇｉｇａｈｅｒＬｚ−Ｌｕｍｐｅｄ−Ｅ
ｌｅｍｅｎｔ　　Ｅｌｅｃｔ、ｒｏｏｐｔｉｃＭｏｄｕ
ｌａＬｏｒｊＥＥＥ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｑ
ｕａｔｕｍ　　ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ、ＱＥ−
２１、Ｎｏ、８．Ａｕｇ、１９８５．ＰＰ、１１４４−
１１４６；及びアルファ、−ネス（Ｒ，Ｃ，Ａｌｆｅｒ
ｎｅｓｓ）の’Ｇｕｉｄｅｄ−ＷａｖｅＤｅｖｉｃｅｓ
　ｆｏｒ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎ”、ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｑｕａｎ
ｔｕｍ　　ＥＩｅｃｔ、ｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ、ｚｚｚ
ｚｑｅ−１７，Ｎｏ。

６．Ｊｕｎｅ　１９８１．ρρ、９４６−９５９に記載
されている。

この干渉計型変調器は、単一の入力導波路、入力光パワ
ーを二つの実質的に等しい分岐導波路に分割するための
入力分岐域、二つの分岐導波路内の伝播パワーを再結合
するための出力分岐域及び出力導波路からなる。−分岐
導波路内の位相を他方のそれに対して移動させることに
より、結合された出力光パワーは、相位シフトの大きさ
に応じてゼロと入力パワー水準との中間になる。このよ
うな相位シフトは、分岐導波路の一方若しくは双方に近
接した光学的導波路の基材上に電極を配置することによ
り行われる。電圧を加えると、その電気光学的効果が最
も近い分岐導波路の屈折率を変化させて光学路長を変え
、それにより分岐路内に位相シフトを実現する。分岐路
間に光学的結合があると性能を低下させるので、それを
防ぐため分岐導波路を十分に離しておくと、電圧変化は
位相変化に直線的に変換され、従って出力光パワー水準
の振幅変化に直線的に変換される。アナログ又はデジタ
ルの情報信号で電極電圧を変調すると、出力光パワーも
同様に変調され、伝送用の導波ファイバー上で結合され
る。

光学的導波路の設計及び製作に重要な因子は、その他に
も幾つかある。集積された光スィッチ及び変調器の偏光
的性質は、ファイバ伝送ラインを用いる光学データ伝送
システムでこれらの装置の効用を定める際に極めて重要
である。特に、これらの装置は、その偏光状態に係わり
なく、光スイツチ動作を効果的かつ完全に行うものでな
ければならない。この要求は、直線偏光が単一モードの
円形ファイバに結合されると、他の偏光状態に急速転化
することから生じたのである。従って、ファイバからの
結合された光は、普通、未知の楕円偏光を有し、電界横
断（ＴＥ）モード及び磁界横断（Ｔ１・Ｉ）モードは、
共に集積光学回路内で励起されるであろう。チャンネル
間の漏光を受は入れ可能な低水準にするには、どの光学
的変調器も各偏光成分上に同じような作用を与えるもの
でなければならない。

偏光に独立な光学的スイッチ及び変調器は、米国特許節
４．２４３，２９５号；同第４，２９ｉ　、９３９号；
同第４．５１４，０４６号；同第４，６７４，８２９号
；同第４，７５６．５８８号及びこれらの引例に記載さ
れている。既知の偏光に独立な導波装置は、すべて無機
の導波チャンネル例えば結晶性ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａ
Ｏ３、ＧａＡｓ又はＣｄＳｅで構成されている。

光学的導波デバイスの設計及び製作に重要な別の因子は
、光学的損失である。ファイバ伝送ラインを用いる光学
的データ伝送システムでは、集積された光スィッチ及び
変調器の光学的損失性質が低いことは、光学的信号強度
を保ち、それによりシステムの効用を高めるために重要
な要求特性である。これらのデバイスがファイバ伝送の
光学的信号を最小の光学的信号損失で受は取ること及び
散乱による光学的信号損失を最小にすることが必須であ
る。

これらのデバイスが最小の光学的損失で、ファイバ伝送
からの光学的信号を受は取り、或いは変調された光学的
信号をファイバに伝送するには、これらデバイス内での
光学的信号の空間モードプロファイルが、光フアイバ内
のモードプロファイルとできるだけ密接に重なり合って
いなければならない、このため、導波路の横寸法が光フ
ァイバのコア域の直径に極めて近いことが必要になる。

効率的な電気光学的変調の更なる特徴として、電気光学
的変調器の導波路は、単一光学モードのみを支持するも
のでなければならない。これは、クラッド層の屈折率を
導波媒体の屈折率より僅が低目に正しく調節せねばなら
ぬことを意味する。

