JPH09145942A - 屈折率調整方法、屈折率調整可能な光導波路および該光導波路を用いた屈折率調整光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路の屈折率を簡便に調節し、しかも得
られた屈折率を維持するのに何らエネルギーを必要とし
ない、自己保存型の屈折率調整方法、屈折率調整可能な
光導波路および該光導波路を用いた屈折率調整光導波路
の製造方法を提供すること。 【解決手段】 光導波路のコアまたはクラッドの少なく
とも一部に、エネルギー線の照射、電圧印加、電流印
加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸ま
たはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行
うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設ける。
前記操作の少なくとも一つを行うことにより該有機化合
物の屈折率を変化させる。この有機化合物を光導波路の
コアおよび／またはクラッドに設けて屈折率調整可能な
光導波路を作製し、さらに前記操作の少なくとも一つを
行うことにより屈折率調整光導波路が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン（Ｓｉ）
基板等の基板上に設けられた光導波路のコアおよび／ま
たはクラッドの屈折率を調整する方法および該方法によ
り製造される光導波路に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】シリコン（Ｓｉ）に代表される基板上に
設けられた、コア・クラッド構造を持つ光導波回路（Ｐ
ＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、次世代の光通
信、光コンピューティングを支える基本技術の一つであ
る。

【０００３】このＰＬＣには、単純な光の通り道である
導波路だけでなく、光回路を構成する光素子がある。光
素子としては、３ｄＢカプラ、ＭＺ型干渉計形光スイッ
チ、アレイ形光導波路、リングレーザなど、多種類に及
ぶ。これらの光素子を数多く混載した光回路が、現在開
発されている。

【０００４】上記のような光素子が搭載、あるいは混載
された光回路では、目的の異なった、機能を異にする光
素子（３ｄＢカプラ、ＭＺ型干渉計形光スイッチ、アレ
イ形光導波路、リングレーザなど）が一体化されて作製
されることになるため、それぞれの光素子に要求されて
いる（機能を充分に発揮できる）設計値通りに光素子を
作製させ光回路を完成させることは困難である。

【０００５】その理由は、それぞれの光素子は、要求さ
れている設計値を満たすように、寸法や位置関係が決め
られるものであり、また、コアやクラッドにそれぞれ多
種類のドーパントが複雑な組成で混入するよう求められ
ており、それら多種類のドーパントを含めた作製条件
（温度や加熱時間、加工条件等）もそれぞれの光素子に
よって最適な条件があるからである。

【０００６】これらの光素子を組み合わせた光回路を作
製する場合には、加工時の歪みや屈折率の予期しない分
布や揺らぎが生じるが、これらを全て制御して加工する
ことは無理があり、結局、これら光素子作製条件の平均
的な条件を採用するしかなく、従って光素子に求められ
ている設計値通りの機能を引き出すように作製すること
は困難である。

【０００７】すなわち、光回路に組み込まれているすべ
ての素子の設計値を満たすような組成と作製条件を見出
すことは非常に困難であり、また仮に見出すことに成功
したとしても、見出した光回路に、別の新たな光素子を
追加したい要求が生じた場合には、その光回路全体の作
製条件と組成をすべて見直さなければならず、実用的で
はない。このような設計値からのずれ（設計屈折率のず
れ、加工寸法のずれ、位置精度のずれ、加工した導波路
形状のずれ等を含む）は、光導波路長の実効的な誤差を
生じ、結果として光導波路を通る光の位相を設計通りに
制御できない結果となる。また、３ｄＢカプラ素子では
光の分割比がずれ、遅延回路では遅延誤差となる。

【０００８】例えば、アレイ形光導波路素子などは、一
つの光導波路中を伝搬してきた波長の異なる光を波長毎
に分割して、別々の異なった数本の光導波路へ振り分け
たり、逆に数本の光導波路を伝搬してきた波長の異なる
光をまとめて一つの光導波路へ導くことのできる光素子
であるが、このアレイ導波路素子に接続している多数の
光導波路を設計値通りに作製することは非常に困難であ
る。また、３ｄＢカプラは光を分岐させる基本的な素子
であり、他の機能素子と混載して使われる場合が多い。
このような３ｄＢカプラを混載した光回路の場合には、
作製条件を他の光導波路素子に合わせざるを得ないた
め、３ｄＢカプラの分割比が５０：５０とはならず、ず
れた値をとることになる。

【０００９】これらの設計値からのずれを調整するため
に、従来は熱光学（ＴＯ）効果を利用したヒータを組み
込んだ、いわゆるＴＯ効果型の補正方法が用いられてい
た。しかしながら、ＴＯ効果の利用は各光導波路の温度
を個別に制御するためのコンピュータや制御回路が必
要、通電用電源が必要不可欠になるなど装置が大がかり
となり、また消費電力も大きくなるとともに、ヒートシ
ンクやペルチェ素子も容量の大きなものが必要になるな
ど実用的には不向きであった。実際、このようなＴＯ効
果での導波路実効長の調整、屈折率の調整では常時電力
供給が必要であり、また調整幅が小さく、光導波路の大
きなずれの補正には不向きである。ＴＯ効果で光導波路
を長時間強熱して導波路実効長、屈折率の調整を固定す
ることも試みられているが、調整幅の小さいものに留ま
っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
技術においては、光導波路の加工における設計値からの
ずれに対処するため、簡単で、電力等の常時供給が不要
で、経済的な調整の方法が待たれていた。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題を解決するためのものであり、光導波路の屈折
率を簡便に調節し、しかも得られた屈折率を維持するの
に何らエネルギーを必要としない、自己保存型の屈折率
調整方法、および該方法により製造される光導波路を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記の課題を
解決するための第１の発明は、基板上の光導波路のコア
またはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線の照
射、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁
場印加、物質の含浸またはドープさせることのうち少な
くとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な
有機化合物を設け、前記操作の少なくとも一つを行うこ
とにより該有機化合物の屈折率を変化させることを特徴
とする光導波路のコアおよび／またはクラッドの屈折率
調整方法である。

【００１３】第２の発明は、基板上の光導波路のコアま
たはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線の照
射、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁
場印加、物質の含浸またはドープさせることのうち少な
くとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な
有機化合物を設けたことを特徴とする屈折率調整可能な
光導波路である。

【００１４】さらに、第３の発明は、上記第２の発明の
光導波路に、さらに前記操作のうち少なくとも一つを行
うことにより、前記有機化合物の屈折率を変化させるこ
とを特徴とする屈折率調整光導波路の製造方法である。

【００１５】エネルギー線の照射、電圧印加、電流印
加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸ま
たはドープによって、またはこれらの操作を２つ以上組
み合わせることによって、有機化合物は劣化したり、酸
化したり、有機結合が切断されたり、逆に有機結合が作
製されたり、重合したり、電荷を帯びたり、圧縮／膨張
したり、配向したり、密度変化したり、物質の出入りが
生じたりして化学状態や物理状態が変化する。また、こ
の変化に伴って有機化合物自身の屈折率も変化する。こ
の有機化合物を光導波路のコア、あるいはクラッドとし
てコア近傍に搭載する。クラッドとして搭載してもコア
内の光はエバネッセント波として近傍の有機化合物内を
も伝搬するので、この有機化合物の屈折率変化を敏感に
感じとり、光導波路の実効長や光の伝搬を変えることが
できる。

