JPH06160923A - 導波路型電気光学素子 - Google Patents
導波路型電気光学素子Info
- Publication number
- JPH06160923A JPH06160923A JP23716892A JP23716892A JPH06160923A JP H06160923 A JPH06160923 A JP H06160923A JP 23716892 A JP23716892 A JP 23716892A JP 23716892 A JP23716892 A JP 23716892A JP H06160923 A JPH06160923 A JP H06160923A
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- waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導波路表面の荒れや配向不均一がなく、配向
緩和も抑制でき、光波の二次元制御が可能な導波路型電
気光学素子を提供すること。 【構成】 本発明の導波路型電気光学素子は、基板上
に、電気光学効果を有する有機高分子からなるスラブ型
導波路層、及び導波路を通過する導波光の位相若しくは
波面を変調する電気光学変調用電極を備えることを特徴
とする。
緩和も抑制でき、光波の二次元制御が可能な導波路型電
気光学素子を提供すること。 【構成】 本発明の導波路型電気光学素子は、基板上
に、電気光学効果を有する有機高分子からなるスラブ型
導波路層、及び導波路を通過する導波光の位相若しくは
波面を変調する電気光学変調用電極を備えることを特徴
とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気光学効果を有する
有機高分子を用いた導波路型電気光学素子に関するもの
であり、詳しくは、光スイッチ、光変調などオプトエレ
クトロニクスの分野で有用な導波路型電気光学素子に関
するものである。
有機高分子を用いた導波路型電気光学素子に関するもの
であり、詳しくは、光スイッチ、光変調などオプトエレ
クトロニクスの分野で有用な導波路型電気光学素子に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電気光
学効果は、光学媒体に電界を印加した場合に、この媒体
の屈折率が変化する現象であり、二次の光非線形性に起
因する線形電気光学効果（ボッケルス効果）、三次の非
線形性に起因する二次電気光学効果（カー効果）とがあ
る。オプトエレクトロニクスの分野において、実用的に
は二次の非線形定数の方が三次の非線形定数に比べて効
果が数桁も大きいため、二次の非線形性を利用した電気
光学効果が多く用いられている。また、この効果を利用
した電気光学素子は、光集積回路に組み入れられ、半導
体レーザ等の高速外部変調に応用できるため、低電圧で
駆動できる電気光学素子の材料が強く求められている。
学効果は、光学媒体に電界を印加した場合に、この媒体
の屈折率が変化する現象であり、二次の光非線形性に起
因する線形電気光学効果（ボッケルス効果）、三次の非
線形性に起因する二次電気光学効果（カー効果）とがあ
る。オプトエレクトロニクスの分野において、実用的に
は二次の非線形定数の方が三次の非線形定数に比べて効
果が数桁も大きいため、二次の非線形性を利用した電気
光学効果が多く用いられている。また、この効果を利用
した電気光学素子は、光集積回路に組み入れられ、半導
体レーザ等の高速外部変調に応用できるため、低電圧で
駆動できる電気光学素子の材料が強く求められている。
【０００３】従来より公知の無機材料系（リン酸二水素
カリウム（KH2PO4）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）等）
に比べ、著しく高い電気光学定数と速い応答速度を示す
有機結晶材料が見い出されている。例えば、４−Ｎ，Ｎ
−ジエチルアミノ−４−ニトロスチルベンや２−メチル
−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）が知られている。しか
しながら、これらの有機結晶材料は無機結晶のように電
気光学素子を作製しようとしても実用に供し得るような
大きさの単結晶が得られにくい上、脆く、加工性に劣る
という欠点を有している。これに対し、成形加工性に優
れた高分子材料を活用するものとして、高分子材料中に
二次非線形光学材料を溶解したものや二次非線形光学材