導波媒体間での光学的信号の効率的結合に関する詳細な
論文は、タミール（Ｔ、Ｔａｍ１ｒ）編の”Ｇｕｉｄｅ
ｄ−Ｗａｖｅ　Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｓｐ
ｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）第３章第８７〜１４４ペ
ージ（１９８ｇ）等の文献に記載されている。

低電圧動作の電気光学的変調器に於いては、応答性の高
い非線形光学媒体が必要である。ＬｉＮｂＯ３は導波電
気光学的変調器構成に重要な無機化合物種である。しか
しながら、電気光学的変調器にＬｉＮｂ０．又はその他
の無機結晶を使用することには、幾つかの固有の不利点
がある。例えば、その固有の光屈折効果のため入力光パ
ワーに制限があることや、高品質のＬｉＮｂＯ３結晶は
製作費が高いこと等である。

大きな非局圧π−電子系を持った有機材料及びポリマー
材料が非線形の光学的応答を示し、その応答は多くの場
合に無機基材のそれよりもはるかに大きいことが知られ
ている。

これに加え、有機材料及びポリマー材料の性質を変えて
他の望ましい性質、例えば機械的安定性、熱酸化安定性
及び高いレーザ損傷しきい値を最適にし、しかも非線形
光学効果に関係する電子的相互作用を保ったままにする
ことができる。

共役有機系で特に重要なことは、この非線形効果の源が
、無機材料で見られる核座標の変位又は再配列に対して
、π−電子雲の分極だということである。

有機及びポリマー材料の非線形の光学的性質は、１９８
２年９月の米国化学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　　Ｓ。

ｃｉｅｔｙ）第１８回年次大会でＡＣＳボリマーケミス
トリーデビジョンンが主催したシンポジウムの主題であ
った。その年金に提出された論文は、ＡＣＳシンポジウ
ムシリーズ２３３（米国化学会、ワシントン州、１９８
３）に公表されている。

透明な薄い基材の形態をなす有機非線形光学媒体は、米
国特許第４，５３６，４５０号；同第４，６０５，８６
９号；同第４，６０７，０９５号；同第４，６１５．９
６２号；及び同第４，６２４，８７２号に記載されてい
る。

前記の刊行物を引用する。

（発明が解決しようとする課題） レーザ変調、光学回路内での情報コントロール等に適し
た新規な光学的有機媒体及び電気光学的デバイスを開発
せんとする研究努力は引き続き行われている。非常に高
い周波数の用途に対する大きな二次及び三次の非線形性
を持った有機材料の潜在的有用性は、従来の無機の電気
光学的材料で帯域幅が制限されたことに対し際立ったも
のである。

従１て、本発明の一目的は、低電圧動作の電気光学的光
変調器に用いる新規な導波媒体を提供することである。

本発明の別の目的は、有機の非線形光学導波チャンネル
構成体を含む光学的損失の少ない電気光学的光変調器を
提供することである。

本発明の更なる目的は、偏光に不感性のポリマー薄膜電
気光学的光振幅変調器を提供することである。

本発明のその他の目的並びに利点は、以下の説明及び図
面から明らかになるであろう。

（課題を解決するための手段） 本発明の一以上の目的は、下記のものからなる光の光学
的変調に用、いる導波媒体の提供により達成される。す
なわち、 ａ、二次の非線形光学感受率χ（２）を示す導波有機薄
膜コンポーネント：及び ｂ．導波薄膜コンポーネントよりも低い屈折率を有し且
つ二次の非線形光学感受率χ（２）を示す透明な有機ポ
リマーブレンドの媒体から夫々構成される上部クラッド
層及び下部クラッド層；からなる光の光学的変調用の導
波媒体である。

本発明の別の実施態様では、下記のものからなる基材の
積層体からなる薄膜導波電気光学的光変調器を提供する
。すなわち、 ａ、約３−１０ミクロンの厚みを有し、二次の非線形光
学感受率χ（２）を示す有機ポリマーコンポーネントの
導波薄膜； ｂ、該導波薄膜コンポーネントよりも約０．００２−０
゜０２低い屈折率を有し且つ二次の非線形光学感受率χ
（２）を示す有機ポリマーブレンド媒体から夫々構成さ
れる上部クラッド層及び下部クラッド層；及び Ｃ１導波薄膜とクラッド層との組デバイスに電界を印加
するよう配置される電極； からなる基材の積層体から構成される薄膜導波電気光学
的光変調器である。

薄膜導波路は、多くの用途で、単一チャンネル位相変調
器、二チャンネル方向性結合、クロスバ−スイッチング
又はマツハ−ツエンター変調器の構成のような単一モー
ドチャンネル構造を有している。

