JPH08334799A - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device

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Publication number
JPH08334799A
JPH08334799A JP7143208A JP14320895A JPH08334799A JP H08334799 A JPH08334799 A JP H08334799A JP 7143208 A JP7143208 A JP 7143208A JP 14320895 A JP14320895 A JP 14320895A JP H08334799 A JPH08334799 A JP H08334799A
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JP
Japan
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light
optical waveguide
optical
layer
polymer
Prior art date
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Pending
Application number
JP7143208A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuyuki Kurata
哲之 藏田
Chie Fukada
千恵 深田
Eiji Nobutoki
英治 信時
Hiroyuki Fuchigami
宏幸 渕上
Makoto Tsunoda
誠 角田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH08334799A publication Critical patent/JPH08334799A/en
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Abstract

PURPOSE: To lessen propagation loss and to prevent the drastic decrease in output light quantity by forming a core layer of an optical waveguide to a layer combined with a specific πconjugation material layer and a polymer layer having excellent transparency, thereby making it possible to utilize the high nonlinear optical effect of an absorption resonance region. CONSTITUTION: The layer 2 of the π conjugation material which alone does not form the optical waveguide as the material has absorption and scattering to the wavelength of the light to be guided and at least the one polymer layer 3 having the excellent transparency are used in combination as the core layer of the optical waveguide. Incident light 5 is confined in the core layer constituted of the π conjugation material layer 2 and the polymer layer 3 and is propagated therein. The light is propagated and is made into exit light 6 but when an electric field is impressed thereon, the refractive index of the π conjugation material layer 2 changes and the effective refractive index changes as the entire part of the waveguide. The way of the propagation of the waveguide is changed by the change and, therefore, the direction of the exit light 6 changes. In actuality, the change in the effective refractive index as the entire part of the optical waveguide is smaller than in the case the core layer is formed of the π conjugation material alone.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光を用いた通信や情報
処理などの分野における非線形光学材料を用いてえられ
る光導波路デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide device obtained by using a non-linear optical material in the fields of communication using light and information processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を用いた通信や情報処理に用いられる
デバイスとして重要なものは光変調素子や光スイッチン
グ素子である。これらは光の位相や強度を変調すること
によって情報を光のうえにのせたり、また読み出したり
するためのものである。
2. Description of the Related Art Optical modulators and optical switching devices are important as devices used for communication and information processing using light. These are for loading and reading information on the light by modulating the phase and intensity of the light.

【0003】このような光変調素子や光スイッチング素
子には一般に非線形光学材料が用いられる。非線形光学
材料とは、入射する光の強度や外部からの電場に応じて
屈折率や吸収係数などの光学定数が変化する材料であ
る。非線形光学効果には、その関係する光の次数または
電場の次数に対応して2次の効果と3次の効果がある
が、前記のような応用に対しては、2次の効果では電気
−光変調しかできない。それに対して、光で光を制御す
るいわゆる全光変調などにおいては、3次の非線形光学
効果を用いることが必要不可欠である。
Nonlinear optical materials are generally used for such optical modulators and optical switching elements. The nonlinear optical material is a material whose optical constants such as a refractive index and an absorption coefficient change according to the intensity of incident light and an electric field from the outside. The nonlinear optical effect has a quadratic effect and a cubic effect corresponding to the related light order or electric field order. For the above-mentioned applications, the quadratic effect is an electrical- Can only modulate light. On the other hand, in so-called all-optical modulation in which light is controlled by light, it is essential to use a third-order nonlinear optical effect.

【0004】3次の非線形光学効果としては、以下のよ
うなものがある、外部電界によって屈折率が変化する電
気カー効果、外部電界によって吸収係数が変化するフラ
ンツケルディッシュ効果、外部光強度によって屈折率が
変化する光カー効果、外部光強度によって吸収係数が変
化するバンドフィリング効果などがあげられる。
The third-order non-linear optical effect includes the following, the electric Kerr effect in which the refractive index changes with an external electric field, the Franz-Keldish effect in which the absorption coefficient changes with an external electric field, and the refraction depending on the external light intensity. There are a Kerr effect in which the rate changes, and a band-filling effect in which the absorption coefficient changes depending on the external light intensity.

【0005】この非線形光学材料を用いた光変調器とし
ては、バルク結晶ではなく薄膜の光導波路で形成したも
のがすでに考案されている。その例としては特開平3−
118511号公報などに詳しく記載されている。光導
波路を用いるときのバルク結晶と対比したときの光学的
導波媒体の主な利点としては、電気光学効果を用いるば
あいには低い電圧で用いることができることや、他のデ
バイスとの複合化が可能であることなどがあげられる。
光導波路を用いると光が小さな領域に閉じ込められるの
で、光の強度を利用するような3次の非線形光学効果を
用いるばあいにおいても有利である。
As an optical modulator using this nonlinear optical material, an optical modulator formed by a thin film optical waveguide instead of a bulk crystal has already been devised. As an example, JP-A-3-
It is described in detail in Japanese Patent No. 118511 and the like. The main advantages of optical waveguide media when compared to bulk crystals when using optical waveguides are that they can be used at low voltage when using the electro-optic effect, and they can be combined with other devices. Is possible.
Since the light is confined in a small area when the optical waveguide is used, it is also advantageous when the third-order nonlinear optical effect that utilizes the intensity of light is used.

【0006】前記のように光導波路型の光変調器はバル
ク型に比較して印加電圧が低いという利点があるため、
広く研究開発されているが、非線形光学材料を導波路と
して用いるには、光に対する透明性が必要である。光導
波路における光の伝搬損失を与える因子としては、第一
に非線形光学材料固有の吸収による損失が大きいことが
あげられるが、吸収がないばあいでも微結晶性など種々
の理由によって起こる散乱の影響が大きいことなどもあ
げられる。
As described above, the optical waveguide type optical modulator has an advantage that the applied voltage is lower than that of the bulk type.
Although widely researched and developed, the use of a nonlinear optical material as a waveguide requires transparency to light. The factor that gives the propagation loss of light in the optical waveguide is that the loss due to the absorption unique to the nonlinear optical material is large, but even if there is no absorption, the influence of scattering caused by various reasons such as microcrystallinity. It can also be said that it is large.

【0007】そこで前記公報には、2次の非線形感受率
χ(2)を示す有機薄膜部分を光導波路のコア層、この有
機薄膜部分より小さい屈折率を有し、かつ2次の非線形
感受率χ(2)を示すクラッド層を上下にもつことからな
る光導波路型の電気光学的光変調器が記載されている。
前記公報には、光導波路デバイスを作製するために重要
なことは伝搬光に対して低損失であることが記載されて
いる。したがって、コア層、クラッド層ともに透明性の
高いポリマーを主成分として非線形光学効果の大きい有
機材料がその中に含まれる構成となっている。
Therefore, in the above publication, the organic thin film portion exhibiting the second-order nonlinear susceptibility χ (2) is the core layer of the optical waveguide, and the second-order nonlinear susceptibility has a refractive index smaller than that of the organic thin film portion. An optical-waveguide-type electro-optical modulator including upper and lower cladding layers showing χ (2) is described.
It is described in the above publication that what is important for producing an optical waveguide device is a low loss for propagating light. Therefore, both the core layer and the clad layer are made of a polymer having high transparency as a main component and an organic material having a large nonlinear optical effect is contained therein.

【0008】光導波路の伝搬損失は、コア層およびクラ
ッド層の光吸収特性、媒質内の結晶性や均一性に伴う散
乱特性、界面や表面の平滑性などで決定される。通常の
有機非線形光学材料では、観測する波長領域で透明なば
あいは非線形光学効果が小さく、吸収の大きい領域で非
線形光学効果が大きい、すなわち共鳴吸収効果によって
χ(2)、χ(3)が大きくなるばあいが一般的である。
The propagation loss of the optical waveguide is determined by the light absorption characteristics of the core layer and the cladding layer, the scattering characteristics due to the crystallinity and uniformity in the medium, the smoothness of the interface and the surface, and the like. In a normal organic nonlinear optical material, the nonlinear optical effect is small when it is transparent in the wavelength region to be observed, and the nonlinear optical effect is large in the region of large absorption, that is, χ (2) and χ (3) are When it grows, it is common.

【0009】したがって、前記公報に記載されているよ
うに透明性ポリマーをホストにして光吸収性が高く非線
形光学効果の大きい材料をその透明性ポリマーの中に含
むばあい、前記伝搬損失の観点からその含有率をあまり
大きくできないため、電気光学的変調を行なうための充
分な性能をうることができないという問題があった。さ
らに、ポリマー中の分子は分子分散に近い状態であるた
め、全体の非線形光学特性は最大でも各分子の非線形光
学特性の単純和にしかならない。したがって非線形光学
活性な分子が微結晶や会合体などの構造を形成すること
によって発現する非線形光学特性の増大効果を利用でき
ないという問題があった。
Therefore, as described in the above publication, when a transparent polymer is used as a host and a material having a high light absorption property and a large nonlinear optical effect is contained in the transparent polymer, from the viewpoint of the propagation loss, Since the content rate cannot be increased so much, there is a problem that sufficient performance for performing electro-optical modulation cannot be obtained. Furthermore, since the molecules in the polymer are in a state close to the molecular dispersion, the overall non-linear optical characteristics are at most a simple sum of the non-linear optical characteristics of each molecule. Therefore, there is a problem in that the effect of increasing the nonlinear optical properties, which is exhibited by the formation of a structure such as a microcrystal or an aggregate, of the nonlinear optically active molecule cannot be utilized.

【0010】また、非線形光学材料自身に吸収がないば
あい、ホストポリマーである透明性ポリマーへの非線形
光学材料としてのπ共役系材料の含有率を向上させるこ
とができるが、相分離や微結晶化などの問題が起こる。
When the nonlinear optical material itself has no absorption, the content of the π-conjugated material as the nonlinear optical material in the transparent polymer as the host polymer can be improved, but phase separation and microcrystals Problems such as instability occur.

【0011】最も非線形光学効果が向上するのはホスト
ポリマーを用いず、その非線形光学材料そのものを用い
るばあいになるが、微結晶領域を形成するなど、散乱が
大きくなってしまうばあいが多く、光導波路として作製
することはできないという問題があった。
The non-linear optical effect is most improved when the host polymer is not used and the non-linear optical material itself is used. However, in many cases, such as when forming a microcrystalline region, scattering becomes large, There is a problem that it cannot be manufactured as an optical waveguide.