料を高分子の側鎖に導入したものが提案されている。こ
れらの高分子材料等は、中心対称構造を有し二次光非線
形性の発現をしないため、電界印加等の手法で配向処理
を行い、中心対称性を解消して用いる必要がある。配向
処理の方法としては、例えば、高分子材料をそのガラス
転移点近傍に保持しながら高電界を印加する、コロナ放
電法がある。
カリウム（KH2PO4）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）等）
に比べ、著しく高い電気光学定数と速い応答速度を示す
有機結晶材料が見い出されている。例えば、４−Ｎ，Ｎ
−ジエチルアミノ−４−ニトロスチルベンや２−メチル
−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）が知られている。しか
しながら、これらの有機結晶材料は無機結晶のように電
気光学素子を作製しようとしても実用に供し得るような
大きさの単結晶が得られにくい上、脆く、加工性に劣る
という欠点を有している。これに対し、成形加工性に優
れた高分子材料を活用するものとして、高分子材料中に
二次非線形光学材料を溶解したものや二次非線形光学材
料を高分子の側鎖に導入したものが提案されている。こ
れらの高分子材料等は、中心対称構造を有し二次光非線
形性の発現をしないため、電界印加等の手法で配向処理
を行い、中心対称性を解消して用いる必要がある。配向
処理の方法としては、例えば、高分子材料をそのガラス
転移点近傍に保持しながら高電界を印加する、コロナ放
電法がある。
【０００４】しかし、コロナ放電法では、配向時におけ
る導波路表面の荒れ、配向不均一、配向緩和等の問題が
あった。更に、従来の電気光学素子は、チャネル型導波
路で構成されており、高速応答、光ファイバとの整合な
どの点では有利であるが、光情報処理、光センサデバイ
ス等において求められる光波の二次元制御ができないと
いう問題がある。本発明の目的は、導波路表面の荒れや
配向不均一がなく、配向緩和も抑制でき、光波の二次元
制御が可能な導波路型電気光学素子を提供することであ
る。
る導波路表面の荒れ、配向不均一、配向緩和等の問題が
あった。更に、従来の電気光学素子は、チャネル型導波
路で構成されており、高速応答、光ファイバとの整合な
どの点では有利であるが、光情報処理、光センサデバイ
ス等において求められる光波の二次元制御ができないと
いう問題がある。本発明の目的は、導波路表面の荒れや
配向不均一がなく、配向緩和も抑制でき、光波の二次元
制御が可能な導波路型電気光学素子を提供することであ
る。
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、電
気光学効果を有する有機高分子からなるスラブ型導波路
層、及び導波路を通過する導波光の位相若しくは波面を
変調する電気光学変調用電極を備えた導波路型電気光学
素子を提供することを目的としている。
気光学効果を有する有機高分子からなるスラブ型導波路
層、及び導波路を通過する導波光の位相若しくは波面を
変調する電気光学変調用電極を備えた導波路型電気光学
素子を提供することを目的としている。
【０００５】本発明の導波路型電気光学素子の一例を添
付図面に従って説明する。図１は導波路型電気光学素子
の断面図である。図２は図１の電気光学素子の電気光学
変調用電極（交叉指電極）の平面図である。図１及び図
２に示す如く、本発明の導波路型電気光学素子１は、基
板２上に、電気光学効果を有する有機高分子からなるス
ラブ型導波路層５、及び導波路を通過する導波光の位相
若しくは波面を変調する電気光学変調用電極３、６を備
えている。
付図面に従って説明する。図１は導波路型電気光学素子
の断面図である。図２は図１の電気光学素子の電気光学
変調用電極（交叉指電極）の平面図である。図１及び図
２に示す如く、本発明の導波路型電気光学素子１は、基
板２上に、電気光学効果を有する有機高分子からなるス
ラブ型導波路層５、及び導波路を通過する導波光の位相
若しくは波面を変調する電気光学変調用電極３、６を備
えている。
【０００６】本発明を更に詳しく説明すると、図１に示
す如く、導波路型電気光学素子１は基板２の絶縁層２ａ
面上に形成され、交叉指電極３ａ、３ｂ、光バッファ層
４ａ、導波路としてのスラブ型導波路層５、光バッファ
層４ｂ、及び平板電極６からなっている。基板２は、そ
れ自体公知のものを用いることができ、具体的に用いる
ものとしては、シリコン、ガラスなどが挙げられる。絶