【００１６】すなわち、有機化合物の屈折率が変化する
と光導波路内を伝搬している光の位相が変化／影響を受
け、その結果、実効的に導波路長を変えたり、素子の屈
折率分布を局所的に変えることができ、設計値通りに機
能を果たせるように光素子を微調整することが可能とな
るのである。また、３ｄＢカプラでは、２つの導波路間
の距離やカップリング部分の長さを変えたのと同じ効果
が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明において、光導波路のコア
および／またはクラッドの屈折率を変化させるのに用い
られる有機化合物は、エネルギー線の照射、電圧印加、
電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の
含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操
作を行うことにより、その屈折率変化を生じる化合物で
ある。そのような化合物としては、例えば、光開裂性ま
たは光酸化性化合物、フォトポリマー、強誘電性液晶、
ポリシロキサン、昇華（または蒸発）、二量化または吸
湿可能な化合物が挙げられる。

【００１８】このような有機化合物は、そのまま、ある
いはポリマーなどの媒体との混合物として、光導波路の
コアおよび／またはクラッド、あるいはそれらの一部と
して用いられる。

【００１９】本発明の有機化合物が媒体と混合して用い
られる場合、その媒体との混合比は、用いる有機化合物
の媒体への溶解性、または必要とする屈折率変化量など
により異なる。例えば、本発明の有機化合物が媒体と混
合してクラッドとして用いられる場合、その長さが５ｍ
ｍの場合は、その混合比は媒体に対して１〜５０重量％
である。

【００２０】以下に、本発明を、３ｄＢカプラとエネル
ギー線照射を組み合わせ、有機化合物をクラッド層とし
て用いた場合を例に取り、図１（ａ）〜（ｃ）を参照し
ながら説明する。

【００２１】図１（ａ）は本発明に用いうる３ｄＢカプ
ラの一つの具体例の上面図であり、符号（１）は光導波
路のコアを示す。この図１（ａ）のＡ−Ａ′断面および
Ｂ−Ｂ′断面を各々図１（ｂ）および図１（ｃ）に示
す。これらの図からもわかるように、この導波路は、シ
リコン基板（２）、該シリコン基板上に積層されている
下部クラッド層（３）、該下部クラッド層（３）の上に
形成されるコア（１）、該コア（１）の上周部に形成さ
れる本発明の有機化合物からなる上部クラッド層（４）
または本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層
（５）、および該上部クラッド層（４）および／または
（５）の上部に形成される上部カバー層（６）から構成
される。

【００２２】まず、本発明における光素子の形状を説明
する。光回路の中には３ｄＢカプラが他の光素子と混載
されている場合があり、作製条件は他の光素子に合わせ
てあるため、３ｄＢカプラの分割比は、ずれていること
が多い。図１のように、この３ｄＢカプラのコア（１）
の上部に本発明の有機化合物からなるクラッド層（４）
を搭載する。図１の例では、３ｄＢカプラは２つの光導
波路間も有機化合物または有機化合物と媒体との混合物
で充填される。図１に示す３ｄＢカプラにおいて、コア
（１）はＳｉ（シリコン）基板（２）上に設けられた下
部クラッド（３）上に作製される。ここにおいて、本発
明の屈折率が変化する有機化合物からなるクラッド層
（４）は、２本のコア（１）が離間している部分におい
て一方のコアの上部周囲に設ける。この有機化合物から
なる層（４）の上部に、図１（ｂ）および（ｃ）に示す
ような上部カバー層（６）を作製する。

【００２３】本発明の有機化合物で作製されるクラッド
層は屈折率変化の大きさとの兼ね合いで任意の厚さに選
定して良い。通常、光導波路におけるエバネッセント光
の導波はクラッド層の厚さ２０μｍ程度あれば良く、屈
折率が変化する有機化合物層が十分厚ければ、上部カバ
ー層は作製してもしなくても良い。一般に、本発明にお
ける屈折率を変化させる有機化合物の搭載方法は、図１
のように、光導波路コアの上部、側部の３方向に作製す
る他、上方にのみ作製することもできる。

【００２４】例えば、図２に示すように、上部クラッド
層を全て本発明の有機化合物からなる上部クラッド層
（４）で形成してもよく、あるいは、図３に示すよう
に、上部クラッド層において、コア（１）の上方にのみ
部分的に搭載してもよい。

【００２５】上記のように本発明の有機化合物を搭載し
た後、エネルギー線を適宜選択して照射しながらモニタ
し、分割比を設計値通りとなるようにするが、ここで、
搭載する有機化合物は屈折率が一方向に変化する１種類
でも良いが、屈折率の上昇と下降が異なるエネルギー線
の照射によって制御できるよう２種類あるいは２種類以
上の混合有機物の使用が望ましい。例えば２種類の有機
化合物を搭載する際には、一つの有機化合物は可視光に
よって屈折率が減少する有機化合物とし、もう一つの有
機化合物は紫外光によって屈折率が増加する有機化合物
というように、屈折率が照射するエネルギー線の種類に
よって増減できるような組み合わせを選ぶようにする。
ここにおいて用いられるエネルギー線とは、電磁波、電
子線、ガンマ線、Ｘ線、マイクロ波、赤外線、紫外光、
真空紫外光、可視光、放射線などが挙げられる。

【００２６】また、エネルギー線照射以外の有機化合物
の屈折率を増減させる手段としては、電圧印加、電流印
加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸ま
たはドープさせることが挙げられる。ここにおいて、有
機化合物に含浸またはドープさせる物質としては、例え
ば、水、各種有機溶剤、低分子有機化合物等が挙げられ
る。

【００２７】本発明において、有機化合物の屈折率を変
化させるためのこれらの手段は、２つ以上組み合わせる
ことによっても効果がある。すなわち、加熱しながら紫
外線を照射したり、加圧＋磁場印加しながら近赤外線を
照射する方法である。特に、加熱しながら紫外線を照射
する手段は紫外線硬化樹脂と熱硬化樹脂の組み合わせの
場合等に適した手段といえ、樹脂の硬化時間をより短く
することができる。

【００２８】以上により、屈折率の増減の要求に即座に
答え得るばかりでなく、仮にエネルギー線を照射しすぎ
た場合でも、逆の効果を発揮する異なるエネルギー線を
照射すればさらに屈折率増減の微調整が可能となり設計
値通りの機能を発揮させることができる。また、屈折率
のずれの程度が既知であれば、クラッド内に添加する前
記有機化合物の分量を予め所定の屈折率となるように制
御し、既知の屈折率ずれを補正することも当然可能であ
る。

【００２９】以上、３ｄＢカプラのコア近傍に有機化合
物を搭載した例を示したが、アレー導波路格子のアレー
導波路の一定距離部分をクラッドあるいはコアに有機屈
折率調整物で置き換えた屈折率調整光素子にも適用可能
であるし、ループバック形アレー導波路格子のループバ
ック用２×２光スイッチに用いる３ｄＢ方向性結合器の
上部、あるいは側部を含めた部分を有機屈折率調整物に
置き換えた屈折率調整光素子にも適用可能である。その
他、光導波路の位相調整を要するところであり、上記の
ような有機化合物の搭載が可能であれば、本発明の適用
に制限はない。