【0012】前記薄膜を用いた光導波路型の光変調器と
しては、たとえばマッハツェンダー型デバイスがあげら
れる。図7はマッハツェンダー型デバイスの構造を示し
たものである。
An example of an optical waveguide type optical modulator using the thin film is a Mach-Zehnder type device. FIG. 7 shows the structure of a Mach-Zehnder device.

【0013】すなわち、基板15上に分波部分と合波部
分とを有した導波路16を形成した構造であって、導波
路16の入射口から入射した光入力19はふたつの分岐
17、18に分割され、片方の光が通る分岐18には電
極21の対を設けて、分岐18の部分に電界を印加する
ことによって伝搬する光の位相を変化させ、もう一方の
分岐17からの光と合波して干渉効果における位相変化
によって光出力20を変化させるというものである。
That is, in the structure in which the waveguide 16 having the demultiplexing portion and the multiplexing portion is formed on the substrate 15, the optical input 19 incident from the entrance of the waveguide 16 is divided into two branches 17 and 18. The branch 18 which is divided into two parts is provided with a pair of electrodes 21 and the phase of the propagating light is changed by applying an electric field to the part of the branch 18, so that the light from the other branch 17 can be changed. The light output 20 is changed by combining and combining them to change the phase due to the interference effect.

【0014】ここで、光出力に対して0〜100%の変
調をうるには分岐17と分岐18からの光量が同じ量に
なることが必要であり、通常は光導波路のうち分波部分
と合波部分との間は対称的構造になるように設計され
る。しかし、すでに述べたように、非線形光学材料部分
に吸収損失や散乱があるばあい、このような設計では出
力光全体の信号レベルが小さくなる。
Here, in order to obtain a modulation of 0 to 100% with respect to the optical output, it is necessary that the amounts of light from the branch 17 and the branch 18 are the same amount, and normally, it is the same as the demultiplexing part of the optical waveguide. It is designed to have a symmetrical structure with the multiplexing part. However, as described above, if the nonlinear optical material portion has absorption loss or scattering, such a design reduces the signal level of the entire output light.

【0015】図8に従来のサンドイッチ型の光導波路を
示す。図7に示したマッハツェンダー型デバイスでは光
導波路に平行に設置した平行電極構造であったが、ここ
では、より簡単なサンドイッチ型の光導波路を示す。
FIG. 8 shows a conventional sandwich type optical waveguide. The Mach-Zehnder device shown in FIG. 7 has a parallel electrode structure installed in parallel with the optical waveguide, but here, a simpler sandwich optical waveguide is shown.

【0016】光導波路の光が伝搬する部分であるコア層
23は非線形光学材料で構成されている。基板22とバ
ッファー層24は光導波路のクラッド層として働く。2
5、26は電極である。バッファー層24は光導波路の
コア層23が電極26と直接接すると損失が大きくなる
ことを防いでおり、図7のようなマッハツェンダー型デ
バイスで用いた平行電極構造のときには不要である。光
導波路の伝搬光27は模式的に書くと図中に示すように
内部反射角θn1で全反射しながら進んでいる。
The core layer 23, which is the portion of the optical waveguide through which light propagates, is made of a non-linear optical material. The substrate 22 and the buffer layer 24 serve as a clad layer for the optical waveguide. Two
Reference numerals 5 and 26 are electrodes. The buffer layer 24 prevents the loss from becoming large when the core layer 23 of the optical waveguide is in direct contact with the electrode 26, and is unnecessary in the parallel electrode structure used in the Mach-Zehnder type device as shown in FIG. The propagating light 27 in the optical waveguide travels while being totally reflected at an internal reflection angle θ n1 as schematically shown in the figure.

【0017】このときの光導波路の有効屈折率Neff
π共役系材料の屈折率nn1を用いて Neff=nn1sinθn1 となる。光導波路に電界を印加したばあいの有効屈折率
effの変化は Neff+ΔNeff=(nn1+Δnn1)sin(θn1+Δθ
n1) となる。Δθn1は小さいので、次式のように変形され
る。
At this time, the effective refractive index N eff of the optical waveguide is N eff = n n1 sin θ n1 using the refractive index n n1 of the π-conjugated material. The change in the effective refractive index N eff when an electric field is applied to the optical waveguide is N eff + ΔN eff = (n n1 + Δn n1 ) sin (θ n1 + Δθ
n1 ). Since Δθ n1 is small, it is transformed into the following equation.

【0018】ΔNeff=Δnn1sinθn1 この屈折率の変化を光スイッチングデバイスへ適用する
ためには位相変化量Δφが2πラジアン程度必要であ
る。この位相変化量は、伝搬光の波長λとデバイス長L
を用いて書かれ、 Δφ=(2π/λ)ΔNeffL=2π の式より、必要なデバイス長Lはλ/ΔNeffとなる。
非線形光学材料の屈折率変化Δnn1は、電場または光電
場とともに増大するが、その変化には限界があり、ある
程度の大きさで飽和する。その飽和レベルは、この効果
が大きいばあいでも10-4程度またはそれ以下である。
ΔN eff = Δn n1 sin θ n1 In order to apply this change in refractive index to the optical switching device, the phase change amount Δφ needs to be about 2π radians. This amount of phase change is determined by the wavelength λ of the propagating light and the device length L.
The required device length L is λ / ΔN eff from the equation Δφ = (2π / λ) ΔN eff L = 2π.
The change Δn n1 in the refractive index of the nonlinear optical material increases with an electric field or an optical field, but there is a limit to the change and it saturates to some extent. Its saturation level is of the order of 10 −4 or less even when this effect is large.

【0019】このばあい、デバイス長としては2cm程
度の長さが必要となる。また、デバイス長Lは材料の吸
収係数αに対して、光が吸収されても充分な出力がえら
れるという観点から、L<α-1なる式で制限されてい
る。これから、吸収係数αは0.5cm-1以下である必
要があり、この大きさはほぼ完全な透明領域で初めてえ
られる程度のものである。しかしながら、前記のような
大きい屈折率変化Δnn1をもたらす非線形光学効果は吸
収の大きい共鳴吸収領域でしかうることができないのが
通常である。
In this case, the device length needs to be about 2 cm. Further, the device length L is limited by the expression L <α −1 with respect to the absorption coefficient α of the material, from the viewpoint that sufficient output can be obtained even if light is absorbed. From this, the absorption coefficient α needs to be 0.5 cm −1 or less, and this size is the one that can be obtained only in the almost completely transparent region. However, the non-linear optical effect that causes the large refractive index change Δn n1 as described above can usually be obtained only in the resonance absorption region where the absorption is large.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、非線形
光学材料の屈折率や吸収係数を変化させる機構である非
線形光学効果は、該材料の吸収のある領域で飛躍的に大
きくなるという共鳴吸収効果を示すのが普通であるのに
対して、デバイスを実現するためには、吸収が大きいと
デバイスを伝搬する光の吸収損失があって不利である。
このように、デバイス実現において、前記材料の透明性
と非線形光学効果にトレードオフの関係があるのが一般
的である。
As described above, the non-linear optical effect, which is a mechanism for changing the refractive index and absorption coefficient of the non-linear optical material, dramatically increases in the absorption region of the material. In general, the effect is shown, but in order to realize the device, if the absorption is large, there is an absorption loss of light propagating through the device, which is disadvantageous.
As described above, in realizing a device, it is general that there is a trade-off relationship between the transparency of the material and the nonlinear optical effect.

【0021】したがって、非線形光学材料に固有な吸収
領域における共鳴の非線形光学効果を利用しようとする
と、光導波路を形成したときの伝搬損失が大きくなるた
め、光導波路デバイスを製作することができない、また
は小さな非線形光学効果しか示さない透明な波長領域で
動作させるデバイスしか製作することができないという
問題点があった。
Therefore, if an attempt is made to utilize the non-linear optical effect of resonance in the absorption region peculiar to the non-linear optical material, the propagation loss when the optical waveguide is formed becomes large, so that the optical waveguide device cannot be manufactured, or There is a problem that only a device that operates in a transparent wavelength region that exhibits only a small nonlinear optical effect can be manufactured.

【0022】また、非線形光学材料自身は吸収を示さな
い透明なばあいでも、微結晶状態形成によって散乱が増
大し不透明化するなど、光の伝搬損失は増大するため、
デバイスには用いることができなかった。また、透明性
ポリマーをホストとした分散系では、分子の数が少ない
ため充分な性能がえられないとか、微結晶や会合体の形
成による非線形光学特性の増大効果が利用できないとい
う問題点があった。
Further, even when the nonlinear optical material itself is transparent without showing absorption, the propagation loss of light is increased because the scattering increases due to the formation of the microcrystalline state and becomes opaque.
It could not be used as a device. Further, in a dispersion system using a transparent polymer as a host, there are problems that sufficient performance cannot be obtained due to the small number of molecules and that the effect of increasing the nonlinear optical properties due to the formation of microcrystals or aggregates cannot be utilized. It was

【0023】また、前記のように高い非線形光学効果を
有するπ共役系材料を用いて光導波路を構成したばあ
い、π共役系材料の吸収係数が大きくなり、たとえ吸収
のないばあいでも微結晶性などの理由により散乱が大き
くなるなどのように、光導波路を伝搬する光の吸収損失
が大きくなるという問題があった。たとえば、マッハツ
ェンダー型デバイスを構成したばあい、出力光量が大幅
に減少するという問題があった。
Further, when the optical waveguide is formed by using the π-conjugated system material having the high nonlinear optical effect as described above, the absorption coefficient of the π-conjugated system material becomes large, and even if there is no absorption, the microcrystal is present. There is a problem that the absorption loss of the light propagating through the optical waveguide becomes large, such as the scattering becomes large due to the property. For example, when a Mach-Zehnder device is constructed, there is a problem that the output light amount is significantly reduced.