本発明で用いる「ポリマーブレンド」なる語は、少なく
ともその一種がポリマーであって、少なくともその一種
が二次の非線形光学応答を示すような二種以上の成分の
混合物を示す。ポリマーブレンドクラッド層は、光学的
に透明であって、入射基底光周波数及び調和光周波数に
関し光透過性である。

更なる実施態様として、本発明は下記のものからなる干
渉計型導波電気光学的光変調器を提供する。すなわち、 ａ、共通の入力光を分流して共に伸長する実質的に同一
の光学長を有するチャンネルを形成し、共通の出力光に
再合流する第一及び第二の導波チャンネル、但し該導波
チャンネルは、（１）二次の非線形光学感受率χ３２ゝ
を示す導波有機薄膜コンポーネント及び（２）夫々導波
薄膜コンポーネントよりも低い屈折率を有し且つ二次の
非線形光学感受率χ（２）示す上部有機ポリマーブレン
ドクラッド層及び下部有機ポリマーブレンドクラッド層
からなる有機基材の積層体から構成され、該導波チャン
ネルは夫々的３−１０ミクロンの厚み及び幅を有する・
及び ｂ．チャンネル有機媒体への電界印加を容易にするよう
チャンネルに沿った近くに間隔をあけて配置される一組
の電極、但し間隔をあけて配置された電極間の有機媒体
域は、印加電界の方向に平行な非中心対称性分子配向を
有する； からなる干渉計型の導波電気光学的光変調器である。

本発明実施態様の本質的な特徴は、薄膜コンポーネント
と上部及び下部のクラッド層との組コンポーネントから
なる統合された導波機能であり、その組デバイスの全要
素共、偏光にされた電磁輻射の変調及び透過に適したも
のである。

この導波薄膜コンポーネントは、それに隣接する二層の
光学的に透明な有機ポリマーブレンドクラッド層よりも
高い屈折率を有するので、透過される光エネルギーの大
部分を変調する。両クラッド層は共に二次の非線形光学
応答を示すので、薄膜導波媒体からクラッド層内で反射
する光は、変調されて薄膜光透過と同時に透過される。

二次の非線形光学応答を示すために、薄膜及びクラッド
層は、各々、有機分子の巨視的な非中心対称性配列を有
する。以下で更に詳しく説明するように、要求される非
中心対称的な分子配向は、薄膜とクラッド層との組み合
わせコンポーネントに電界を加え、その間、印加電界に
より誘起される可動有機分子の配向を容易にするよう該
組合わせコンポーネントを加熱状態におくことにより達
成することができる。

薄膜及びクラッド層は夫々光を変調する能力があるので
、全入射光エネルギーは変調＝透過され、それにより所
望の変調度に対する電圧を低くすることができる。

一以上の集積光学導波デバイスを有する光フアイバデー
タ伝送システムで効率的なデータ伝送を行なうには、光
信号の結合損失及び伝播損失を最小にする必要がある、
光信号損失は、ファイバ径と導波路寸法を一致させるこ
とにより減らすことができる。しかしながら、集積光学
変調器の変調スキームは、すべてデバイスの導波媒体の
単一モード性に基礎を置いているので、導波媒体とクラ
ッド層との間の屈折率差を正確に調製しない限り、導波
路寸法をファイバ径に任意に合わせることはできない。

現在取り扱われている代表的な単一モードファイバの直
径は、約５−１０ミクロンである。

単一モード光ファイバとの結合損失が少ない単一モード
導波チャンネルの開発には、クラッド層と導波媒体との
屈折率差を約０．００２−０．０２の範囲内に調節する
ことが必要である。

本発明実施態様の一つの本質的特徴は、全て偏光化され
た電磁輻射の調製及び透過に適し且つ秀れた光学的損失
性態を示すような薄膜コンポネントと上部及び下部クラ
ッド層との組コンポネントの統合化された導波機能であ
る。

第１図は、本発明の偏光に不感性なマッハ−ツェンダー
干渉計型電気光学的光変調器の概要図である。

第２図及び第３図は、第１図の平面概要図であって、印
加電界の方向に平行な有機分子の非中心対称性配向を示
すものである。

第１図に示す本発明の偏光に不感性な干渉計型導波デバ
イスでは、各導波チャンネルの伝播定数は、夫々の導波
チャンネルに別々に印加された垂直電界及び水平電界に
より変化する。この両チャンネル内での光伝播速度の差
が、電気的に調節される位相シフトを発生させる。出力
光の強さは位相シフトに従って変化し、従って電気光学
的効果を有して印加電圧により変調される。

この光変調の偏光に不感性な特性は、各導波チャンネル
上に別々に配置された二個の平行な電極の組の電圧を、
水平電界及び垂直電界によりＴＥ及び７Ｍモードの等位
相変調となるようバランスさせることにより達成される
。