【００３０】屈折率を調整する有機化合物の構成は、エ
ネルギー線照射等本発明の特許請求の範囲で示した方法
で屈折率が変化する化合物を高分子化合物中に分散す
る。あるいは、屈折率が変化する化合物や置換基を高分
子化合物に置換基として導入する。あるいは、屈折率が
変化する化合物や置換基を高分子化合物に置換基として
導入し、ポリマークラッドとして本発明の「屈折率を変
化させる有機化合物」とする。あるいは、高分子化合物
の主鎖に屈折率が変化する化学構造を持たせ、ポリマー
クラッドとして本発明の「屈折率を変化させる有機化合
物」とする方法もよいが、特に限定されたものではな
く、光導波路での光の伝搬が満足できれば、特に高分子
化合物を用いなくても良い。また、用いる光導波路が石
英製の場合には、これら高分子にはフッ素化したものを
用い、前記石英製の光導波路の屈折率とこれら高分子の
屈折率とを整合させることが光導波性能を満足する屈折
率を得るには有効である。一般に、コアの屈折率とクラ
ッドの屈折率との関係は、コアの方が、０．３〜０．７
％クラッドの屈折率より高く設定して損失を低減してい
るからである。

【００３１】ここで、エネルギー線を照射する装置につ
いては、例えば、以下の装置を用い得る。光導波回路全
体を覆う薄い金属板にスリットを設け、このスリットを
屈折率調整用光導波路に沿わせ、該光導波路の所定の部
分にだけ制御用の電磁波、電子線、ガンマ線、Ｘ線、マ
イクロ波、赤外線、紫外光、真空紫外光、可視光、放射
線を照射できるようにし、かつ、この金属板スリットを
調整用の光導波路の上部に可動できるようにした。スリ
ット上部からは紫外線、可視光線などの光を照射するた
めの光源が設置されている。また、通常の光学系や光フ
ァイバ等を用いて所望の部分にエネルギー線を照射する
ことでも良く、その他、通常考えられる方法を用いて良
い。

【００３２】次に、屈折率を増減させる方法とそれに用
いる有機化合物について述べる。屈折率の増加は一般に
コアまたはクラッドの材料としての有機化合物、あるい
は媒体に混入させた有機化合物の密度を上げるか、誘電
率を高くすれば良い。また、減少はその逆になる。

【００３３】＜光開裂型屈折率変化＞有機化合物の屈折
率（ｎ）は次の式で表現される。

【００３４】

【数１】

【００３５】ここで、Ｒは分子屈折、Ｖは分子容であ
る。

【００３６】これから分かるように、屈折率を大きくす
るには分子屈折を高め、分子容を小さくすれば良い。さ
らに、分子屈折と分極率（α）は次の式で現される。

【００３７】

【数２】

【００３８】ここで、Ｎａはアボガドロ定数である。

【００３９】これから分かるように、分極率が高いほど
分子屈折は大きくなる。上記の関係から、屈折率は分極
率の変化によって変動し、同じ化合物であれば分極率が
高いほど屈折率は大きくなる。

【００４０】一般に有機化合物にエネルギー線を照射す
ると原子間の結合が切れることが知られている。特に可
視光や紫外線は有機化合物に対して捕獲断面積が大き
く、反応性が高いため効率的に原子間結合を切断でき
る。そこで、有機化合物を光などのエネルギー線で結合
を切断し、当該化合物の分極率を低下させることができ
れば、屈折率を低下させることが可能である。また、光
エネルギ等で原子や原子団を付加させ、新たな結合を生
じさせることによって当該化合物の分極率を増大させ、
屈折率を大きくすることもできる。

【００４１】具体的には、結合を切断し屈折率を低下さ
せるには、当該分子が外部エネルギーで結合を切断する
だけの弱い結合を持つ必要がある。一般に有機分子の結
合エネルギーは、日本化学会編“化学便覧”基礎編（１
９７５）のｐ９７５に記載されているように１０ｅＶ以
下であり、外部エネルギーとして波長１００ｎｍの真空
紫外光を用いれば十分に結合を切ることができる。ま
た、より弱い結合エネルギーを持つ分子においては、可
視光でも十分可能である。結合を切ることによって最も
効果的に屈折率を変化させる材料としては、分極率の高
い共役系がある。共役部位の結合を切断することによっ
て、共役部位での分極がなくなり分極率が低下し、屈折
率が小さくなる。このような共役系を持つ有機化合物と
しては一般に色素、染料、顔料などとして知られてい
る。例えば、アクリジン、アゾ、アントラキノン、イン
ジゴ、キサンテン、キノリン、キナクドリン、シアニ
ン、スチリル、トリフェニルメタン、フタロシアニン、
ペリレンなどである。

【００４２】これらの有機化合物は紫外部から可視光領
域にかけて共役に基づく吸収をもっているが、本発明に
おいては、光通信に用いられる近赤外光領域での屈折率
変化が重要であり、この吸収の有無は問題はない。これ
らの化合物のほとんどが紫外光や可視光を照射すること
によって光励起を受け、原子間の結合を切断（光開裂）
することができ、本発明の屈折率制御材料として利用で
きる。ただし、光開裂に基づく屈折率変化の大きさは材
料により大きく異なり、高分子中への含有率１％当たり
の屈折率変化（Δｎ）は最高０．１以上から０．０００
１以下まで様々である。

【００４３】＜光酸化型屈折率変化＞上記した光開裂以
外の屈折率変化の大きい制御方法として、光照射による
光酸化がある。光酸化付加のなかでも芳香族多環化合物
への酸化付加はよく知られており、Ｒ．Ｓｃｈｍｉｄｔ
ら（Journal of Physical Chemistry 、８６巻、４９０
９ページ、１９８２）や井口ら（機能材料、５９ペー
ジ、１９８３年８月）の報告に見られる。例えば、テト
ラベンゾペンタセンは６２５ｎｍの光を照射することに
よって、酸素付加が起こり吸収が短波長シフトする。こ
の酸素付加によって分子内の共役が切断され、分極状態
が変化し屈折率が大きく変動する。代表的な化合物の例
を表１に示すが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００４４】

【表１】

【００４５】次に、媒体に混入した有機化合物の誘電率
の上昇による屈折率の制御について説明する。一般に、
有機化合物材料を用いる場合には、紫外可視吸収を長波
長化することで誘電率の上昇が得られ、屈折率が上昇す
る。

【００４６】このため、例えば、本発明の有機化合物と
してロイコ色素を用いる場合には、ロイコ色素と、その
補助剤としての光酸発生剤とをポリマークラッド内に分
散させ、紫外光などにより光酸発生剤から酸を発生させ
てロイコ色素を発色させ屈折率を変化させた。ロイコ色
素は媒体に均質に分散させておくことで、媒体全体の誘
電率が上昇して屈折率が高くなる。屈折率の上昇はロイ
コ色素の反応の程度で決まり、従って、光照射の光量で
発生する酸の量で屈折率上昇を制御できる。また、生成
したロイコ色素の発色体は通常の環境では安定に存在
し、屈折率を自己保持、すなわち、外部エネルギーを必
要とせずに、所望の屈折率を維持することができる。

【００４７】ここにおいて用いられる色素発生補助剤と
しての光酸発生剤としては（化１）〜（化２７）に示す
ようなハロゲン酸発生剤や、（化２８）〜（化５３）に
示すようなスルホン酸発生剤や、（化５４）〜（化５
７）に示すようなカルボン酸発生剤が例示できる。発生
した酸による発色剤としては、（化５８）〜（化１２
７）に示すようなフルオラン型や、（化１２８）〜（化
１６０）に示すようなトリフェニルメタン型や、（化１
６１）〜（化２０５）に示すようなその他の化合物を例
示することができる。用いる場合には、これらの光酸発
生剤と発色剤を適宜組み合わせて用いれば良く、また光
による酸発生と発色が伴うものであれば、本発明は例示
した化合物になんら限定されない。