【0024】本発明は前記のような問題点に鑑みてなさ
れたもので、光を用いた通信や情報処理などの分野にお
ける光変調素子や光スイッチング素子などに用いられ、
伝搬損失が少なくて出力光量が大幅に減少しない新規な
光導波路デバイスを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is used for an optical modulator, an optical switching element and the like in the fields of communication using light and information processing.
It is an object of the present invention to provide a novel optical waveguide device that has a small propagation loss and does not significantly reduce the amount of output light.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明は、非線形光学材
料を用いてえられる光導波路デバイスであって、該光導
波路のコア層の非線形光学材料に実効的な電界を印加し
および/または外部からの制御光を照射もしくは導波し
て、該非線形光学材料の光学定数を変化させることによ
り、伝搬する光の強度および/または位相を変調させう
る光導波路デバイスにおいて、該光導波路のコア層が、
該伝搬する光の波長に対して実質的な光吸収を伴う特性
および/または光の散乱性の大きい特性を有するπ共役
系材料層と、少なくともひとつの透明性に優れたポリマ
ー層とを組み合せてえられることを特徴とする光導波路
デバイスに関する。
The present invention is an optical waveguide device obtained by using a nonlinear optical material, wherein an effective electric field is applied to the nonlinear optical material of the core layer of the optical waveguide and / or an external device. In the optical waveguide device capable of modulating the intensity and / or the phase of the propagating light by irradiating or guiding the control light from the optical waveguide to change the optical constant of the nonlinear optical material, the core layer of the optical waveguide is ,
A combination of a π-conjugated material layer having a property of substantially absorbing light with respect to the wavelength of the propagating light and / or a property of having a large light scattering property, and at least one polymer layer having excellent transparency. The present invention relates to an optical waveguide device characterized by being obtained.

【0026】また本発明は、π共役系材料が、チオフェ
ン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレ
ン、p−フェニレン、これらの置換体またはこれらの2
種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数nが4
〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数nが
20以上であるポリマー、無置換フタロシアニンおよび
金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも
1種であることが好ましい。
Further, in the present invention, the π-conjugated material is thiophene, vinylene, phenylenevinylene, phenylenevinylene, p-phenylene, a substitution product thereof or a combination thereof.
The number of the repeating units is 4 or more, and the number n of the repeating units is 4
It is preferably at least one selected from the group consisting of an oligomer having 10 to 10 or a polymer in which the number n of the repeating units is 20 or more, an unsubstituted phthalocyanine and a metal phthalocyanine.

【0027】さらに本発明は、入射した光を分波してふ
たつの光導波路に導波させ、その後合波することにより
光強度を制御するマッハツェンダー型デバイスにおい
て、一方の光導波路が請求項1または2記載のコア層を
有する光導波路からなり、他方の光導波路が非線形光学
特性を有しないポリマー材料だけの光導波路からなり、
かつ該ふたつの光導波路へ分割された光量の比が、両光
導波路における光の透過率の逆数の比に等しくなってい
ることを特徴とする光導波路デバイスに関する。
Further, according to the present invention, in a Mach-Zehnder device in which incident light is demultiplexed, guided to two optical waveguides, and then multiplexed to control the light intensity, one optical waveguide is claimed. Or an optical waveguide having a core layer according to 2, wherein the other optical waveguide is an optical waveguide made of only a polymer material having no non-linear optical characteristic,
Further, the present invention relates to an optical waveguide device characterized in that the ratio of the amount of light split into the two optical waveguides is equal to the ratio of the reciprocal of the light transmittance of both optical waveguides.

【0028】[0028]

【作用】本発明においては、吸収または散乱によって単
独では導波損失が大きくて光導波路に適用することがで
きなかった非線形光学材料でも、透明性に優れたポリマ
ー層と組み合わせて光導波路のコア層とすることによっ
て、そのような損失の大きい材料でもデバイス化が可能
となるものである。
In the present invention, the core layer of an optical waveguide is combined with a polymer layer having excellent transparency even in a nonlinear optical material which cannot be applied to an optical waveguide by itself because of large waveguide loss due to absorption or scattering. By using such a material, even such a material with large loss can be made into a device.

【0029】また本発明においては、π共役系材料が、
チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレ
ンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体またはこ
れらの2種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の
数nが4〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位
の数nが20以上であるポリマー、無置換フタロシアニ
ンおよび金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少
なくとも1種を用いることにより、さらに成膜性がよ
く、透明性の高いポリマー層との組み合せにより、光導
波路が形成されやすい。
Further, in the present invention, the π-conjugated material is
Thiophene, vinylene, chenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, substituted products thereof, or a repeating unit of two or more of them, and the number n of the repeating units is 4 to 10 or the number of the repeating units. By using at least one selected from the group consisting of a polymer in which n is 20 or more, an unsubstituted phthalocyanine and a metal phthalocyanine, an optical waveguide can be formed by combining with a polymer layer having better film forming property and high transparency. Easy to form.

【0030】さらに本発明においては、入射した光を分
波して、ふたつの光導波路に導波させ、その後、合波す
ることにより光強度を制御するマッハツェンダー型デバ
イスにおいて、一方の光導波路にだけ非線形光学材料を
含む損失のある光導波路を用い、ふたつの光導波路への
光量分割を両者の透過率の逆数の比に等しくなるように
して、効率よく光出力をうるものである。
Further, in the present invention, in the Mach-Zehnder type device in which incident light is demultiplexed, guided to two optical waveguides, and then multiplexed to control the light intensity, one optical waveguide is used. Only by using a lossy optical waveguide containing only a non-linear optical material, the light amount division into two optical waveguides is made equal to the ratio of the reciprocal of the two transmittances to obtain an efficient optical output.

【0031】[0031]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例による光導波
路の構造を示す図である。この第1の実施例は本発明の
最も基本的な構成を示すものであり、光導波路中の光強
度を変調したりスイッチングしたりできる光導波路デバ
イスとして動作する。
1 is a diagram showing the structure of an optical waveguide according to a first embodiment of the present invention. This first embodiment shows the most basic constitution of the present invention, and operates as an optical waveguide device capable of modulating and switching the light intensity in the optical waveguide.

【0032】図1において、1は基板、2は基板1上に
設けられたπ共役系材料層、3はポリマー層であり、π
共役系材料層2とポリマー層3とが光導波路としての光
閉じ込めが行われるコア層として動作する。4はバッフ
ァー層、5は入射光、6は出射光である。
In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a π-conjugated material layer provided on the substrate 1, 3 is a polymer layer, and π
The conjugated material layer 2 and the polymer layer 3 operate as a core layer that performs optical confinement as an optical waveguide. 4 is a buffer layer, 5 is incident light, and 6 is outgoing light.

【0033】7および8は、π共役系材料層2の光学定
数を変化させる制御光であり、7は導波路全体に光入射
するばあいに対応し、8は導波路内に入射するものであ
る。外部からの光による制御としては、7または8のい
ずれかがあればよいが、これ以外の方法でもかまわな
い。
Reference numerals 7 and 8 are control lights for changing the optical constant of the π-conjugated material layer 2, 7 corresponds to the case where light is incident on the entire waveguide, and 8 is incident on the inside of the waveguide. is there. The control by light from the outside may be either 7 or 8, but other methods may be used.

【0034】そのような方法としてはたとえば光導波路
をチャネル化して隣接する他の導波路からの光を入射さ
せる方法などがあげられる。9および10は光導波路に
電界を印加するための電極であり、外部電界をπ共役系
材料層への制御手段として用いないばあいは、これらの
電極はもちろん不要である。したがって、デバイスの制
御手段に応じて照射光の有無や電極の必要性が決まる。
また、印加電界と制御光の両方を用いることも可能であ
る。
As such a method, for example, there is a method in which the optical waveguide is formed into a channel and light from another adjacent waveguide is incident. Reference numerals 9 and 10 denote electrodes for applying an electric field to the optical waveguide, and these electrodes are of course unnecessary if an external electric field is not used as a control means for the π-conjugated material layer. Therefore, the presence or absence of irradiation light and the necessity of electrodes are determined depending on the control means of the device.
It is also possible to use both the applied electric field and the control light.

【0035】前記基板1の材料としては、たとえば通常
のガラスの他にシリコンなどの半導体を用いることがで
き、とくに制限はない。
As the material for the substrate 1, for example, a semiconductor such as silicon can be used in addition to ordinary glass, and there is no particular limitation.

【0036】本発明において用いることができる非線形
光学材料としては、π共役系材料以外にたとえば半導体
超微粒子を分散したガラスなどがあげられるが、光導波
路形成の点からπ共役系材料が好ましい。
The nonlinear optical material that can be used in the present invention includes, for example, glass in which semiconductor ultrafine particles are dispersed in addition to the π-conjugated material, but the π-conjugated material is preferable from the viewpoint of forming an optical waveguide.

【0037】前記π共役系材料層2に用いられるπ共役
系材料としては、外部からの制御光や電界によって屈折
率、吸収係数などの光学定数が変化する材料、すなわち
非線形光学効果を有する材料であればよい。光導波路に
用いるためには、通常は吸収が少ないことも必要である
が、本発明においてはその制限は緩和されており、光吸
収に伴う共鳴吸収効果による大きな非線形光学定数を有
する材料が利用可能である。したがって、適用できる材
料としては、あらゆるπ共役系材料が利用可能である
が、その具体例をつぎに示しておく。
The π-conjugated material used for the π-conjugated material layer 2 is a material whose optical constants such as a refractive index and an absorption coefficient are changed by external control light or an electric field, that is, a material having a nonlinear optical effect. I wish I had it. In order to use it for an optical waveguide, it is usually necessary that the absorption is small, but the limitation is relaxed in the present invention, and a material having a large nonlinear optical constant due to the resonance absorption effect accompanying light absorption can be used. Is. Therefore, as the applicable material, any π-conjugated material can be used, and a specific example thereof will be shown below.