印加電圧はＡＣであってもＤＣであってもよく、代表的
には約０−４００ボルトのボルトの範囲で変化し、印加
電界の周波数はＤＣ乃至ギガヘルツ域で変化する。

第１図を参照すると、干渉計１０は支持基材上の透明な
非線形光学ポリマー膜コンポーネント１１から構成され
る。膜１１は入力光導波路１２の一体形状を有し、該導
波路は１４でＹ分岐してランダム偏光の入力光パワー２
０を光路チャンネル２２と光路チャンネル２３に分割す
る。チャンネル２２及び２３に沿って伝播する光は、１
５のＹ分岐で再合流し、導波路１６を経由して出力光２
１として出る。この導波チャンネルのポリマー媒体は、
それに隣接するポリマー膜よりも高目の屈折率を有し、
かつまた、保護層として使用される非線形光学応答性の
クラッド層よりも高目の屈折率を有する。

電極２５は電圧源２７に接続、かつ、作動されてチャン
ネル２２に垂直電界を印加する。電極２６は電圧源２８
に接続、かつ、作動されてチャンネル２３に水平電界を
印加する。チャンネル２２内の電極２５間のポリマー媒
体は、電極２５が加える垂直電界に平行な安定分子配向
を有する。チャンネル２３内の電極２６間のポリマー媒
体は、電極２６が加える水平電界に平行な安定分子配向
を有する。

動作モードで、デバイス１０は、入力レーザ線２０を与
える任Ｘｍ光のレーザ線輻射源３０：及び出力信号２１
を変換して電気信号に再構成する光検出器３１と組み合
わせて使用される。

このコヒーレントな入力電磁輻射は、半導体による８０
０−１５００ｎｍ出力光のようなレーザ線であることが
好ましい。

第３図に示す有機の膜支持基材は、任意の適当な非導電
性媒体、例えばプラスチック、ガラス又はケイ素で製作
することができる。

第２図を参照すると、チャンネル２３は、電極２６が加
える電界の方向にに対して平行な非中心対称性配向を有
し、その配向は導波デバイス面に対して平行である。

第３図では、基材１０を導波層の積層組コンポーネント
用の支持層として示している。チャンネル２２とクラッ
ド層２４は、電極２５が加える電界の方向に平行な有機
分子の非中心対称性配向を有し、その配向は導波デバイ
ス面に対して垂直である。

本発明の電気光学デバイスの薄膜有機導波媒体とクラッ
ド層は透明であり、かつ、等方的又は液晶的な物理的性
質を有し、夫々非線形の光学的応答を示すものである。

代表的な薄膜有機媒体又はクラッド層は、ポリマーホス
トとゲスト成分とのブレンドからなる。

この薄膜及びクラッド層の非線形的な光学的性質は、ゲ
スト成分単独で調節することができるし、或いはホスト
及びゲスト成分の両方が非線形光学感受率を示すことも
ある。

好適なホストポリマーの例は、ポリメタクリル酸メチル
、酢酸セルロース、ポリシロキサン、ポリアクリルアミ
ド、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ナイロ
ン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリ
ウレタン等である。

好適なゲスト化合物の例は、４−ニトロアニリン、２−
メチル−４−ニトロアニリン、４−Ｎ、Ｎ−ジメチルア
ミノ−４゛−二トロスチルベン（ＤＡＮＳ）等である。

その他の好適な非線形光学活性ゲスト化合物は、次式に
対応するキノジメタン構造で示される。

但し上記式中、ｎは約０−３の値をもつ整数であり；Ｒ
及びＲ１は、水素並びに約１乃至２０炭素原子を含む脂
肪族、脂環式及び芳香族の基から選択される置換基であ
って、Ｒ置換基の少なくとも一個は電子供与性基であり
、かつ、Ｒ１置換基の少なくとも一個は電子引抜き性基
である。

非線形光学活性キノジメタン化合物種の例は、７．７−
（ｎ−へキシルデシルアミノ）−８，８−ジシアノキノ
ジメタン、　１３．１３−ジアミノ−１４，１４−ジシ
アノジフェノキノジメタン；　１３，１３−ジ（ジメチ
ルアミノ）１４．１４−ジシアノジフェノキノジメタン
、　１３，１３ジ（ｎ−ヘキサデシルアミノ）−１４，
１４−ジシアノジフェノキノジメタン；　１３，１３−
エチレンジアミノ−１４，１４−ジシアノジフェノキノ
ジメタン、　１３．１３−ジ（ジメチルアミノ）−１４
，１４−ジシアノ−４，５，９，１０テトラヒドロピレ
ノキノジメタン、　１３．１３−ジ（ｎ−ヘキサデシル
アミノ）−１４，１４−ジシアノ−４，５，９，１０−
テトラヒドロピレノキノジメタン；　１３．１３−　（
ｍヘキサデシルアミノ’）−１４，１４−ジシアノ−４
，５，９，１０−テトラヒドロピレノキノジメタン等で
ある。