【００４８】

【化１】

【００４９】

【化２】

【００５０】

【化３】

【００５１】

【化４】

【００５２】

【化５】

【００５３】

【化６】

【００５４】

【化７】

【００５５】

【化８】

【００５６】

【化９】

【００５７】

【化１０】

【００５８】

【化１１】

【００５９】

【化１２】

【００６０】

【化１３】

【００６１】

【化１４】

【００６２】

【化１５】

【００６３】

【化１６】

【００６４】

【化１７】

【００６５】

【化１８】

【００６６】

【化１９】

【００６７】

【化２０】

【００６８】

【化２１】

【００６９】

【化２２】

【００７０】

【化２３】

【００７１】

【化２４】

【００７２】

【化２５】

【００７３】

【化２６】

【００７４】

【化２７】

【００７５】

【化２８】

【００７６】

【化２９】

【００７７】

【化３０】

【００７８】

【化３１】

【００７９】

【化３２】

【００８０】

【化３３】

【００８１】

【化３４】

【００８２】

【化３５】

【００８３】

【化３６】

【００８４】

【化３７】

【００８５】

【化３８】

【００８６】

【化３９】

【００８７】

【化４０】

【００８８】

【化４１】

【００８９】

【化４２】

【００９０】

【化４３】

【００９１】

【化４４】

【００９２】

【化４５】

【００９３】

【化４６】

【００９４】

【化４７】

【００９５】

【化４８】

【００９６】

【化４９】

【００９７】

【化５０】

【００９８】

【化５１】

【００９９】

【化５２】

【０１００】

【化５３】

【０１０１】

【化５４】

【０１０２】

【化５５】

【０１０３】

【化５６】

【０１０４】

【化５７】

【０１０５】

【化５８】

【０１０６】

【化５９】

【０１０７】

【化６０】

【０１０８】

【化６１】

【０１０９】

【化６２】

【０１１０】

【化６３】

【０１１１】

【化６４】

【０１１２】

【化６５】

【０１１３】

【化６６】

【０１１４】

【化６７】

【０１１５】

【化６８】

【０１１６】

【化６９】

【０１１７】

【化７０】

【０１１８】

【化７１】

【０１１９】

【化７２】

【０１２０】

【化７３】

【０１２１】

【化７４】

【０１２２】

【化７５】

【０１２３】

【化７６】

【０１２４】

【化７７】

【０１２５】

【化７８】

【０１２６】

【化７９】

【０１２７】

【化８０】

【０１２８】

【化８１】

【０１２９】

【化８２】

【０１３０】

【化８３】

【０１３１】

【化８４】

【０１３２】

【化８５】

【０１３３】

【化８６】

【０１３４】

【化８７】

【０１３５】

【化８８】

【０１３６】

【化８９】

【０１３７】

【化９０】

【０１３８】

【化９１】

【０１３９】

【化９２】

【０１４０】

【化９３】

【０１４１】

【化９４】

【０１４２】

【化９５】

【０１４３】

【化９６】

【０１４４】

【化９７】

【０１４５】

【化９８】

【０１４６】

【化９９】

【０１４７】

【化１００】

【０１４８】

【化１０１】

【０１４９】

【化１０２】

【０１５０】

【化１０３】

【０１５１】

【化１０４】

【０１５２】

【化１０５】

【０１５３】

【化１０６】

【０１５４】

【化１０７】

【０１５５】

【化１０８】

【０１５６】

【化１０９】

【０１５７】

【化１１０】

【０１５８】

【化１１１】

【０１５９】

【化１１２】

【０１６０】

【化１１３】

【０１６１】

【化１１４】

【０１６２】

【化１１５】

【０１６３】

【化１１６】

【０１６４】

【化１１７】

【０１６５】

【化１１８】

【０１６６】

【化１１９】

【０１６７】

【化１２０】

【０１６８】

【化１２１】

【０１６９】

【化１２２】

【０１７０】

【化１２３】

【０１７１】

【化１２４】

【０１７２】

【化１２５】

【０１７３】

【化１２６】

【０１７４】

【化１２７】

【０１７５】

【化１２８】

【０１７６】

【化１２９】

【０１７７】

【化１３０】

【０１７８】

【化１３１】

【０１７９】

【化１３２】

【０１８０】

【化１３３】

【０１８１】

【化１３４】

【０１８２】

【化１３５】

【０１８３】

【化１３６】

【０１８４】

【化１３７】

【０１８５】

【化１３８】

【０１８６】

【化１３９】

【０１８７】

【化１４０】

【０１８８】

【化１４１】

【０１８９】

【化１４２】

【０１９０】

【化１４３】

【０１９１】

【化１４４】

【０１９２】

【化１４５】

【０１９３】

【化１４６】

【０１９４】

【化１４７】

【０１９５】

【化１４８】

【０１９６】

【化１４９】

【０１９７】

【化１５０】

【０１９８】

【化１５１】

【０１９９】

【化１５２】

【０２００】

【化１５３】

【０２０１】

【化１５４】

【０２０２】

【化１５５】

【０２０３】

【化１５６】

【０２０４】

【化１５７】

【０２０５】

【化１５８】

【０２０６】

【化１５９】

【０２０７】

【化１６０】

【０２０８】

【化１６１】

【０２０９】

【化１６２】

【０２１０】

【化１６３】

【０２１１】

【化１６４】

【０２１２】

【化１６５】

【０２１３】

【化１６６】

【０２１４】

【化１６７】

【０２１５】

【化１６８】

【０２１６】

【化１６９】

【０２１７】

【化１７０】

【０２１８】

【化１７１】

【０２１９】

【化１７２】

【０２２０】

【化１７３】

【０２２１】

【化１７４】

【０２２２】

【化１７５】

【０２２３】

【化１７６】

【０２２４】

【化１７７】

【０２２５】

【化１７８】

【０２２６】

【化１７９】

【０２２７】

【化１８０】

【０２２８】

【化１８１】

【０２２９】

【化１８２】

【０２３０】

【化１８３】

【０２３１】

【化１８４】

【０２３２】

【化１８５】

【０２３３】

【化１８６】

【０２３４】

【化１８７】

【０２３５】

【化１８８】

【０２３６】

【化１８９】

【０２３７】

【化１９０】

【０２３８】

【化１９１】

【０２３９】

【化１９２】

【０２４０】

【化１９３】

【０２４１】

【化１９４】

【０２４２】

【化１９５】

【０２４３】

【化１９６】

【０２４４】

【化１９７】

【０２４５】

【化１９８】

【０２４６】

【化１９９】

【０２４７】

【化２００】

【０２４８】

【化２０１】

【０２４９】

【化２０２】

【０２５０】

【化２０３】

【０２５１】

【化２０４】

【０２５２】

【化２０５】

【０２５３】これらの光酸発生剤と発色剤を混合する高
分子媒体としては、両者を溶解するものであれば限定さ
れない。しかし、石英系の光導波路にこれら材料を適用
する場合には通常汎用に用いられる高分子媒体よりも屈
折率を下げる必要があり、このためにはメチルメタクリ
レートとフッ素化メタクリレートとの共重合体やフッ素
化エポキシ樹脂等のフッ素化した高分子媒体が好まし
い。酸発生に用いられる光の波長は、光酸発生剤の吸収
帯のある波長を選択することが良い。一般にこれらは紫
外光であるが、より高エネルギーのエネルギー線でも良
い。