【0038】前記π共役系材料としては、たとえばポリ
ピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換
ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポ
リピロール類、ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフ
ェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベン
ゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナ
フテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレン
ビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ(p−
フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニ
レン)類、ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、
ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−置換アニリ
ン)などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリ
アセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレ
ン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレン
などのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ(N−置
換カルバゾール)などのポリカルバゾール類、ポリセレ
ノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリ
ベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ(p−フェニレ
ン)などのポリ(p−フェニレン)類、ポリインドール
などのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピ
リダジン類、ポリアセンなどのポリアセン類などのポリ
マーやこれらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたと
えばチオフェン6量体であるα−セクシチェニル、スチ
リルベンゼン誘導体などのオリゴマー、金属フタロシア
ニン、無置換フタロシアニンなどの顔料、メロシアニン
色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられ
る。
Examples of the π-conjugated material include polypyrroles such as polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), poly (3,4-disubstituted pyrrole), polythiophene, poly (3). -Substituted thiophene), poly (3,4-disubstituted thiophene), polythiophenes such as polybenzothiophene, polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene, polychenylene vinylenes such as polyphenylene vinylene, poly ( p-
Poly (p-phenylene vinylene) s such as phenylene vinylene), polyaniline, poly (N-substituted aniline),
Poly (3-substituted aniline), poly (2,3-substituted aniline) and other polyanilines, polyacetylene and other polyacetylenes, polydiacetylene and other polydiacetylenes, polyazulene and other polyazylenes, polypyrene and other polypyrenes, polycarbazole , Polycarbazoles such as poly (N-substituted carbazole), polyselenophenes such as polyselenophene, polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran, poly (p-phenylene) s such as poly (p-phenylene), poly Polymers such as polyindoles such as indole, polypyridazines such as polypyridazine, polyacenes such as polyacene, and α-sexicenyl and styrylbenzene derived from, for example, thiophene hexamers having the same repeating units as those polymers. Oligomers, such as, metal phthalocyanine, pigments such as non-substituted phthalocyanine, merocyanine dyes, such as dyes such as hemicyanine dyes, and the like.

【0039】これらのπ共役系材料のうちでも、実際に
成膜性がよく、透明性の高いポリマー層とを組み合せて
光導波路を形成しやすいという点からπ共役系材料が、
チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレ
ンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体またはこ
れらの2種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の
数nが4〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位
の数nが20以上であるポリマー、無置換フタロシアニ
ンおよび金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少
なくとも1種が好ましい。
Among these π-conjugated materials, the π-conjugated material is preferable because it has a good film-forming property and can be easily combined with a polymer layer having high transparency to form an optical waveguide.
Thiophene, vinylene, chenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, substituted products thereof, or a repeating unit of two or more of them, and the number n of the repeating units is 4 to 10 or the number of the repeating units. At least one selected from the group consisting of polymers having n of 20 or more, unsubstituted phthalocyanines and metal phthalocyanines is preferable.

【0040】なお、前記π共役系材料のうち、いくつか
の材料の構造式をつぎに示す。
The structural formulas of some of the π-conjugated materials are shown below.

【0041】[0041]

【化1】 Embedded image

【0042】前記π共役系材料のうち、ポリマーやオリ
ゴマーは単独もしくは組み合せて用いてもよく、または
これらポリマーやオリゴマーの繰返し単位の2種以上を
有する共重合体を用いてもよく、さらにこれらのポリマ
ーやオリゴマーと無置換フタロシアニンや金属フタロシ
アニンなどとを組み合せて用いてもよい。
Among the above-mentioned π-conjugated materials, the polymers and oligomers may be used alone or in combination, or a copolymer having two or more kinds of repeating units of these polymers and oligomers may be used. Polymers and oligomers may be used in combination with unsubstituted phthalocyanine and metal phthalocyanine.

【0043】前記オリゴマーの繰返し単位の数nとして
は、4〜10であることが好ましく、前記ポリマーの繰
返し単位の数nとしては、20以上であることが好まし
い。
The number n of repeating units of the oligomer is preferably 4 to 10, and the number n of repeating units of the polymer is preferably 20 or more.

【0044】本発明においては、π共役系材料層2に、
たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ
基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基
を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエ
チレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導
体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料
や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、
水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有す
る材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アン
トラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセ
ン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘
導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように
電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ
(いわゆるドーピング)てもよい。
In the present invention, in the π-conjugated material layer 2,
For example, materials having functional groups such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, and nitro group, and electrons such as benzoquinone derivatives, tetracyanoethylene and tetracyanoquinodimethane, and their derivatives can be used. A material that serves as an acceptor, such as an amino group, a triphenyl group, an alkyl group,
Materials having functional groups such as hydroxyl groups, alkoxy groups, phenyl groups, substituted amines such as phenylenediamine, anthracene, benzanthracene, substituted benzanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and its derivatives, tetrathiafulvalene and its derivatives, etc. As described above, a material that serves as a donor that is an electron donor may be included (so-called doping).

【0045】前記π共役系材料層2の作製方法として
は、π共役系材料の種々の性質に依存するが(非線形光
学特性には無関係)、たとえば、スピンコート法、バー
コート法、ロールコート法、キャスト法、電解重合法、
真空蒸着法、ラングミュアーブロジェット法、CVD
法、ディップ法など有機薄膜を作製する方法であればよ
い。しかし、作製した薄膜を光導波路に適用する観点よ
り、薄膜の均質性や、表面の平滑性が高いことが必要で
あり、また、材料の非線形光学特性向上の観点より、真
空蒸着法が有力な方法のひとつとしてあげられる。
The method for producing the π-conjugated material layer 2 depends on various properties of the π-conjugated material (regardless of nonlinear optical characteristics), but for example, spin coating method, bar coating method, roll coating method. , Casting method, electrolytic polymerization method,
Vacuum deposition method, Langmuir-Blodgett method, CVD
Any method may be used as long as it is a method for producing an organic thin film, such as a dipping method or a dipping method. However, from the viewpoint of applying the fabricated thin film to an optical waveguide, it is necessary that the homogeneity of the thin film and the surface smoothness are high, and from the viewpoint of improving the nonlinear optical characteristics of the material, the vacuum deposition method is effective. It can be given as one of the methods.

【0046】前記ポリマー層3に用いられるポリマーと
しては、透明性の大きいポリマーであり、たとえば35
0nm〜1500nmの範囲内の波長を有する光の透過
率が80%から100%、好ましくは85%以上であ
り、このようなポリマーとしては、たとえばポリメチル
メタクリレートなどのアクリル樹脂およびメタクリル樹
脂、ポリスチレンやポリクロロメチルスチレンなどのポ
リスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド、
ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂などがあげられ
るが、透明性や成形性および薄膜化プロセスにおいてπ
共役系材料層への影響の有無などの点から、アクリル樹
脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂などが好まし
い。
The polymer used for the polymer layer 3 is a highly transparent polymer, for example, 35
The transmittance of light having a wavelength in the range of 0 nm to 1500 nm is 80% to 100%, preferably 85% or more. Examples of such a polymer include acrylic resin and methacrylic resin such as polymethylmethacrylate, polystyrene and the like. Polystyrene resin such as polychloromethylstyrene, polycarbonate resin, polyimide,
Examples include polyvinyl chloride resin and polyester resin.
Acrylic resins, polystyrene resins, polyimide resins, etc. are preferable from the viewpoint of whether or not they affect the conjugated material layer.

【0047】前記ポリマー層3の作製方法としては、た
とえばスピンコート法、バーコート法、ロールコート
法、キャスト法、電解重合法、真空蒸着法、ラングミュ
アーブロジェット法、CVD法、ディップ法などの他
に、ガラス基板などに液相状態のモノマーを封入し、加
熱あるいは光照射などによって重合させて固相のポリマ
ーとする方法などがあげられるが、下地になるπ共役系
材料層2に悪影響を及ぼすことなく、透明なポリマー層
3を形成するためには、モノマーからの成膜でなく、ポ
リマーからの成膜の方法で行うことが好ましい。さら
に、散乱が少ない透明な薄膜を作製するためには、溶媒
に溶かしたポリマーから薄膜を作製する方法であるスピ
ンコート法、バーコート法、ロールコート法、キャスト
法、ディップ法などが好ましい。
As the method for producing the polymer layer 3, for example, spin coating method, bar coating method, roll coating method, casting method, electrolytic polymerization method, vacuum deposition method, Langmuir Blodgett method, CVD method, dipping method, etc. Other methods include encapsulating a liquid phase monomer in a glass substrate or the like and polymerizing it by heating or light irradiation to form a solid phase polymer. In order to form the transparent polymer layer 3 without affecting, it is preferable to use a method of forming a film from a polymer instead of forming a film from a monomer. Further, in order to form a transparent thin film with less scattering, a spin coating method, a bar coating method, a roll coating method, a casting method, a dipping method and the like, which are methods of forming a thin film from a polymer dissolved in a solvent, are preferable.

【0048】前記バッファー層4に用いられる材料とし
ては、前述のポリマー層3と同様に、たとえばポリメチ
ルメタクリレートなどのアクリル樹脂およびメタクリル
樹脂、ポリスチレンやポリクロロメチルスチレンなどの
ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミ
ド、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂などがあげ
られるが、透明性や成形性および薄膜化プロセスにおい
てπ共役系材料層への影響の有無などの点から、アクリ
ル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂などが好ま
しい。
As the material used for the buffer layer 4, similar to the polymer layer 3 described above, for example, acrylic resin and methacrylic resin such as polymethylmethacrylate, polystyrene resin such as polystyrene and polychloromethylstyrene, polycarbonate resin, polyimide. , Polyvinyl chloride resin, polyester resin, etc., but acrylic resin, polystyrene resin, polyimide resin, etc. are preferable from the viewpoints of transparency, moldability, and presence or absence of influence on the π-conjugated material layer in the thinning process. .