上記キノジタン化合物の合成については、米国特許筒４
　、６４０　、８００号及び同第４，７０７，３０５号
に記載されており、これらを引用する。

本発明で用いる「電子供与性」なる語は、電磁エネルギ
ーの入射により共役電子構造が分極する際にπ−電子系
に電子密度を加える有機置換基を示し、例えばアミノ、
オキシ又はチオである。

本発明で用いる「電子引抜き性」なる語は、電磁エネル
ギーの入射により共役電子構造が分極する際にπ−電子
系から電子密度を引き寄せる電気的に陰性な有機置換基
を示し、例えばニトロ、シアノ、トリフルオロメチル、
トリシアノビニル又はトリフロン（ｔｒｉｆｌｏｎ）で
ある。

個々のホストポリマーは、製作し易さ、光学的諸性質及
び有機ゲスト成分との相溶性を考慮して選択される。こ
のゲスト成分は、代表的には、薄膜導波路又はクラッド
層のゲスト／ホスト媒体の約５−６０重量パーセントを
占める。

非線形光学応答を示すポリマーはホスト成分として使用
可能であり、或いはそれを一種以上のポリマー成分と混
合して使用することができる。このタイプの有機成分は
、化学式−［−Ｐ’−］−に対応す８゜ Ｍ′ る繰り返しモノマー単位を特徴とする熱可塑性ポリマー
により示される。但し上式中、Ｐ′はポリマーの主鎖単
位であり、Ｓｏは約１−２０炭素の線状鎖長を有する柔
軟なスペーサ基であり、１４゛は二次の非線形光学感受
率βを示す懸垂基であり、かつ、該懸垂基はポリマーの
約１０重量パーセント以上を占め、該ポリマーは約４０
℃を超えるガラス転移温度を有する。

上式に対応する熱可塑性の側鎖ポリマーは、その物理的
性質が等方性又は液晶性のものとすることができる。好
適な側鎖ポリマーは米国特許筒４゜６９４．０６６号に
記載されている。側鎖ポリマーの例は、ポリ［６−（４
−ニトロビフェニロキシ）へキシルメタクリレ−トコ、
ポリ（Ｎ−４−ニトロフェニル−４−ピペリジル）メタ
クリレート）及び次式のようなスチルベン含有ポリマー
である。

本発明の電気光学的デバイスは、非線形光学活性ゲスト
分子や前記タイプのポリマーの非線形光学活性懸垂側鎖
等の、分子双極子の配列が外部電界により誘起されるよ
うな導波薄膜及びクラッドの光学路を有する。

薄膜及びクラッド層の分極（Ｐａ　ｌ　ｉｎｇ）は、そ
の組コンポーネントを有機媒体の融点又はガラス転翅温
度の近く若しくはそれ以上に加熱し、引き続き該有機媒
体にＤＣ電界（例えば５０−３００　Ｖ／μｍ）を加え
て分子双極子を単軸配向で配列させることにより好便に
達成することができる。次に、有機層を印加ＤＣ電界の
影響下に保ったまま冷却するのである。このようにして
、安定で永久的な分子配向が、第２図及び第３図に示し
た電極対間のように剛性な構造内に固定される。

第１図、第２図及び第３図の電極対２５及び２５は、ア
ルミニウム、銀、金、銅、インジウム−酸化錫、チタン
酸インジウム等の適当な導電性材料をストリップコーテ
ィングしたものでよく、ＤＣ又はＡＣの電源２７及び２
８に接続される。

第３図に示した薄膜導波層２２及びクラッド層２４は、
スピンコーティング、散布、ラングミュアブロジェット
沈着、スパッタリング等測々の材料に適した通常製作技
術により支持基材１０及び電極と複合化することができ
る。

以下の実施例は、本発明を更に説明するものである。デ
バイスコンポーネントは代表的なものを示しており、前
記の開示から本発明範囲内の各種の設計及び操作上の変
更を導くことができる。

火１蝕 本実施例では、第１図に示すような本発明の偏光に不感
性な導波電気光学的変調器の製作及び操作を説明する。

市販の二酸化ケイ素被覆されたシリコンウェハーわパリ
アン（Ｖａｒｉａ−ｎ）電子線真空蒸着系内に配置する
。９９．９９９％純度のアルミニウム０．１μｍ層をそ
のウェハー上に蒸着する。