【０２５４】これらの光酸発生剤と発色剤とを混合した
高分子媒体は光導波路の一部として用いられるが、この
中にさらに屈折率を低下させる材料と混合して用いると
自由に屈折率を上下でき、より有効な使い方ができる。
例えば、さらに混合させる、屈折率を低下させる材料と
しては、本発明に含まれる、光開裂に伴う「色素の退色
現象」を持つ材料、例えばベース・スチリル色素（具体
例は後述の実施例３の＜スチリル色素の例＞を参照）が
挙げられる。色素の退色に使われる光は可視光や紫外光
となるが、この時に発色剤の発色波長と該色素の吸収波
長の重なりは避けることが望ましい。このためには、上
記したような発色色で示したように該退色色素の補色と
なるような発色剤を選択すればよい。

【０２５５】ここにおいて高分子媒体と用いる各有機化
合物の混合比は、用いる高分子媒体の溶解性、酸発生剤
や発色剤の高分子媒体への溶解性の良否、また、必要と
する屈折率変化量により異なる。典型的な値を例示する
と、高分子媒体に対して、酸発生剤は５〜４０％、発色
剤は２〜２０％であり、好適には、酸発生剤は１０〜２
０％、発色剤は５〜１０％、酸発生剤と発色剤の混合比
は１：２以上で良好な結果が得られる。

【０２５６】上記した光開裂型および光酸化型の屈折率
変化以外にも、以下のような手段により屈折率は変化さ
せることが可能である。

【０２５７】すなわち、光によって重合するフォトポリ
マーをクラッド部分に分散させておき、該フォトポリマ
ーを重合を起こすためのエネルギー線を照射して該フォ
トポリマーの高分子化に伴う屈折率変化を用いることも
できる。このようなフォトポリマーを構成するモノマー
を表２に例示する。

【０２５８】

【表２】

【０２５９】また、この場合、フォトポリマーが分散さ
れるクラッドを形成する媒体としては、例えば、表３に
示されるような化合物が挙げられる。

【０２６０】

【表３】

【０２６１】さらには、本発明の有機化合物として強誘
電性液晶を用い、コアを挟んで１対の電極を設けること
により電圧を印加し、液晶の相転移（ネマチックスメク
チック）を用いてもよい。この場合には屈折率が大きく
変化するが印加する電圧を微細に制御できるため、詳細
に屈折率変化を制御可能である。本発明において用いう
る強誘電性液晶の具体例を表４〜表６に示す。

【０２６２】

【表４】

【０２６３】

【表５】

【０２６４】

【表６】

【０２６５】さらに、本発明において用いうる強誘電性
液晶ポリマーとして側鎖側液晶ポリマーがある。それら
の内のシンナメート骨格液晶ポリマーを表７に示した。

【０２６６】

【表７】

【０２６７】また、環状ポリシロキサンと触媒とをクラ
ッド内に分散させておき、加熱することで線状ポリシロ
キサンへと変化させて屈折率を変化させることもでき
る。線状ポリシロキサンとしては重合度が数１００から
数１０００のジメチルポリシロキサン、ジエチルポリシ
ロキサン、ジフェニルポリシロキサン、あるいは繰り返
しシロキサン連鎖が３ないし４の１，１，３，３，５，
５，−ヘキサメチルトリシロキサン、１，１，３，３，
５，５−ヘキサエチルトリシロキサン、１，１，３，
３，５，５−ヘキサフェニルトリシロキサン、１，３，
５−トリメチル−１，３，５−トリフェニルトリシロキ
サンがある。環状ポリシロキサンとしては６員環のヘキ
サメチルシクロトリシロキサン、ヘキサエチルシクロト
リシロキサン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−
トリフェニルシクロトリシロキサン、８員環のオクタメ
チルシクロテトラシロキサン、オクタエチルシクロテト
ラシロキサン等がある。

【０２６８】これらのポリシロキサンの屈折率を変える
には、ルイス酸、ブレンステッド酸等の酸触媒を加え、
シロキサンの活性点を作る。所定の屈折率になるように
温度をゆっくり変化させることにより、線状／環状間あ
るいは環状シロキサン化合物間の平衡定数あるいは天井
温度をずらして、所望の屈折率に制御する。一定屈折率
になった後、塩基性物質を加えて、活性点を消滅させ
る。活性点の消滅方法は電極などを用いることにより、
陰極には陽イオンを、陽極には陰イオンを集めることに
よりイオン性物質を固定化する他の方法を用いることも
できる。このような方法により、屈折率を制御でき、所
望の屈折率値を得ることができる。

【０２６９】エネルギー線を照射したり、電圧を印加ま
たは電流を流すなどして有機化合物の屈折率を変化させ
る例を示したが、上記例以外でも屈折率が変化するもの
であれば、それらをコアあるいはクラッドとするかもし
くはクラッド内に添加することが可能であり、これらも
また本発明の適用範囲である。

【０２７０】例えばクラッド部分の媒体をポリマーとし
ておき、そのポリマー中に昇華（もしくは蒸発）しやす
い物質（ヨウ素やアントラセン、ナフタレンなど）を分
散させておき、加熱することによりポリマー中の昇華
（もしくは蒸発）しやすい物質を昇華（もしくは蒸発）
させ、系から除去し、設計値通りの値を示すもしくは求
める値の得られた時点で、これらクラッドを含む素子全
体を完全に封止し、昇華（もしくは蒸発）を止めるよう
にすればよい。

【０２７１】また、屈折率の変化は二量化により起こす
ことも可能である。たとえばフェナントレンは光照射に
より二量化できる。

【０２７２】同様に、クラッドに吸湿性の材料を添加す
るかクラッド自身を吸湿性材料で作製し、空気中の水分
を含ませた上で、加熱するか、湿度を制御した空気中に
置くか、減圧もしくは加圧することによりクラッド中の
水分を制御して屈折率を制御し、設計値通りの値を示す
か求める値の得られた時点で、同様に吸湿性材料を含む
素子を封止すればよい。このような吸湿性化合物の具体
例としては、シリカゲル、ポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）、ポリスチレンなどが挙げられる。

【０２７３】また、信号光の波長域に吸収を待たない有
機磁性体などを本発明の有機化合物として用い、これに
磁場をかけることによっても屈折率を変化させることが
できる。本発明において用いうる有機磁性体の具体例と
しては、２，４，６−トリ−ｔ−ブチルフェノキシルや
ポリ（フェニルアセチレン）ポリラジカル、ポリジアセ
チレンポリラジカル、ポリ（１，３−フェニレンエチニ
レン）ポリラジカル等が挙げられる。