【0049】前記バッファー層4の作製方法としては、
たとえばスピンコート法、バーコート法、ロールコート
法、キャスト法、電解重合法、真空蒸着法、ラングミュ
アーブロジェット法、CVD法、ディップ法などの他
に、ガラス基板などに液相状態のモノマーを封入し、加
熱あるいは光照射などによって重合させて固相のポリマ
ーとする方法などがあげられるが、下地になるポリマー
層2に悪影響を及ぼすことなく、バッファー層4を形成
するためには、モノマーからの成膜でなく、ポリマーか
らの成膜の方法で行うことが好ましい。さらに、散乱が
少ない透明な薄膜を作製するためには、溶媒に溶かした
ポリマーから薄膜を作製する方法であるスピンコート
法、バーコート法、ロールコート法、キャスト法、ディ
ップ法などが好ましい。また、バッファー層の形成過程
では、溶媒を用いるばあい、その溶媒が下地となるポリ
マー層3を溶出しないような組み合わせを選択すること
が好ましい。
As a method for producing the buffer layer 4,
For example, in addition to the spin coating method, bar coating method, roll coating method, casting method, electrolytic polymerization method, vacuum deposition method, Langmuir-Blodgett method, CVD method, dip method, etc., a liquid phase monomer is added to a glass substrate or the like. There is a method of encapsulating and polymerizing it by heating or light irradiation to form a solid phase polymer. In order to form the buffer layer 4 without adversely affecting the underlying polymer layer 2, it is necessary to use a monomer from a monomer. It is preferable to use a method of film formation from a polymer instead of the above film formation. Further, in order to form a transparent thin film with less scattering, a spin coating method, a bar coating method, a roll coating method, a casting method, a dipping method and the like, which are methods of forming a thin film from a polymer dissolved in a solvent, are preferable. When a solvent is used in the process of forming the buffer layer, it is preferable to select a combination in which the solvent does not elute the underlying polymer layer 3.

【0050】これらの材料は、それぞれ個別の制限はな
いが光導波路を形成するためには、それぞれの層の屈折
率がつぎの関係を示すことが必要である。
Each of these materials is not particularly limited, but in order to form an optical waveguide, it is necessary that the refractive index of each layer has the following relationship.

【0051】コア層となるπ共役系材料層2およびポリ
マー層3の屈折率はクラッド層となる基板1およびバッ
ファー層4の屈折率より大きくなければならない。
The refractive indexes of the π-conjugated material layer 2 and the polymer layer 3 which are the core layers must be higher than the refractive indexes of the substrate 1 and the buffer layer 4 which are the clad layers.

【0052】また、π共役系材料層2の屈折率とポリマ
ー層3の屈折率との間の大小関係についてはとくに制限
はないが、π共役系材料層2が導波光の吸収領域で用い
られ、ポリマー層は透明領域で用いられることから、通
常はπ共役系材料層の方がポリマー層よりも大きい屈折
率を有している。
The size relationship between the refractive index of the π-conjugated material layer 2 and the polymer layer 3 is not particularly limited, but the π-conjugated material layer 2 is used in the guided light absorption region. Since the polymer layer is used in the transparent region, the π-conjugated material layer usually has a higher refractive index than the polymer layer.

【0053】基板1の厚さとしては、とくに制限はな
い。ただし、電界印加型で行うばあいは、電界をπ共役
系材料層に印加するためにも基板の厚さは薄い方がよ
い。したがって、半導体などの半導電性の基板上に絶縁
性の薄膜を設けて基板としてもよい。
There is no particular limitation on the thickness of the substrate 1. However, in the case of the electric field application type, it is preferable that the thickness of the substrate is thin in order to apply the electric field to the π-conjugated material layer. Therefore, an insulating thin film may be provided on a semiconductive substrate such as a semiconductor to serve as the substrate.

【0054】π共役系材料層2の厚さとしては、光導波
路としたときの損失とポリマー層との関係から制限を受
ける。また、ポリマー層3はπ共役系材料層2と一体に
なって光導波路のコア層となるので、π共役系材料層2
の厚さより充分厚い方が好ましい。
The thickness of the π-conjugated material layer 2 is limited by the relationship between the loss when the optical waveguide is formed and the polymer layer. Further, since the polymer layer 3 is integrated with the π-conjugated material layer 2 to form the core layer of the optical waveguide, the π-conjugated material layer 2
It is preferable that the thickness is sufficiently thicker than the thickness.

【0055】しかし、光導波路の厚さが厚くなって高次
のモードが多数立つような厚さでは素子動作の観点から
不利であるので、ポリマー層3の厚さは1.5μmから
数μm程度が好ましい。
However, the thickness of the polymer layer 3 is about 1.5 μm to several μm because it is disadvantageous from the viewpoint of device operation if the thickness of the optical waveguide becomes thick and a large number of high-order modes stand. Is preferred.

【0056】また、このときのポリマー層3とπ共役系
材料層2から良好な光導波路を形成する膜厚の組み合わ
せについては、それらの導波損失の大きさから考える必
要があるが、損失が大きくなりすぎないように、π共役
系材料層2の厚さは少なくともポリマー層3の厚さの1
0%以下であることが好ましい。実際の厚さとしては、
通常150〜2000オングストローム程度が好まし
い。
Further, regarding the combination of film thicknesses for forming a good optical waveguide from the polymer layer 3 and the π-conjugated material layer 2 at this time, it is necessary to consider from the magnitude of the waveguide loss, but the loss is The thickness of the π-conjugated material layer 2 is at least 1 of the thickness of the polymer layer 3 so that it does not become too large.
It is preferably 0% or less. As for the actual thickness,
Usually, about 150 to 2000 angstrom is preferable.

【0057】電極9、10の材料としては、金やアルミ
ニウムなどの金属などあらゆる材料が使用可能である。
また、金属以外でも導電率が高ければよく、高ドープし
た導電性高分子やITOなどが使用できる。
As the material for the electrodes 9 and 10, any material such as metal such as gold or aluminum can be used.
Further, other than metals, it is sufficient that the conductivity is high, and a highly doped conductive polymer, ITO or the like can be used.

【0058】つぎに本実施例の素子の動作および動作原
理について説明する。
Next, the operation and operating principle of the device of this embodiment will be described.

【0059】ここでは、外部からの電界の強度にしたが
って屈折率が変化するばあいについて述べる。図2は、
本実施例における薄膜導波路内を光が伝搬している様子
を示したものである。図中に示した導波光11はπ共役
系材料層2とポリマー層3内を伝搬しており、その伝搬
する様子を模式的に示してある。このとき、ポリマー層
3内の内部反射角をθp、π共役系材料層2の内部反射
角をθn1とすると、光導波路全体としての有効屈折率N
effは次式のように書かれる。
Here, the case where the refractive index changes according to the strength of the electric field from the outside will be described. Figure 2
It shows how light is propagating in the thin film waveguide in the present embodiment. The guided light 11 shown in the figure propagates in the π-conjugated material layer 2 and the polymer layer 3, and the manner of propagation is schematically shown. At this time, if the internal reflection angle in the polymer layer 3 is θ p and the internal reflection angle in the π-conjugated material layer 2 is θ n1 , the effective refractive index N of the entire optical waveguide is N.
eff is written as

【0060】 Neff=npsinθp=nn1sinθn1p、nn1はそれぞれポリマー層3とπ共役系材料層2
の屈折率である。電極9、10によって電界が印加され
たばあい、π共役系材料層2の屈折率が変化する。その
変化をΔnn1とすると光導波路としての屈折率変化ΔN
effとの関係は、内部反射角の変化Δθn1を用いて次式
のようになる。
N eff = n p sin θ p = n n1 sin θ n1 n p and n n1 are the polymer layer 3 and the π-conjugated material layer 2 respectively.
Is the refractive index of. When an electric field is applied by the electrodes 9 and 10, the refractive index of the π-conjugated material layer 2 changes. If the change is Δn n1 , the change in refractive index as an optical waveguide ΔN
The relationship with eff is as follows using the change Δθ n1 in the internal reflection angle.

【0061】Neff+ΔNeff=(nn1+Δnn1)sin
(θn1+Δθn1) この式を変形し、θn1が小さいことから次式がえられ
る。
N eff + ΔN eff = (n n1 + Δn n1 ) sin
n1 + Δθ n1 ) This equation is modified, and since θ n1 is small, the following equation is obtained.

【0062】ΔNeff=Δnn1sinθn1 この屈折率変化は伝搬光の位相を変化させて伝搬光を変
調できるが、干渉型のデバイスを構成したばあい、必要
な位相の変化量Δφは典型的な量として2πとできるの
で、次式、 Δφ=(2π/λ)ΔNeffL=2π より、必要なデバイス長Lを求めることができる。よっ
て、L=λ/ΔNeffとなる。λは伝搬光の波長であ
る。
ΔN eff = Δn n1 sin θ n1 This change in the refractive index can change the phase of the propagating light to modulate the propagating light. However, in the case of constructing an interferometric device, the necessary phase change Δφ is typically Since the amount can be 2π, the required device length L can be obtained from the following equation: Δφ = (2π / λ) ΔN eff L = 2π. Therefore, L = λ / ΔN eff . λ is the wavelength of the propagating light.

【0063】ここで、デバイス長Lはやはり吸収係数α
から求められる有効長が上限の値を与えるが、導波路の
コア層におけるπ共役系材料層への電界閉じ込め係数η
を用いて L<1/(ηα)-1 となる。この電界閉じ込め係数ηは光導波路のコア層を
伝搬する光のうちのどれだけの強度がπ共役系材料層を
伝搬するかを示すものであり、一次近似として、コアを
形成する層の屈折率が大幅に違わない限りその厚さの分
率とほぼ対応する。π共役系材料単独で光導波路を形成
したばあいに比較してデバイス長の制限は1/ηだけ緩
くなる。たとえば、π共役系材料層が1000オングス
トローム、ポリマー層が2μmであれば電界閉じ込め係
数は約0.05となる。このばあい、デバイス長の制限
はπ共役系材料単独で作製したばあいに比較して20倍
緩和されることになる。
Here, the device length L is still the absorption coefficient α.
Although the effective length given by gives the upper limit, the electric field confinement factor η in the π-conjugated material layer in the core layer of the waveguide
And L <1 / (ηα) −1 . This electric field confinement factor η indicates how much of the intensity of light propagating in the core layer of the optical waveguide propagates in the π-conjugated material layer. As a first approximation, the refractive index of the layer forming the core It corresponds almost to the thickness fraction unless it is significantly different. The device length is less restricted by 1 / η compared to the case where the optical waveguide is formed of the π-conjugated material alone. For example, when the π-conjugated material layer is 1000 Å and the polymer layer is 2 μm, the electric field confinement coefficient is about 0.05. In this case, the limitation on the device length is relaxed 20 times as compared with the case where the π-conjugated material alone is manufactured.