ソリチック（Ｓｏ　ｌ　１ｔｅｃ）５１００型コーター
を用いて、該アルミニウム被覆ウェハー上にＡＺ−１５
１８−ポジティブホトレジスト（ヘキスト、Ｈｏｅｃｈ
ｓｔ　）をスピンコードする。　５０００ｒｐｒｍで３
０秒間回転させると、１．５μｍのホトレジストが被覆
される。このホトレジスト被覆を真空乾燥器内９０℃で
３０分間乾燥する。

カールスス（Ｋａｒｔ　Ｓｕｓｓ）ＭＪＢ３型マスクア
ライナ−内で該ウェハーを所望形状のマスクと接触させ
て配置し、このマスクをかけれた被覆を４０５μｍの輻
射線（１２Ｑ＋ｎＪ／ｃｍ２）に露光することにより、
このホトレジスト被覆を第１図の下部電極２５の形態に
パターン化する。

マスクを取り除き、水に１＝１の割合で混ぜたＡＺ４０
０現像剤で４５秒間にわたりパターン化されたホトレジ
ストを現像し、脱イオン水で洗浄して現像サイクルを終
了する。

ウェハーのホトレジスト被覆を１２０℃の真空乾燥器内
で３０分間焼き付ける。露光されたアルミニウムのパタ
ーンをＡタイプエツチング液により５０℃で２０秒間エ
ツチングし、エツチングされた表面を脱イオン水でゆす
ぐのである。

メタクリル酸メチル／４−（Ｎ・Ｎ゛−メタクロイルエ
トキシ−メチル−アミノ）−４゛−ニトロスチルベン共
重合体組成が夫々５０１５０及び６５／３５なる二種の
共重合体を３：ｌの割合で混合したものを２５重量％ミ
クロヘキサン溶液にし、それをウェハーのアルミニウム
電極表面に１１０００ｒｐで２０秒間スピンコードする
ことにより、８．０μｍの下部有機クラッド層を被覆し
、そのクラッド層を１６０℃の真空乾燥器内で１時間に
わたり乾燥する。この有機ポリマーは約４０，０００の
重量平均分子量を有し、クラッド層の屈折率は１．６２
３である。

このクラッド層上にＡＺ−１５１８のホトレジスト層を
４０００ｒｐｍでスピンコードし、該層を４０５μｍの
輻射線（１２０ｍＪ／ｃｍ２）に露光する。０．２μｍ
のアルミニウム層を該ホトレジスト層上に蒸着する。こ
のアルミニウム層をホトレジスト層で被覆し、該層を第
１図に示したようなマッハ−ツェンダー干渉計型導波路
の形態にパターン化する。この導波路の幅は５μｍであ
る。Ｙ接合チャンネルは、１゜２度の全角で分離・再結
合する。

この導波構造体の上表面を、前述のような酸素プラズマ
条件下に１０分間にわたり反応性イオンエツチングに露
出し、マツへ＝ツエンダー干渉形型導波路形態の導波チ
ャンネルに現像する。このエツチングサイクルで、アル
ミニウム表面からホトレジスト被覆も除去される。

該導波構造体をＡＺ−４００に現像剤に一分間浸漬して
、アルミニウム層及び下部ホトレジスト層を除去する。

該クラッド層のマッハ−ツェンダー導波チャンネルパタ
ーン上に、非線形光学活性薄膜をスピンコードする。ス
ピンコード媒体は、メタクリル酸メチル／４−（Ｎ、Ｎ
’−メタクロイル−エトキシ−メチルアミノ）−４−ニ
トロスチルベン（５０１５０）共重合体の２０重量パー
セントのシクロヘキサノン溶液である。この導波層の厚
みは、２００Ｏｒｐｍのスビーンコート速度のとき、チ
ャンネルの外側で約２ミクロンである。この二層構造体
を１６０℃の真空乾燥器内で１時間にわたり乾燥する。

この導波層の屈折率は１．６３０である。

下部クラッド層に関して前述した同じ方法で、この乾燥
した多層チャンネル導波路に厚み５ミクロンの上部クラ
ッド層をスピンコードする。

上部有機クラッド層上に０．１μｍのアルミニウム層を
蒸着し、前記のパターン化法に従って第１図の上部電極
２５及び電極２６を形成する。

この導波構造体の対向する端部を開裂して、導波薄膜及
びクラッドの組コンポーネントの入力光を結合する鋭い
面を準備する。

このチャンネル導波構造体が単一モード性であることは
、１３４０μｍのレーザ線を一端で結合させ、かつ、出
力ビームの遠距離電磁界（ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ）パター
ンが単一スポットであるようにして確認される。各端面
での結合損失は約１ｄＢである。