【０２７４】以上、本発明の屈折率の変化可能な有機化
合物を光導波路のクラッドに用いた場合について説明し
た。

【０２７５】次に、光導波路のコアに本発明の屈折率の
変化可能な有機化合物を添加した場合について説明す
る。

【０２７６】クラッドに上記有機化合物を添加した場合
は、コアを伝搬する光のエバネッセント波を利用して屈
折率変化を感受させ、光導波路の精度を向上させるもの
であったが、コアに直接上記有機化合物を添加した場合
はコアそのものの屈折率を制御することとなり、非常に
有効である。したがって、上記有機化合物の添加量も極
めて微量で十分な効果（屈折率制御効果）を発揮するこ
とが可能である。

【０２７７】コアに上記有機化合物を添加する場合に
は、この有機化合物がコアを伝搬してくる信号光の波長
域に吸収を持っていないことが重要である。通信に用い
られる信号光は１．３μｍ、１．５５μｍ帯の赤外光で
あるので、特殊な有機化合物（例えば、赤外吸収色素）
でない限り、通常の有機化合物は赤外域に吸収を持たな
いため、本発明に用いることができる「屈折率を変化さ
せる有機化合物」の種類は多い。

【０２７８】コアに添加した場合の屈折率調整方法は、
クラッドに添加した場合と同じであって、添加した部分
の垂直上部から電磁波を照射したり、あるいは前記電磁
波をコア伝搬させて添加した部分に到達させたり、電圧
印加、電流印加、加熱、冷却、減圧、磁場印加、他物質
の含浸またはドープなどで調整することができる。

【０２７９】なお、上記においては、基板上の光導波路
を例にとって本発明を説明したが、本発明は、基板を持
たないコア／クラッド構造を有する光導波路、例えば光
ファイバーに対しても十分適用可能である。

【０２８０】以下、具体的な例を挙げて説明する。

【０２８１】〔実施例１〕＜光酸発生剤とロイコ色素の
例＞ 光酸発生剤として前記（化２）、（化２８）および（化
５４）の化合物、発色剤とし前記（化１０３）の化合物
を選び、ポリメチルメタクリレートの１０％溶液（溶
剤：メチルイソブチルケトン）に溶解して表８の組成に
なるようにした。これを、スピンコート法でシリコン基
板の上に塗工して膜厚２．５μｍの膜とした。この膜を
十分乾燥後、Ｘｅ−Ｈｇランプ（１００Ｗ、バンドルフ
ァイバ付き）からの光を１０分間照射（バンドルファイ
バの光射出口からの距離１５ｃｍ）した。また、屈折率
を光照射前後で測定して屈折率の増加を算出した。結果
を同じく表８にまとめて示した。ＰＭＭＡ１重量部に対
して光酸発生剤０．１重量部、発色剤０．１重量部を加
えた例での屈折率変化の具体例を示すと、光照射前の屈
折率は１．５００３であったが、光照射後には１．５０
３３となった。なお、屈折率の測定は１．５μｍの光波
長で行った。各試料を室温、室内光下で１週間放置した
が、屈折率の変化はなく増加した屈折率は保持された。

【０２８２】

【表８】

【０２８３】〔実施例２〕＜光酸発生剤とロイコ色素の
例＞ 光酸発生剤として前記（化５６）の化合物、発色剤とし
て前記（化９４）、（化１０４）、（化１１８）、（化
１２６）、（化１２９）、（化１３４）、（化１３
７）、（化１６０）、（化１６３）、（化１８４）およ
び（化２０６）の化合物を選び、ポリメチルメタクリレ
ートの１０％溶液（溶剤：メチル・イソブチルケトン）
に溶解して表９の組成になるようにした。これを、スピ
ンコート法でシリコン基板の上に塗工して膜厚２．５μ
ｍの膜とした。この膜を十分乾燥後、Ｘｅ−Ｈｇランプ
（１００Ｗ、バンドルファイバ付き）からの光を１０分
間照射（バンドルファイバの光射出口からの距離１５ｃ
ｍ）した。また、屈折率を光照射前後で測定して屈折率
の増加を算出した。結果を表９にまとめて示した。ＰＭ
ＭＡ１重量部に対して光酸発生剤０．２重量部、発色剤
０．１重量部を加えてた例での屈折率変化の具体例を示
すと、光照射前の屈折率は１．５１０３であったが、光
照射後には１．５１２３となった。なお、屈折率の測定
は１．５μｍの光波長で行った。各試料を室温、室内光
下で１週間放置したが、屈折率の変化はなく増加した屈
折率は保持された。

【０２８４】

【表９】

【０２８５】〔実施例３〕＜スチリル色素の例＞ 光開裂型有機化合物として、スリチル色素である４［２
−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］ブテニル］キノ
リンを用いた例を示す。

【０２８６】本実施例において用いる導波路はマッハツ
ェンダ形干渉計の導波路である。このマッハツェンダ形
干渉計を図４に示す。

【０２８７】このマッハツェンダ形干渉計は、シリコン
基板（２）上に形成されたコア（１）、該コア（１）を
２本組み合せてなる２個の３ｄＢカプラ（１３）、２個
の該３ｄＢカプラ（１３）間に存在する、本発明の有機
化合物からなる上部クラッド層を有する直線導波路部分
（７）および本発明の有機化合物を含有しない上部クラ
ッド層を有する直線導波路部分（８）から構成される。
図４中、符号（９）および（１０）は光の入射ポートを
示し、符号（１１）および（１２）は光の出射ポートを
示す。

【０２８８】この光開裂型有機化合物４０ｍｇ、ポリメ
チルメタクリレート（ＰＭＭＡ）４００ｍｇをモノクロ
ルベンゼンとメチルイソブチルケトンとの１：１混合溶
媒２．５ｍｌに溶解して塗布溶液を作製する。作製した
塗布溶液を直線導波路（７）の上部クラッド部位を長さ
５ｍｍ、幅５０μｍ、深さ３０μｍ（コア（１）の上面
まで）除去した加工溝に注入し、厚さ５μｍで塗布す
る。

【０２８９】１．５μｍの半導体レーザを光源とし、３
ｄＢカプラ（１３）２個と２つのアームの内の１つが光
路長を２０ｎｍ以上の精度で調整できる光路長可変装置
を組み込んだマッハツェンダ型干渉計の片ポートに、作
製した直線導波路素子を挿入した。波長３６５ｎｍのＸ
ｅ光を照射し、照射前後の出力を光パワーメータで測定
した。

【０２９０】Ｘｅ光未照射の直線導波路素子を用い、マ
ッハツェンダ干渉計を出力が最大となるように、すなわ
ち両アームの位相差がないように光路長可変装置を駆動
させ初期設定後、Ｘｅ光照射した素子を測定した。その
結果、光出力は最大値の２３％でこれから見積もられる
位相変化量は１３９°であった。この位相変化は、屈折
率の変化によるものである。

【０２９１】一般に、位相シフト幅ΔΦは

【０２９２】

【数３】ΔΦ＝２π×Δｎｅｆｆ×Ｌ／λ （式中、Δｎｅｆｆは導波路の実効屈折率の変化、Ｌは
アーム導波路の長さ、λは波長である。）で表される。
また、マーカティリ法により解析結果を直線近似する
と、 Δｎｅｆｆ＝０．２Δｎｐ （式中、Δｎｐは高分子化合物の屈折率変化幅であ
る。）と表される。以上の式を用いて逆算することによ
り、位相変化量の値から屈折率変化量を近似的に求める
ことができる。したがって、上記の位相変化量１３９°
より近似される屈折率変化量は、１．５μｍの波長でΔ
ｎ＝５．８×１０^-4であった。