縁層２ａは、それ自体公知の絶縁材を用いることがで
き、具体的に用いるものとしては、基板２を熱酸化した
酸化シリコン層とすることが望ましく、例えば、熱酸化
によって１μｍ以上の層とすることが望ましく、厚い方
が電気容量が少なく応答速度が速くなる。また、このよ
うな絶縁層以外にポリイミド、ポリメチルメタクリレー
ト、ガラスなどが挙げられる。光バッファ層４ａ、４ｂ
は、通常使用されるバッファ材料であれば特に制限はな
く、例えば、酸化シリコン、ポリイミド、ポリメチルメ
タクリレート、ガラスなどが挙げられる。交叉指電極３
ａ、３ｂ及び平板電極６は電気光学変調用電極である。
また、この電気光学変調用電極は、電気光学効果を有す
る有機高分子の分子配向処理用電極としても使用され
る。交叉指電極３ａ、３ｂ及び平板電極６としては、
金、クロム、アルミニウム等の金属や、ＩＴＯ（酸化イ
ンジウム、錫）などが挙げられる。また、図２に示す如
く交叉指電極の電極幅は、好ましくは１μｍ〜１mm、電
極間隔は１〜２０μｍであることが望ましい。
す如く、導波路型電気光学素子１は基板２の絶縁層２ａ
面上に形成され、交叉指電極３ａ、３ｂ、光バッファ層
４ａ、導波路としてのスラブ型導波路層５、光バッファ
層４ｂ、及び平板電極６からなっている。基板２は、そ
れ自体公知のものを用いることができ、具体的に用いる
ものとしては、シリコン、ガラスなどが挙げられる。絶
縁層２ａは、それ自体公知の絶縁材を用いることがで
き、具体的に用いるものとしては、基板２を熱酸化した
酸化シリコン層とすることが望ましく、例えば、熱酸化
によって１μｍ以上の層とすることが望ましく、厚い方
が電気容量が少なく応答速度が速くなる。また、このよ
うな絶縁層以外にポリイミド、ポリメチルメタクリレー
ト、ガラスなどが挙げられる。光バッファ層４ａ、４ｂ
は、通常使用されるバッファ材料であれば特に制限はな
く、例えば、酸化シリコン、ポリイミド、ポリメチルメ
タクリレート、ガラスなどが挙げられる。交叉指電極３
ａ、３ｂ及び平板電極６は電気光学変調用電極である。
また、この電気光学変調用電極は、電気光学効果を有す
る有機高分子の分子配向処理用電極としても使用され
る。交叉指電極３ａ、３ｂ及び平板電極６としては、
金、クロム、アルミニウム等の金属や、ＩＴＯ（酸化イ
ンジウム、錫）などが挙げられる。また、図２に示す如
く交叉指電極の電極幅は、好ましくは１μｍ〜１mm、電
極間隔は１〜２０μｍであることが望ましい。
【０００７】スラブ型導波路層５は電気光学効果を有す
る有機高分子からなり、このような高分子としては、超
分極率βの大きい分子をポリマー中に分散したもの、ま
たは主鎖又は側鎖に分極率の大きい分子を修飾したポリ
マーからなり、これらのポリマーをそのガラス転移温度
Ｔｇ以上に上げ、電場配向したまま温度を下げ、配向を
固定化することによって得られるものや、配向緩和を抑
制するために、エポキシ樹脂などの架橋性ポリマーを電
場配向下に架橋することにより得られるものが挙げられ
る。従って、スラブ型導波路層５は上記電極３、６と共
に一体となって形成でき、導波路表面の荒れや配向不均
一等が解消される。超分極率βに大きい分子としては、
以下に示す化１の一般式Ｄ−〔π〕−Ａ（Ｄ：ドナー、
π：π共役化合物、Ａ：アクセプター）で表すことがで
きる分子内電荷移動型π共役系化合物が挙げられる。
る有機高分子からなり、このような高分子としては、超
分極率βの大きい分子をポリマー中に分散したもの、ま
たは主鎖又は側鎖に分極率の大きい分子を修飾したポリ
マーからなり、これらのポリマーをそのガラス転移温度
Ｔｇ以上に上げ、電場配向したまま温度を下げ、配向を
固定化することによって得られるものや、配向緩和を抑
制するために、エポキシ樹脂などの架橋性ポリマーを電
場配向下に架橋することにより得られるものが挙げられ
る。従って、スラブ型導波路層５は上記電極３、６と共
に一体となって形成でき、導波路表面の荒れや配向不均
一等が解消される。超分極率βに大きい分子としては、
以下に示す化１の一般式Ｄ−〔π〕−Ａ（Ｄ：ドナー、
π：π共役化合物、Ａ：アクセプター）で表すことがで
きる分子内電荷移動型π共役系化合物が挙げられる。
【０００８】
【化１】 また、電気光学効果を発現し得る有機高分子としては、
以下に示す化２〜３の側鎖置換型（３ＲＤＣＶＸＹポリ
マー、ｐＡｎ−ＰＶＡ、ＤＡＮＳポリマー）、主鎖置換
型、又は架橋型のものが挙げられる。勿論、これらに限
定されるものではない。
以下に示す化２〜３の側鎖置換型（３ＲＤＣＶＸＹポリ