このポリマー導波組コンポーネントの二組の電極間のニ
セクションの分子配向は、夫々の組の電極に電界を加え
ることにより行われる。

斯く製作された導波デバイスをメトラー（Ｍｅｔｌｅｒ
）ホットステージ内に配置し、この装置の温度を１℃／
分で１４０℃まで高める。−組の電極に７０Ｖ／μｍの
ＤＣ電界と５ボルト正弦（１０，０００ｔ、）のＡＣ電
圧を加え、他の組の電極には可変ＤＣ電圧と５ボルト正
弦（１０，０００ｔ）の電圧を加える。

対物レンズ（１０ｘ）を用いて、１．３４μｍの輻射線
（１００ｍＶ連続波）を該マッハ−ツェンダー導波路内
に焦点を合わせて結合する。この導波路の出力光を倍率
１０の顕微鏡対物レンズ、偏光ビームスプリッタ−及び
二個の光検出器に通す。検出器の信号を二個のロッキン
（Ｉｏｃｋｉｎ）増幅器に伝送する。

両増幅器を１０，０００ヘルツの信号に同調させ、両増
幅器の信号が同一になるまで第一組電極の可変ＤＣ電圧
を調整する。

この導波ユニットを１４０℃で２０分間にわたり調整さ
れた印加電界下に保持し、導波ユニットが１℃／分で室
温まで冷却される間、この印加電界を維持する。

導波路の操作時に実行される光変調は、二組の電極に加
える電圧が、伝達光のＴＥモード及びＴＭモードの等位
相変調を行うよう調製されているので、偏光に不感性で
ある。