【０２９３】〔実施例４〕＜濃度制御の例＞ ＰＭＭＡ４００ｍｇに対して、４［２−［４−（ジメチ
ルアミノ）フェニル］ブテニル］キノリンを０．４ｍ
ｇ、４ｍｇ、４０ｍｇ添加し、モノクロルベンゼン、メ
チルイソブチルケトンの１：１混合溶媒２．５ｍｌに溶
解させ塗布溶液を作製する。これらの塗布溶液を直線導
波路（７）の加工溝にクラッドを形成し、３種類の素子
を作製した。

【０２９４】色素濃度の異なる３種類素子を実施例３と
同様にしてマッハツェンダ型干渉計の片ポートに挿入
し、初期の出力が０となるように波長可変装置を駆動さ
せた後、波長３６５ｎｍのＸｅ光を１分照射し、出力を
調べた。

【０２９５】その結果、出力から計算した位相変化は
０．４ｍｇ、４ｍｇ、４０ｍｇ添加に対してそれぞれ２
°、１８°、１８０°であり、その時のΔｎは１．５μ
ｍの波長で各々０．０８３×１０^-4、０．７５×１
０^-4、７．５×１０^-4であった。このことから、マトリ
ックスポリマ中の色素濃度で位相シフト量を制御できる
ことがわかった。

【０２９６】〔実施例５〕＜照射時間の例＞ 実施例３と同様に光開裂型有機化合物として、４［２−
［４−（ジメチルアミノ）フェニル］ブテニル］キノリ
ンを４０ｍｇおよびＰＭＭＡ４００ｍｇをモノクロルベ
ンゼンとメチルイソブチルケトンとの１：１混合溶媒
２．５ｍｌに溶解させ塗布溶液を作製する。作製した塗
布溶液を、直線導波路（７）の上部クラッド部位を長さ
５ｍｍ、幅５０μｍ、深さ３０μｍ（コア（１）の上面
まで）除去した加工溝に注入し、厚さ５μｍで塗布し
た。

【０２９７】１．５μｍの半導体レーザを光源とし、３
ｄＢカプラ２個と２つのアームの内の１つが光路長を２
０ｎｍ以上の精度で調整できる光路長可変装置を組み込
んだマッハツェンダ型干渉計の片ポートに、作製した直
線導波路素子を挿入した。超高圧水銀灯の波長３６５ｎ
ｍの光を照射しながら、出力を光パワーメータで測定し
た。その結果、初期に出力が最大となるように光路長可
変装置を駆動させ、照射時間とともに光強度が変化し、
約１分でほぼ０となり、約２分後に再び最大となった。
これにより、光照射光量屈折率が変化し、導波光の位相
を１８０°以上変化させることができ、Δｎを１．５μ
ｍの波長で７．５×１０^-4以上変化させることができる
ことが分かった。

【０２９８】〔実施例６〕＜ＰＣと酸化劣化色素を組み
合わせた例＞ 光酸化型化合物としてテトラベンゾペンタセンを１０ｍ
ｇおよびＰＭＭＡ４００ｍｇをモノクロベンゼンとメチ
ルイソブチルケトンとの１：１混合溶媒２．５ｍｌに溶
解させ塗布溶液を作製する。作製した塗布溶液を直線導
波路（７）の上部クラッド部位を長さ５ｍｍ、幅５０μ
ｍ、深さ３０μｍ（コア（１）の上面まで）除去した加
工溝に注入し、厚さ５μｍで塗布した。

【０２９９】実施例３と同様の測定装置の片ポートに作
製した上記直線導波路を挿入し、初期出力が最大となる
ように光路調整した後、６３３ｎｍのＨｅＮｅ光（５ｍ
Ｗ）を照射しながら出力を測定した。その結果、光照射
時間とともに光出力が変化し、約１分５０秒でほぼ０と
なり、約３分４０秒後に再び最大となった。これによ
り、光照射によって屈折率が変化し、導波光の位相を１
８０°以上変化させることができ、Δｎを１．５μｍの
波長で７．５×１０^-4以上変化させることができること
が分かった。

【０３００】〔実施例７〕＜昇華の例＞ 高分子フッ素化ＰＭＭＡに酸化防止剤であるアーガノッ
クス１０１０（チバガイギー株式会社製）を１０ｗｔ％
添加し、これを導波路の高分子クラッド（厚さ２０μ
ｍ）（４）として作製した（図５（ａ））。これに赤外
線ランプ（１４）を光を集光させ高分子クラッド（４）
に光照射することで（図５（ｂ））屈折率の低下が認め
られ、導波路長のトリミングが可能となった。トリミン
グ幅は位相値で１０πラジアンであった。なお、図５
（ａ）は本実施例による導波路の上面図であり、図５
（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図である。

【０３０１】尚、上記実施例３〜７において使用した光
導波路の主な仕様は以下のとおりであった。

【０３０２】 石英ガラス系ＰＬＣ（基板Ｓｉ） コア断面 ８×８μｍ² 高分子クラッド長 ５ｍｍ コアの屈折率 １．４４８１ 下部クラッド層の屈折率 １．４４４ 屈折率変化クラッド層の屈折率 １．４４４±Δｎ 〔実施例８〕＜吸湿性材料（シリカゲル等）の例＞ 光導波路の一部にフッ素化エポキシ樹脂による上部側部
クラッド（厚さ１５μｍ）（５）を形成し、さらに同フ
ッ素化エポキシ樹脂に４Ａシリガゲル粉末を２０％添加
した上部クラッド層（４）をさらに５０μｍの厚さに積
層させた（図６（ｂ））。この上に金属ヒータ（１５）
を形成し、導波路長トリミング素子とした（図６
（ａ））。金属ヒータ（１５）に電極（１６）を用いて
電力（０．３Ａ、５Ｖ）を印加すると、下層のフッ素化
エポキシ樹脂（５）の屈折率が低下し、導波路長のトリ
ミングができた。この場合のΔｎは１．１×１０^-4であ
った。トリミング幅は位相値で８πラジアンであった。
なお、図６（ａ）は本実施例による導波路の上面図であ
り、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図で
ある。

【０３０３】ヒータ電力を一定にすると、トリミング状
態は一定に維持された。ヒータ電力を切ると元の状態に
戻った。

【０３０４】また、屈折率が一定となったところで、こ
の素子に光ファイバを接続して完全に封止し水分の出入
りを遮断したところ、ヒータ電力を切り温度が下がった
状態の屈折率を維持することができた。

【０３０５】以上の実験で使用した光導波路の主な仕様
は以下のとおりである。

【０３０６】 石英ガラス系ＰＬＣ（基板Ｓｉ） コア断面 ８×８μｍ² 高分子クラッド長 ５ｍｍ コアの屈折率 １．４４８１ 下部クラッド層の屈折率 １．４４４ 屈折率変化クラッド層の屈折率 １．４４４±Δｎ 〔実施例９〕＜高分子の光酸化劣化の例＞ フッ素化エポキシ樹脂を本発明の有機化合物として用い
て、上部側部クラッド（４）を形成した（図７
（ａ））。ここに１００Ｗ高圧水銀灯（１７）をバンド
ルファイバ（１８）で導波路上部に導き、紫外線強度１
Ｗ／ｃｍ² で１０分間、同クラッド（４）を照射した
（図７（ｂ））。屈折率が変化し、導波路長のトリミン
グが可能となった。この場合のΔｎは１．８×１０^-4で
あった。トリミング幅は位相値で１０πラジアンであっ
た。なお、図７（ａ）は本実施例による導波路の上面図
であり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ′断面
図である。