【0064】本実施例のデバイスの動作としては、以下
のようになる。図1において、入射光5はπ共役系材料
層2とポリマー層3で構成されるコア層の中に閉じ込め
られて伝搬する。光の導入方法としては、導波路の端面
から導入する端面結合の他にプリズム結合やグレーティ
ング結合などの方法が用いられる。光が伝搬して出射光
6となっているが、電界を印加するとπ共役系材料層2
の屈折率が変化し、導波路全体としては、有効屈折率が
変化する。この変化によって導波路の伝搬の様子が変化
するため、出射光の方向が変化する。
The operation of the device of this embodiment is as follows. In FIG. 1, incident light 5 propagates while being confined in a core layer composed of a π-conjugated material layer 2 and a polymer layer 3. As a method of introducing light, a method such as prism coupling or grating coupling is used in addition to the end face coupling introduced from the end face of the waveguide. Light propagates and becomes emitted light 6, but when an electric field is applied, the π-conjugated material layer 2
And the effective refractive index of the waveguide as a whole changes. This change changes the propagation state of the waveguide, so that the direction of the emitted light changes.

【0065】また、入射光に45°方向に偏光した光を
入射させたばあい、入射波は基板面内方向に偏光したT
Eモードと基板垂直方向に偏光したTMモードに分かれ
て伝搬し、最後にその両者が合波されるため、一般に楕
円偏光となる。このとき、電極9および10に電界を印
加してコア層の内のπ共役系材料層2の屈折率が変化す
ると、有効屈折率が変化し、3つの波に分解されたTE
モードとTMモードの光に対する屈折率が変化する。こ
れによって伝搬する光の偏光状態が変化するため、位相
変調として動作する。また、検光子を用いれば光の強度
変調を行うことができる。
When incident light is polarized in the direction of 45 °, the incident wave is polarized in the in-plane direction of the substrate.
The E mode and the TM mode polarized in the direction perpendicular to the substrate are propagated separately, and finally both are combined, so that generally elliptically polarized light is obtained. At this time, when an electric field is applied to the electrodes 9 and 10 to change the refractive index of the π-conjugated material layer 2 in the core layer, the effective refractive index changes and TE is decomposed into three waves.
The refractive index for the mode light and the TM mode light changes. As a result, the polarization state of the propagating light changes, so that it operates as phase modulation. Further, the intensity of light can be modulated by using an analyzer.

【0066】実際には、光導波路全体としての有効屈折
率の変化ΔNeffはπ共役系材料単独で形成したばあい
よりも小さくなる。しかし、その小さくなる程度は電界
閉じ込め係数ηほど小さくならない。したがって、光導
波路を形成するπ共役系材料の吸収係数に対する制限が
小さくなった分だけ、π共役系材料の吸収の大きい材料
を用いることが可能となる。したがって、従来に比べて
共鳴吸収効果による大きな非線形光学効果を利用するこ
とができる。
In practice, the change ΔN eff in the effective refractive index of the optical waveguide as a whole is smaller than that in the case where the π-conjugated material alone is used. However, the degree of reduction is not so small as the electric field confinement coefficient η. Therefore, as the restriction on the absorption coefficient of the π-conjugated material forming the optical waveguide is reduced, it is possible to use a material having a large π-conjugated material absorption. Therefore, it is possible to utilize a large non-linear optical effect due to the resonance absorption effect as compared with the related art.

【0067】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。ここでは、第1の実施例と同様の構造をとっている
が、π共役系材料層2に対して電界を印加するための電
極に関して、上部電極10は平行電極型としてπ共役系
材料層2の上に設け、入射光5が電極10による伝搬損
失を避けている。したがって、その構造では上部電極が
直接、光の伝搬部分に関与しないので、電極による損失
を避けるために第1の実施例で設けたバッファー層4は
不要となる。なお、この電極構造は電界効果型トランジ
スタでよく用いられるものであり、π共役系材料層に効
率よく電界を印加することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Here, although the structure is similar to that of the first embodiment, with respect to the electrode for applying an electric field to the π-conjugated material layer 2, the upper electrode 10 is a parallel electrode type and the π-conjugated material layer 2 is used. To prevent the incident light 5 from propagating through the electrode 10. Therefore, in that structure, since the upper electrode does not directly participate in the light propagating portion, the buffer layer 4 provided in the first embodiment is unnecessary in order to avoid loss due to the electrode. This electrode structure is often used in field effect transistors, and an electric field can be efficiently applied to the π-conjugated material layer.

【0068】ここで、π共役系材料層2に用いるπ共役
系材料としては、すでに述べた材料が使用可能である。
Here, as the π-conjugated material used for the π-conjugated material layer 2, the above-mentioned materials can be used.

【0069】つぎに、本実施例の動作について説明す
る。入射光5はπ共役系材料層2とポリマー層3とから
なるコア層にすでに述べた方法によって導入される。こ
のとき、制御光として7をデバイス上面から光が伝搬し
ている部分に照射する。この制御光はπ共役系材料層2
に吸収共鳴して、大きい非線形光学効果を示す。具体的
には光カー効果によってπ共役系材料層2の屈折率が変
化し、導波する光に対して有効屈折率Neffが変化す
る。これによって伝搬光の位相が変化する。
Next, the operation of this embodiment will be described. Incident light 5 is introduced into the core layer composed of the π-conjugated material layer 2 and the polymer layer 3 by the method already described. At this time, 7 is irradiated as control light from the upper surface of the device to the portion where the light is propagating. This control light is transmitted through the π-conjugated material layer 2
Absorbs and resonates with and exhibits a large nonlinear optical effect. Specifically, the refractive index of the π-conjugated material layer 2 changes due to the Kerr effect, and the effective refractive index N eff changes with respect to the guided light. This changes the phase of the propagating light.

【0070】また、本実施例において電界を印加してお
き、制御光照射によって電荷対を発生させ、電界によっ
て電荷分離を行い基板1とπ共役系材料層2の界面に電
荷を蓄積できる。この蓄積電荷によっても非線形光学効
果が発現するので、導波光の導波態様を変化させられ
る。このばあい、制御光照射はパルス状であっても、電
荷の蓄積が保存されるのでこの変化は記憶される。この
ような記憶効果のある光スイッチング動作も可能とな
る。
In this embodiment, an electric field is applied in advance, charge pairs are generated by irradiation with control light, and charge separation is performed by the electric field, whereby charges can be accumulated at the interface between the substrate 1 and the π-conjugated material layer 2. Since the non-linear optical effect is also produced by this accumulated charge, the waveguiding mode of the guided light can be changed. In this case, even if the control light irradiation is pulsed, this change is memorized because the charge accumulation is preserved. An optical switching operation having such a memory effect is also possible.

【0071】図4は、本発明の第3の実施例であるマッ
ハツェンダー型デバイスの構造を示す図である。基板上
に光導波路がふたつに分岐し、合波される構造となって
いる。また図4におけるA−A線断面の構造を図5に示
す。作製方法としては、最初に基板上にπ共役系材料層
2を設ける。このときπ共役系材料層2は、光導波路分
岐の片方の分岐13上にのみ作製する。このデバイスで
は、導波路はチャネル型となるのでリソグラフィーの手
法を用いて光導波路部分だけπ共役系材料薄膜を形成す
る。つぎにポリマー層3を光導波路の形態になるように
薄膜を作製する。ここでは、非線形光学効果として光照
射による効果を用いているので、電極構造は不要であ
る。最後に光導波路をサイドクラッド層12の中に埋め
込んだチャネル導波路とするために、全体をポリマーで
埋めることを行う。この埋め込みの方法としてはどのよ
うなものでもよいが、たとえば紫外線硬化型のモノマ
ー、オリゴマーなどによって周囲を囲んで紫外線照射に
よって硬化させる方法などが用いられる。
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a Mach-Zehnder device according to the third embodiment of the present invention. An optical waveguide is branched into two on the substrate and combined. Further, FIG. 5 shows a structure of a cross section taken along the line AA in FIG. As a manufacturing method, first, the π-conjugated material layer 2 is provided on the substrate. At this time, the π-conjugated material layer 2 is formed only on one branch 13 of the optical waveguide branches. In this device, since the waveguide is a channel type, a π-conjugated material thin film is formed only in the optical waveguide portion by using a lithography method. Next, a thin film is formed so that the polymer layer 3 has a shape of an optical waveguide. Here, since the effect of light irradiation is used as the nonlinear optical effect, the electrode structure is unnecessary. Finally, in order to form a channel waveguide in which the optical waveguide is embedded in the side cladding layer 12, the whole is embedded with a polymer. Any embedding method may be used, but for example, a method of surrounding the periphery with an ultraviolet curable monomer or oligomer and curing it by ultraviolet irradiation is used.

【0072】また、この光導波路においては、π共役系
材料層2を有する分岐13の方が、分岐14に比較して
損失が大きいので、分岐した光導波路の合波するところ
で両者の光量が一致するように、最初のY分岐のところ
で光量の分割比を以下のように設定した。すなわち、分
岐13の透過率をT(13)、分岐14の透過率をT
(14)とすると、分岐13への光量と分岐14への光
量を1/T(13):1/T(14)になるよう設定し
た。このようにしたことで、合波するところでの各分岐
からの光量は同量となった。
Further, in this optical waveguide, the branch 13 having the π-conjugated material layer 2 has a larger loss than the branch 14, so that the amounts of light of the two branches are the same when they are combined. In order to do so, the division ratio of the light quantity at the first Y branch was set as follows. That is, the transmittance of the branch 13 is T (13) and the transmittance of the branch 14 is T (13).
Assuming that (14), the light amount to the branch 13 and the light amount to the branch 14 are set to be 1 / T (13): 1 / T (14). By doing so, the amount of light from each branch where they are combined becomes the same.

【0073】実際に本素子に光を入射したところ、制御
光7を照射しない状態でえられる出力光6は、ちょうど
光導波路全体が分岐14と同じ構造で構成されているば
あいの出射光強度と同程度となった。また、制御光7を
照射したときは、分岐13での有効屈折率が変化して分
岐13の位相が変化して分岐14からの光と干渉し、出
力光強度はほぼ零となった。
When light is actually incident on this element, the output light 6 obtained without irradiating the control light 7 has the same output light intensity as when the entire optical waveguide has the same structure as the branch 14. It was about the same. Further, when the control light 7 was applied, the effective refractive index in the branch 13 changed, the phase of the branch 13 changed, and the light interfered with the light from the branch 14, and the output light intensity became almost zero.