４、　　「図面の簡単な説明」 第１図は、本発明の偏光に不感性なマッハ−ツェンダー
干渉計型電気光学的光変調器の概要図である。

第２図及び第３図は、第１図の平面概要図であって、印
加電界の方向に平行な有機分子の非中心対称性配向を示
すものである。

（外３名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ．二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示す
   有機薄膜導波コンポーネント；及び ｂ．該薄膜導波コンポーネントよりも低い屈折率を有し
   、かつ、二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示す
   透明な有機ポリマーブレンド媒体から夫々なる上部クラ
   ッド層及び下部クラッド層； からなる光変調用の導波媒体。 ２．薄膜導波コンポーネントが、有機ポリマーホストマ
   トリックスと、二次の非線形光学感受率βを示す有機ゲ
   スト化合物とからなる請求項１記載の導波媒体。 ３．各クラッド層が、ポリマーホストマトリックスと二
   次の非線形光学感受率βを示す有機ゲスト化合物とから
   なる請求項１記載の導波媒体。 ４．薄膜導波コンポーネントが、二次の非線形光学感受
   率βを示す懸垂側鎖をもった有機ポリマーからなり、各
   クラッド層が二次の非線形光学感受率βを示す懸垂側鎖
   をもったポリマーを一種以上有し、かつ、各クラッド層
   が導波コンポーネントよりも約０．００２−０．０２低
   い屈折率を有する請求項１記載の導波媒体。 ５．各クラッド層が二次の非線形光学感受率βを示す懸
   垂側鎖をもった二種以上のコポリマーを含有し、該コポ
   リマーは分子当たりの懸垂側鎖の数が相異なるものであ
   り、かつ、各クラッド層が導波コンポーネントよりも約
   ０．００２−０．０２低い屈折率を有する請求項１記載
   の導波媒体。 ６．ａ．二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示し
   、約４−１０ミクロンの厚みを有する有機ポリマーコン
   ポーネントの導波薄膜； ｂ．導波薄膜コンポーネントよりも約０．００２−０．
   ０２低い屈折率を有し、かつ、二次の非線形光学感受率
   χ＾（＾２＾）を示す有機ポリマーブレンド媒体から夫
   々なる上部クラッド層及び下部クラッド層；及び ｃ．導波薄膜とクラッド層との組コンポーネントに電界
   を印加するよう配置される電極；からなる基材を積層し
   た組コンポーネントからなる薄膜導波電気光学的光変調
   器。 ７．薄膜コンポーネントが、夫々約３−１０ミクロの厚
   み及び幅のチャンネル位相変調器構成を有する請求項６
   記載の薄膜導波変調器。 ８．薄膜コンポーネントが、干渉計型チャンネル導波構
   成を有する請求項６記載の薄膜導波変調器。 ９．基材を積層した組コンポーネントが、偏光に不感性
   なマッハ−ツェンダー干渉計型導波構造を有する請求項
   ６記載の薄膜導波変調器。 １０．薄膜コンポールントが二個のチャンネル方向性結
   合器構成を有する請求項６記載の薄膜導波変調器。 １１．薄膜コンポーネントが二個のチャンネルクロス−
   バースイッチング構成を有する請求項６記載の薄膜導波
   変調器。 １２．薄膜導波コンポーネントとクラッド層とが、夫々
   、二次の非線形光学感受率βを示す懸垂側鎖をもった有
   機ポリマーを含有し、かつ、該薄膜コンポーネントとク
   ラッド層とが、非中心対称性ポリマー分子配向の安定な
   電界誘起域を有する請求項６記載の薄膜導波変調器。 １３．導波薄膜コンポーネントとクラッド層とが、夫々
   、電子供与性基と電子引抜き性基とを組み合わせたスチ
   ルベン構造を含有する懸垂側鎖をもったアクリルポリマ
   ーを一種以上含有する請求項６記載の薄膜導波変調器。 １４．導波薄膜コンポーネントとクラッド層とが、夫々
   、４−アミノ−４−ニトロスチルベン構造を有する懸垂
   側鎖をもったアクリルコポリマーを一種以上含有する請
   求項６記載の薄膜導波変調器。 １５．ａ．厚み及び幅が夫々約３−１０ミクロの単一モ
   ード線形導波チャンネルであって、 （１）二次の非線形光学感受率Ｘ＾（＾２＾）を示す有
   機ポリマーコンポーネントの導波薄膜； （２）該導波薄膜コンポーネントよりも約０．００２−
   ０．０２低い屈折率を有し、かつ、二次の非線形光学感
   受率χ＾（＾２＾）を示す有機ポリマーブレンド媒体か
   ら夫々なる上部クラッド層及び下部クラッド層； からなる基材の積層された組コンポーネントから構成さ
   れる単一モード線形導波チャンネル；及び ｂ．該導波チャンネルに電界を加えるように配置される
   電極； からなるチャンネル導波電気光学的位相変調器。 １６．ａ．共通入力光から分流して、実質的に同一の光
   学長の共に伸長するチャンネルを形成し、かつ、共通の
   出力光に合流する、 厚み及び幅が夫々約３−１０ミクロンの第一及び第二単
   一モード導波チャンネルであって、該導波チャンネルが
   、 （１）二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示す有
   機薄膜導波コンポーネント； （２）該薄膜導波コンポーネントよりも低い屈折率を有
   し且つ二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示す有
   機ポリマーブレンドから夫々なる上部有機ポリマーブレ
   ンドクラッド層及び下部有機ポリマーブレンドクラッド
   層； からなる有機基材の積層された組コンポーネントから構
   成されることを特徴とする第一及び第二の単一モード導
   波チャンネル；及びｂ．該チャンネル有機媒体への電界
   印加を容易にするためチャンネルに沿った近くに間隔を
   あけて配置される電極の組であって、間隔をあけて配置
   される電極間の有機媒体域が、印加電界の方向に対して
   平行な非中心対称性の分子配向を有することを特徴とす
   る電極の組； からなる干渉計型導波電気光学的変調器。 １７．チャンネル導波薄膜コンポーネントとクラッド層
   とが、夫々、二次の非線形光学感受率βを示す懸垂側鎖
   をもった有機ポリマーを一種以上含有し、かつ、各クラ
   ッド層が該導波コンポーネントよりも約０．００２−０
   ．０２低い屈折率を有する請求項１６記載の導波電気光
   学的変調器。 １８．ａ．平行かつ共に伸長する近接部内の厚み及び幅
   が夫々約３−１０ミクロンの第一及び第二単一モード導
   波チャンネルであって、 各チャンネルが （１）二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示す有
   機ポリマーコンポーネントの導波薄膜； （２）該導波薄膜コンポーネントよりも約０．００２−
   ０．０２低い屈折率を有し、かつ、二次の非線形光学感
   受率χ＾（＾２＾）を示す有機ポリマーブレンド媒体か
   ら夫々構成される上部クラッド層及び下部クラッド層； からなる基材の積層された組コンポーネントから構成さ
   れることを特徴とする第一及び第二の単一モード導波チ
   ャンネル；及び ｂ．該導波チャンネルに電界を加えるように配置される
   電極； からなる方向性結合構成を有するチャンネル導波電気光
   学的変調器。 １９．ａ．交叉して接合部を形成する厚み及び幅が夫々
   約３−１０ミクロンの第一及び第二単一モード導波チャ
   ンネルであつて、各チャンネルが （１）二次の非線形光学感受率χ＾（＾２＾）を示す有
   機ポリマーコンポーネントの導波薄膜； （２）該導波薄膜コンポーネントよりも約０．００２−
   ０．０２低い屈折率を有し、かつ、二次の非線形光学感
   受率χ＾（＾２＾）を示す有機ポリマーブレンド媒体か
   ら夫々構成される上部クラッド層及び下部クラッド層； からなる基材の積層された組コンポーネントから構成さ
   れる第一及び第二の単一モード導波チャンネル；及び ｂ．該チャンネル接合部に電界を加えるように配置され
   る電極； からなるクロスバースイチング構成を有するチャンネル
   導波電気光学的変調器。