マー、ｐＡｎ−ＰＶＡ、ＤＡＮＳポリマー）、主鎖置換
型、又は架橋型のものが挙げられる。勿論、これらに限
定されるものではない。
【０００９】
【化２】
【００１０】
【化３】
【００１１】
【化４】
【００１２】
【作用】本発明の導波路型電気光学素子は、スラブ型導
波路層が交叉指電極及び平板電極と共に一体となって、
しかも上記有機高分子の電気光学的効果を発現するよう
に均一配向してあるので、光学変調を正確にすることが
でき、しかも光波の二次元的制御もできる。
波路層が交叉指電極及び平板電極と共に一体となって、
しかも上記有機高分子の電気光学的効果を発現するよう
に均一配向してあるので、光学変調を正確にすることが
でき、しかも光波の二次元的制御もできる。
【００１３】
【実施例】以下に、実施例を示して本発明を具体的に説
明する。尚、本発明は以下の実施例に限られるものでは
ない。本実施例の導波路型電気光学素子は、図１に示す
如く、２がシリコン基板、２ａが酸化シリコンの絶縁
層、３ａ、３ｂが交叉指電極、４ａが酸化シリコンの光
バッファ層、５がスラブ型導波路層、４ｂがＰＭＭＡの
光バッファ層、６が平板電極である。まず、シリコン基
板２上に、熱酸化により、酸化シリコンの絶縁層２ａを
１．５μｍの厚さで形成する。次いで、この上に、蒸着
により金／クロム電極を０．１μｍの厚さで形成し、フ
ォトリソにより、交叉指電極３ａ、３ｂを形成する。さ
らにスパッタ及びスピンコートにより、酸化シリコンの
光バッファ層４ａを１．５μｍの厚さで形成する。
明する。尚、本発明は以下の実施例に限られるものでは
ない。本実施例の導波路型電気光学素子は、図１に示す
如く、２がシリコン基板、２ａが酸化シリコンの絶縁
層、３ａ、３ｂが交叉指電極、４ａが酸化シリコンの光
バッファ層、５がスラブ型導波路層、４ｂがＰＭＭＡの
光バッファ層、６が平板電極である。まず、シリコン基
板２上に、熱酸化により、酸化シリコンの絶縁層２ａを
１．５μｍの厚さで形成する。次いで、この上に、蒸着
により金／クロム電極を０．１μｍの厚さで形成し、フ
ォトリソにより、交叉指電極３ａ、３ｂを形成する。さ
らにスパッタ及びスピンコートにより、酸化シリコンの
光バッファ層４ａを１．５μｍの厚さで形成する。
【００１４】次に、スピンコートによりｐ−ＮＡｎ−Ｐ
ＶＡ高分子導波路層５を０．６７μｍの厚さで形成す
る。スピンコートによりＰＭＭＡの光バッファ層４ｂを
１．５μｍの厚さで形成する。さらに、マスクを用いた
蒸着により金平板電極６を０．１μｍの厚さで形成す
る。電極の形成後、温度１３０℃で、交叉指電極３と平
板電極６の間に１２０Ｖの電圧を印加し、スラブ型導波
路層５に垂直電界を誘起し、分子配向を行う。これによ
り電気光学効果が発現する。
ＶＡ高分子導波路層５を０．６７μｍの厚さで形成す
る。スピンコートによりＰＭＭＡの光バッファ層４ｂを
１．５μｍの厚さで形成する。さらに、マスクを用いた
蒸着により金平板電極６を０．１μｍの厚さで形成す
る。電極の形成後、温度１３０℃で、交叉指電極３と平
板電極６の間に１２０Ｖの電圧を印加し、スラブ型導波
路層５に垂直電界を誘起し、分子配向を行う。これによ
り電気光学効果が発現する。
【００１５】また、導波路と空間光を結合する入出力素
子としてグレーティングカップラーを用いることができ
る。グレーティングカップラー１０は、酸化シリコンの
光バッファ層４ａの上に窒化シリコン層１１を０．１３
５μｍの厚さで堆積し、電子ビーム描画と反応性イオン
エッチングにより、窒化シリコン層１１を凹凸加工して
グレーティングを形成することにより得られる。導波路
を伝搬する光波はこのグレーティングにより回折され、
空間光波として放射される。
子としてグレーティングカップラーを用いることができ
る。グレーティングカップラー１０は、酸化シリコンの
光バッファ層４ａの上に窒化シリコン層１１を０．１３
５μｍの厚さで堆積し、電子ビーム描画と反応性イオン
エッチングにより、窒化シリコン層１１を凹凸加工して
グレーティングを形成することにより得られる。導波路
を伝搬する光波はこのグレーティングにより回折され、
空間光波として放射される。
【００１６】このようにして得られた導波路型電気光学
素子１において、交叉指電極３ａの片方と対向平板電極
６にバイアス電圧を印加し、交叉指電極３ｂのもう片方
に変調電圧を印加し、導波光の位相変調を行うことによ
り、出射光Ａの基本空間周波数成分の強度変調を行っ
た。半波長の位相変調を行うのに必要な電圧は４０Ｖで