【0074】以下、本発明をさらに具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。
The present invention will be described in more detail below, but the present invention is not limited to these examples.

【0075】図6は本発明の第4の実施例である。ガラ
ス基板上にπ共役系材料層2としてα−セクシチェニル
(チオフェン6量体)を真空蒸着によって50nmの厚
さに蒸着した。その後、可溶性ポリイミドのγ−ブチル
ラクトン溶液を用いてスピンコート法によって厚さ1.
5μmのポリマー層3を設けた。光導波路はスラブ型で
ありその伝搬長は2cmとした。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. Α-Sexcenyl (thiophene hexamer) was deposited as a π-conjugated material layer 2 on a glass substrate by vacuum vapor deposition to a thickness of 50 nm. Then, the thickness of 1.
A 5 μm polymer layer 3 was provided. The optical waveguide was a slab type, and its propagation length was 2 cm.

【0076】入射光5としては、波長630nmの半導
体レーザを用い、45°の直線偏光を端面結合法によっ
て入射させた。この波長は、α−セクシチェニルの吸収
領域にわずかにかかっているうえに散乱も小さくないの
で、この材料単独での光導波路化は不可能である。
As the incident light 5, a semiconductor laser having a wavelength of 630 nm was used, and linearly polarized light of 45 ° was made incident by the end face coupling method. Since this wavelength is slightly over the absorption region of α-sexicenyl and the scattering is not small, it is impossible to use this material alone as an optical waveguide.

【0077】出射光6としては、端面からの光をレンズ
系で集光して検知し、その薄膜素子がデバイスとして動
作していることが確認された。このときのガラス基板の
屈折率は1.5、α−セクシチェニル膜の屈折率は1.
8、可溶性ポリイミド膜の屈折率は1.6であったの
で、有効屈折率1.5ないし1.6の有効屈折率を有す
る導波モードがえられることがわかった。出射光はビー
ムスプリッターによって水平偏光成分と垂直偏光成分と
によって分離したうえで、両者の成分の位相のずれを測
定した。
As the emitted light 6, the light from the end face was condensed and detected by the lens system, and it was confirmed that the thin film element was operating as a device. At this time, the refractive index of the glass substrate is 1.5, and the refractive index of the α-sexicenyl film is 1.
8. Since the soluble polyimide film had a refractive index of 1.6, it was found that a guided mode having an effective refractive index of 1.5 to 1.6 was obtained. The emitted light was separated by a beam splitter into a horizontal polarization component and a vertical polarization component, and then the phase shift of both components was measured.

【0078】さらに、制御光7としてα−セクシチェニ
ルの吸収領域である波長520nmの光を光導波路全体
に照射した。このときも出射光6の垂直偏光成分と水平
偏光成分との位相のずれを測定した。その結果、その位
相のずれは制御光7を照射したときとしないときで差が
あり、本実施例の素子が伝搬光の位相変調素子として動
作することがわかった。
Further, as the control light 7, light having a wavelength of 520 nm, which is an absorption region of α-sexicenyl, was applied to the entire optical waveguide. Also at this time, the phase shift between the vertically polarized component and the horizontally polarized component of the emitted light 6 was measured. As a result, there was a difference in the phase shift between when the control light 7 was irradiated and when the control light 7 was not irradiated, and it was found that the element of this example operates as a phase modulation element for propagating light.

【0079】つぎに、本発明の第5の実施例について図
1を用いて説明する。図1における基板1および下部電
極9として、本実施例では熱酸化膜(シリコン酸化膜)
が付いているシリコン基板を用いた。基板1に対しては
シリコン酸化膜が、電極9に対してはシリコン基板がそ
れぞれ対応する。ここで、シリコン基板は高ドープによ
る高い電導度を持つ基板で、その熱酸化膜の厚さは15
0nmである。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As the substrate 1 and the lower electrode 9 in FIG. 1, a thermal oxide film (silicon oxide film) is used in this embodiment.
A silicon substrate marked with was used. The silicon oxide film corresponds to the substrate 1, and the silicon substrate corresponds to the electrode 9. Here, the silicon substrate is a substrate having high conductivity due to high doping, and the thickness of the thermal oxide film is 15
It is 0 nm.

【0080】その上にπ共役系材料層2として第4の実
施例で用いたα−セクシチェニルを用い、真空蒸着によ
って100nmの厚さの層を作製した。つぎにポリマー
層3として可溶性ポリイミドをスピンコート法によって
3μmの厚さに設けた。つぎにバッファー層4としてポ
リメチルメタクリレート層を500nmの厚さにスピン
コート法によって設けた。さらにその上に上部電極とし
て金を500nmの厚さに真空蒸着によって設けた。
A layer having a thickness of 100 nm was formed thereon by vacuum evaporation using the α-sexicenyl used in the fourth example as the π-conjugated material layer 2. Next, soluble polyimide was provided as the polymer layer 3 by a spin coating method to a thickness of 3 μm. Next, a polymethylmethacrylate layer was formed as the buffer layer 4 to a thickness of 500 nm by spin coating. Further, gold was provided as an upper electrode thereon by vacuum evaporation to a thickness of 500 nm.

【0081】屈折率は、シリコン酸化膜が1.45、α
−セクシチェニル膜が1.80、可溶性ポリイミド膜が
1.56、ポリメチルメタクリレート膜が1.49とな
り、α−セクシチェニル層と可溶性ポリイミド層とから
なるコア層が導波路として働くことがわかった。
The refractive index of the silicon oxide film is 1.45, α
-The sexexenyl film was 1.80, the soluble polyimide film was 1.56, and the polymethylmethacrylate film was 1.49, and it was found that the core layer composed of the α-sexicenyl layer and the soluble polyimide layer functions as a waveguide.

【0082】入射光5として波長510nmのレーザを
用い、プリズム結合によって光導波路内へ導波させた。
波長510nmはこのα−セクシチェニルの吸収端に対
応しており、前記の構造にすることによって光導波路化
が可能となった。このとき、シリコン基板と上部電極と
の間に電界を印加した。電界は上部電極を接地し、シリ
コン基板に−20Vを印加した。この電界の印加により
α−セクシチェニル層において波長510nmの光に対
して吸収が発生し、出射光6の強度が減少した。このよ
うに電界の印加で光強度を変調できることがわかった。
A laser having a wavelength of 510 nm was used as the incident light 5, and the light was guided into the optical waveguide by prism coupling.
The wavelength of 510 nm corresponds to the absorption edge of α-sexicenyl, and the above structure made it possible to form an optical waveguide. At this time, an electric field was applied between the silicon substrate and the upper electrode. As for the electric field, the upper electrode was grounded and −20 V was applied to the silicon substrate. By the application of this electric field, absorption of light with a wavelength of 510 nm occurred in the α-sexicenyl layer, and the intensity of the emitted light 6 decreased. Thus, it was found that the light intensity can be modulated by applying an electric field.

【0083】つぎに本発明の第6の実施例について図4
を用いて説明する。図4において石英ガラスからなる基
板1上に、π共役系材料層2としてα−セクシチェニル
を用い、分岐13における分岐部および合波部を除く部
分に光導波路となるよう薄膜を作製した。α−セクシチ
ェニルの層の厚さは60nmとし、この上にポリマー層
としてポリクロロメチルスチレンを用いて1.5μmの
厚さに成膜した。パターンの形成はリソグラフィーによ
って行った。ここで、ポリクロロメチルスチレンはレジ
ストとして動作するので、このパターンを照射すること
によって溶媒への可溶性が変化する特性を利用して作製
した。最後に紫外線硬化樹脂によって周囲を埋め込むこ
とによってサイドクラッド層12を作製した。これによ
ってマッハツェンダー型の干渉デバイスが作製できた。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be explained. In FIG. 4, on the substrate 1 made of quartz glass, α-sexicenyl was used as the π-conjugated material layer 2, and a thin film was formed so as to serve as an optical waveguide in a portion of the branch 13 excluding the branching portion and the multiplexing portion. The thickness of the α-sexicenyl layer was set to 60 nm, and polychloromethylstyrene was used as a polymer layer thereon to form a film having a thickness of 1.5 μm. The pattern was formed by lithography. Here, since polychloromethylstyrene operates as a resist, it was produced by utilizing the characteristic that the solubility in a solvent changes by irradiating this pattern. Finally, the side cladding layer 12 was produced by embedding the periphery with an ultraviolet curable resin. As a result, a Mach-Zehnder type interference device could be manufactured.

【0084】つぎに本発明の第7の実施例について図6
を用いて説明する。図6において、ガラスからなる基板
1上にπ共役系材料層2としてポリチェニレンビニレン
(PVT)膜を設けた。PTV膜は可溶性前駆体の溶液
をスピンコートした後、熱処理を行うことによってうる
ことができる。ここでは厚さ60nmとした。その後、
第4の実施例と同様にして、可溶性ポリイミドのγ−ブ
チルラクトン溶液を用いてスピンコート法によって厚さ
1.5μmのポリマー層3を設けた。光導波路はスラブ
型でありその伝搬長は2cmとした。入射光5として
は、波長830nmの半導体レーザを用い、45°の直
線偏光を端面結合法によって入射させた。この波長は、
PTVの光吸収領域ではないが、散乱が大きく、PTV
単独で形成した膜では光導波は不可能であった。デバイ
スからの出射光6は、端面からの光をレンズ系で集光し
て検知しているが、制御光7の照射によって、その偏光
特性が変化することから、本実施例の素子が伝搬光の位
相変調素子として動作することがわかった。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be explained. In FIG. 6, a polyphenylene vinylene (PVT) film was provided as a π-conjugated material layer 2 on a substrate 1 made of glass. The PTV film can be obtained by spin coating a solution of a soluble precursor and then performing heat treatment. Here, the thickness is 60 nm. afterwards,
In the same manner as in the fourth embodiment, a polymer layer 3 having a thickness of 1.5 μm was provided by a spin coating method using a γ-butyl lactone solution of soluble polyimide. The optical waveguide was a slab type, and its propagation length was 2 cm. A semiconductor laser having a wavelength of 830 nm was used as the incident light 5, and linearly polarized light of 45 ° was made incident by the end face coupling method. This wavelength is
Although it is not the light absorption region of PTV, the scattering is large, and PTV
Optical waveguiding was not possible with the film formed alone. The emitted light 6 from the device is detected by collecting the light from the end face with a lens system, but since the polarization characteristic is changed by the irradiation of the control light 7, the element of this embodiment propagates the light. It was found that it operates as a phase modulation element of.