あった。また、交叉指電極３と平板電極６に常時バイア
ス電圧を印加することにより、電気光学効果の経時変化
や屈折率のドリフトを抑制することができる。
素子１において、交叉指電極３ａの片方と対向平板電極
６にバイアス電圧を印加し、交叉指電極３ｂのもう片方
に変調電圧を印加し、導波光の位相変調を行うことによ
り、出射光Ａの基本空間周波数成分の強度変調を行っ
た。半波長の位相変調を行うのに必要な電圧は４０Ｖで
あった。また、交叉指電極３と平板電極６に常時バイア
ス電圧を印加することにより、電気光学効果の経時変化
や屈折率のドリフトを抑制することができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の導波路型電気光学素子は、導波
路表面の荒れや配向不均一がなく、配向緩和も抑制で
き、光波の二次元制御ができる。
路表面の荒れや配向不均一がなく、配向緩和も抑制で
き、光波の二次元制御ができる。
【図１】図１は導波路型電気光学素子の断面図である。
【図２】図２は図１の電気光学素子の電気光学変調用電
極（交叉指電極）の平面図である。
極（交叉指電極）の平面図である。
１ 導波路型電気光学素子 ２ シリコン基板 ２ａ 酸化シリコンの絶縁層 ３ａ、３ｂ 交叉指電極 ４ａ 酸化シリコンの光バッファ層 ４ｂ ＰＭＭＡの光バッファ層 ５ スラブ型導波路層 ６ 平板電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に、電気光学効果を有する有機高
分子からなるスラブ型導波路層、及び導波路を通過する
導波光の位相若しくは波面を変調する電気光学変調用電
極を備えた導波路型電気光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23716892A JPH06160923A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 導波路型電気光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23716892A JPH06160923A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 導波路型電気光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160923A true JPH06160923A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=17011392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23716892A Pending JPH06160923A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 導波路型電気光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06160923A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109581585A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-05 | 苏州席正通信科技有限公司 | 一种基于3d打印的三维光波导背板 |
| CN109655967A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-19 | 苏州席正通信科技有限公司 | 一种基于3d打印的三维光波导构架 |
-
1992
- 1992-09-04 JP JP23716892A patent/JPH06160923A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109581585A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-05 | 苏州席正通信科技有限公司 | 一种基于3d打印的三维光波导背板 |
| CN109655967A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-19 | 苏州席正通信科技有限公司 | 一种基于3d打印的三维光波导构架 |
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