【0085】つぎにこの素子に対して波長830nmの
半導体レーザ光を入射し導波させた。波長830nmの
光はα−セクシチェニルの微結晶性のために、吸収はな
いが散乱が大きく、そのまま単層では光導波路として用
いることは難しいが、本実施例のように透明ポリマーと
組み合わせたコア層とすることによって光導波路化を可
能とした。制御光としては波長480nmのレーザを用
いた。制御光7が照射されていないときは出射光として
出力をとりだすことができたが、制御光7が照射された
ときには出射光の強度が減少しゼロとなった。
Next, a semiconductor laser beam having a wavelength of 830 nm was made incident and guided to this device. Light having a wavelength of 830 nm is not absorbed but has a large scattering due to the microcrystalline property of α-sexicenyl, and it is difficult to use it as a single layer as an optical waveguide as it is, but as in this example, a core layer combined with a transparent polymer is used. By making it possible, an optical waveguide can be realized. A laser having a wavelength of 480 nm was used as the control light. When the control light 7 was not emitted, the output could be taken out as the emitted light, but when the control light 7 was emitted, the intensity of the emitted light decreased and became zero.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上のように本発明に関わる光導波路デ
バイスは、光導波路のコア層に、導波する光の波長に対
して吸収や散乱を有するため単独では光導波路を形成し
ないπ共役系材料の層と、少なくともひとつの透明性に
すぐれたポリマー層とを組み合わせて用いることによっ
て、従来では光導波路デバイスに適用できなかった吸収
共鳴領域の大きい非線形光学効果の利用が可能となり、
伝搬損失が少なくて出力光量が大幅に減少しない光導波
路デバイスである。
As described above, in the optical waveguide device according to the present invention, the core layer of the optical waveguide absorbs or scatters the wavelength of the guided light and therefore does not form an optical waveguide by itself. By using a material layer and at least one polymer layer having excellent transparency in combination, it becomes possible to use a nonlinear optical effect having a large absorption resonance region, which has heretofore not been applicable to an optical waveguide device.
It is an optical waveguide device that has a small propagation loss and does not significantly reduce the amount of output light.

【0087】また本発明においては、π共役系材料が、
チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレ
ンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体またはこ
れらの2種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の
数nが4〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位
の数nが20以上であるポリマー、無置換フタロシアニ
ンおよび金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少
なくとも1種を用いることにより、さらに成膜性がよく
透明性の高いポリマー層との組み合せによる光導波路が
形成されやすい。
In the present invention, the π-conjugated material is
Thiophene, vinylene, chenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, substituted products thereof, or a repeating unit of two or more of them, and the number n of the repeating units is 4 to 10 or the number of the repeating units. By using at least one selected from the group consisting of a polymer in which n is 20 or more, an unsubstituted phthalocyanine and a metal phthalocyanine, an optical waveguide is formed by a combination with a polymer layer having good film-forming property and high transparency. Cheap.

【0088】さらに本発明の光導波路デバイスは、マッ
ハツェンダー型デバイスにおけるふたつの分岐の内の片
方だけに、吸収や損失はあるが共鳴などによって大きな
非線形光学効果を有するπ共役系材料層と透明なポリマ
ー層とからなるコア層が形成される光導波路を用い、他
方の分岐の光導波路には透明ポリマー層だけをコア層と
する構造を用い、π共役系材料への制御光の照射により
屈折率を変化させることによって、合波した後の出射光
の強度を変調するデバイスにおいて、ふたつの分岐導波
路への光量の分割を両者の透過率の逆数の比に等しくな
るようにしたため、π共役系材料による損失を考慮して
ふたつの分岐から同じ強度の光量をえて、動作時に出射
光の強度をゼロにできる光導波路デバイスである。
Furthermore, in the optical waveguide device of the present invention, only one of the two branches in the Mach-Zehnder device is transparent to the π-conjugated material layer having absorption and loss but having a large nonlinear optical effect due to resonance or the like. An optical waveguide in which a core layer consisting of a polymer layer is formed is used, and the optical waveguide of the other branch has a structure in which only the transparent polymer layer is used as the core layer. In the device that modulates the intensity of the output light after combining by changing the, the split of the light quantity into the two branch waveguides is made equal to the ratio of the reciprocal of the two transmittances. This is an optical waveguide device in which the amount of light of the same intensity can be obtained from two branches in consideration of the loss due to the material, and the intensity of emitted light can be made zero during operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例および第5の実施例に
おける光導波路デバイスの構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an optical waveguide device according to a first embodiment and a fifth embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施例における光導波路デバ
イスのA−A線断面の構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a cross section taken along the line AA of the optical waveguide device in the first example of the present invention.

【図3】 本発明の第2の実施例における光導波路デバ
イスの構造を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a structure of an optical waveguide device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第3の実施例および第6の実施例に
おけるマッハツェンダー型デバイスの構造を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a Mach-Zehnder device in a third embodiment and a sixth embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第3の実施例および第6の実施例に
おけるマッハツェンダー型デバイスのA−A線断面の構
造を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a Mach-Zehnder device taken along line AA in a third embodiment and a sixth embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第4の実施例における光導波路デバ
イスの構造を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of an optical waveguide device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】 従来のマッハツェンダー型の光導波路デバイ
スの構造を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a structure of a conventional Mach-Zehnder type optical waveguide device.

【図8】 従来の光導波路デバイスの断面の構造を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional optical waveguide device.

【符号の説明】 1 基板、2 π共役系材料層、3 ポリマー層、4
バッファー層、5 入射光、6 出射光、7 制御光、
8 制御光、9 下部電極、10 上部電極、11 伝
搬光、12 サイドクラッド層、13 (π共役系材料
層を含む)分岐、14 分岐、15 基板、16 導波
路、17 分岐、18 分岐、19 入射光、20 出
射光、21 電極対、22 基板、23 コア層、24
クラッド層、25 下部電極、26 上部電極、27
伝搬光。
[Explanation of Codes] 1 substrate, 2 π-conjugated material layer, 3 polymer layer, 4
Buffer layer, 5 incident light, 6 emitted light, 7 control light,
8 control light, 9 lower electrode, 10 upper electrode, 11 propagating light, 12 side cladding layer, 13 branch (including π-conjugated material layer) branch, 14 branch, 15 substrate, 16 waveguide, 17 branch, 18 branch, 19 Incident light, 20 Emitted light, 21 Electrode pair, 22 Substrate, 23 Core layer, 24
Clad layer, 25 lower electrode, 26 upper electrode, 27
Propagating light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渕上 宏幸 尼崎市塚口本町八丁目1番1号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者 角田 誠 尼崎市塚口本町八丁目1番1号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyuki Fuchigami 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Material Device Research Center (72) Inventor Makoto Tsunoda 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki Mitsubishi Electric Device Co., Ltd. Material Device Research Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非線形光学材料を用いてえられる光導波
路デバイスであって、該光導波路のコア層の非線形光学
材料に実効的な電界を印加しおよび/または外部からの
制御光を照射もしくは導波して、該非線形光学材料の光
学定数を変化させることにより、伝搬する光の強度およ
び/または位相を変調させうる光導波路デバイスにおい
て、該光導波路のコア層が、該伝搬する光の波長に対し
て実質的な光吸収を伴う特性および/または光の散乱性
の大きい特性を有するπ共役系材料層と、少なくともひ
とつの透明性に優れたポリマー層とを組み合せてえられ
ることを特徴とする光導波路デバイス。
1. An optical waveguide device obtained by using a nonlinear optical material, wherein an effective electric field is applied to the nonlinear optical material of the core layer of the optical waveguide and / or control light from the outside is irradiated or guided. In the optical waveguide device capable of modulating the intensity and / or the phase of the propagating light by changing the optical constant of the nonlinear optical material by oscillating, the core layer of the optical waveguide is adjusted to the wavelength of the propagating light. On the other hand, it is possible to combine a π-conjugated material layer having a property of substantially absorbing light and / or a property of having a large light scattering property, and at least one polymer layer having excellent transparency. Optical waveguide device.
【請求項2】 π共役系材料が、チオフェン、ビニレ
ン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、p−フ
ェニレン、これらの置換体またはこれらの2種以上を繰
返し単位とし、かつ該繰返し単位の数nが4〜10であ
るオリゴマーもしくは該繰返し単位の数nが20以上で
あるポリマー、無置換フタロシアニンおよび金属フタロ
シアニンよりなる群から選ばれた少なくとも1種である
請求項1記載の光導波路デバイス。
2. The π-conjugated material has thiophene, vinylene, phenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, a substitution product thereof or two or more of these repeating units, and the number n of the repeating units is 4. 10. The optical waveguide device according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of an oligomer of 10 to 10 or a polymer in which the number n of the repeating units is 20 or more, an unsubstituted phthalocyanine and a metal phthalocyanine.
【請求項3】 入射した光を分波してふたつの光導波路
に導波させ、その後合波することにより光強度を制御す
るマッハツェンダー型デバイスにおいて、一方の光導波
路が請求項1または2記載のコア層を有する光導波路か
らなり、他方の光導波路が非線形光学特性を有しないポ
リマー材料だけの光導波路からなり、かつ該ふたつの光
導波路へ分割された光量の比が、両光導波路における光
の透過率の逆数の比に等しくなっていることを特徴とす
る光導波路デバイス。
3. A Mach-Zehnder device that splits incident light, guides it to two optical waveguides, and then multiplexes the light to control the light intensity. Optical waveguide having a core layer, the other optical waveguide is an optical waveguide made only of a polymer material having no non-linear optical characteristics, and the ratio of the amount of light divided into the two optical waveguides is An optical waveguide device characterized by being equal to the ratio of the reciprocal of the transmittance of.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63148207A (en) * 1986-12-12 1988-06-21 Nec Corp Optical multiplexing and demultiplexing element
JPH06208147A (en) * 1992-10-27 1994-07-26 Hoechst Ag Optical member based on langmuir-blogett layer
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