【０３０７】照射強度および照射時間を変えることで任
意の導波路長のトリミングが可能となった。

【０３０８】以上の実験で使用した光導波路の主な仕様
は以下のとおりである。

【０３０９】 石英ガラス系ＰＬＣ（基板Ｓｉ） コア断面 ８×８μｍ² 高分子クラッド長 ５ｍｍ コアの屈折率 １．４４８１ 下部クラッド層の屈折率 １．４４４ 屈折率変化クラッド層の屈折率 １．４４４±Δｎ 〔実施例１０〕＜フォトポリマーの例＞ ６３％の媒体であるポリビニルブチラールに２５％の２
−フェノキシエチルアクリレート、１２％のＮ−ビニル
カバゾールの組成のポリマー溶液を実施例１と同様して
光路長可変装置を回路の一部に持つマッハツェンダ型平
面型光学回路（ＰＬＣ）に塗布する。光路差の平衡を取
った後、３１０ｎｍのＸ線を照射して、２−フェノキシ
エチルアクリート、Ｎ−ビニルカルバゾールを共重合さ
せた。

【０３１０】これに伴い、屈折率を増加させることがで
きた。この場合のΔｎは２．１×１０^-4であった。Ｘ線
の照射時間を変化させることにより、ポリビニルブチラ
ールの屈折率から約ナトリウムＤ線で０．３８０までの
任意の屈折率値に増加させ、さらに固定させることがで
きる。本屈折率の変化を上記光学回路の片方の光回路に
起こさせることによって、光波長を制御する素子を作製
することができた。

【０３１１】〔実施例１１〕＜光酸発生剤とロイコ色素
の例＞ 光酸発生剤として（化５６）の化合物、発色剤として
（化１３７）の化合物を選び、これらを溶解する高分子
媒体としてメチルメタクリレートと２，２，２−トリフ
ルオロエチルメタクリレートの共重合体（組成比は、
２：８）を用いて、実施例１と同様にして、高分子媒体
１重量部に対して光発生剤０．２重量部、発色剤０．１
重量部の材料を作製した。溶剤には、メチルイソブチル
ケトンを用い、濃度は高分子媒体が１０％になるように
した。これをスピンコート法でシリコン基板の上に塗工
して厚さ２μｍの膜として、屈折率を測定した。測定し
た屈折率の値は、１．４４２となり、この屈折率は石英
系光導波路のクラッドの屈折率とほぼ一致した。

【０３１２】次に、図４に示すように両端に３ｄＢカプ
ラ（１３）を持つマッハツェンダ型光導波路を作製し
た。この時、光導波路のアーム部の一部のクラッドを作
製しないようにする。このアーム部に一方は、メチルメ
タクリレートと２，２，２−トリフルオロエチルメタク
リレートの共重合体（組成比６．５：３．５、屈折率
１，４４３）をクラッドとして塗工し、もう片方には上
記で作製した高分子媒体と光酸発生剤、発色剤の混紡物
を同様にクラッドとして塗工した。

【０３１３】光導波路の入射ポート９から、１．５５μ
ｍの光を導入して、出射ポート１１および１２の出力を
モニタしたところ、導波損失は５ｄＢであった。次に、
出射ポート１１および１２の光出力をそれぞれモニタし
ながら、光導波路のアーム部に紫外光を照射した。出射
ポート１１および１２からの光出力は増加、減少を繰り
返す挙動を示し、また、出射ポート１１および１２から
の光出力の和は変化しなかった。この結果は、本発明の
材料により光導波路を伝搬する光の位相が変化すること
を示しており、出射ポート１１および１２の光出力変化
により求めた屈折率の上昇は、０．００２８であった。

【０３１４】任意の光出力変化で紫外光の照射を止め
て、出射ポート１１および１２の光出力のモニタを継続
したが、１００時間後でも光出力は変わらず、屈折率変
化は自己保持していることが分かった。

【０３１５】〔実施例１２〕＜強誘電性液晶の例＞ （Ｓ）アゾメチン系強誘電性液晶の１つであるＳｃ（ス
メクチック）＊相の２−メチルブチル−ｐ−｛ｐ−ｎ−
デシロキシベンジリデン）アミノ｝シンナメート（以
下、ＤＯＢＡＭＢＣと略記する）を用い、電極間の配向
によって、一定の屈折率を取らせた後、屈折率を固定す
る。マッハツェンダ型ＰＬＣのコア部を覆うような形状
に厚さ数μｍから１０数μｍの薄い石英セルの蓋部を形
成している。コア部とのスペースに表６ないし表７中の
単一または複数の強誘電性液晶を毛細管現象を利用して
注入し、密閉する。電界を印加して永久双極子モーメン
トを反転させることにより屈折率値を変化させ特定の値
に固定された後、保持することができる。この操作によ
り屈折率の変化量としてΔｎ＝１０^-4〜１０^-2が得られ
た。屈折率変化による位相変化を利用することにより、
波長選択性の光学素子として用いることができた。

【０３１６】〔実施例１３〕＜環状ポリシロキサン＋触
媒→線状シロキサン＞ 環状ポリシロキサンとしてオクタメチルシクロテトラシ
ロキサン（ｎＤ１．３９６８）、線状シロキサンとして
１，１，３，３，５，５−ヘキサメチルトリシロキサン
（ｎＤ１．４０７１）の例を示す。当該環状ポリシロキ
サンの５０％塩化エタン溶液に０．０１モル／ｌ濃度の
三フッ化硝素エーテル錯体を添加する。本溶液を光路可
変装置を組み込んだＰＬＣのコア部の上部にスペーサを
持つマッハツェンダ型光学回路の毛細管現象を利用して
捜入する。屈折率が所望の値になるような温度に上げ、
２時間保持する。本操作によりオクタメチルシクロテト
ラシロキサンは線状シロキサンである１，１，３，３，
５，５−ヘキサメチルトリシロキサンと環状化合物であ
るオクタメチルシクロテトラシロキサンの混合物に変化
する。このようにして屈折率を変化させた。この操作に
より屈折率の変化量としてΔｎ＝１０^-4〜１０^-3が得ら
れた。さらに固定することにより、任意の波長可変装置
として用いることができる。

【０３１７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いれば、光導波回路（ＰＬＣ）の屈折率を簡便に所望
の値にすることができ、しかも、得られた屈折率を維持
するのになんらエネルギーを必要としない自己保持の屈
折率調整ができる。

【０３１８】また、本発明の装置を用いれば、屈折率を
調整する部位だけに電磁波を照射できるため、その他の
屈折率調整に無関係な部位への影響が少なくすることが
できる。

【０３１９】さらに、本発明の屈折率調整方法を用いれ
ば、光導波回路を作製した後で、たとえその光導波回路
が複雑なものであっても、任意の部位にある特定の光素
子だけを選択してその光素子が設計値通りに動作するよ
うに所望の屈折率へ電磁波を照射することによって屈折
率を増加、あるいは減少させることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】コアの上部、両側面の３面を本発明の有機化合
物クラッド層で覆った３ｄＢカプラを示す図である。

【図２】コアの上面を上部クラッド層として本発明の有
機化合物クラッド層で覆った３ｄＢカプラを示す図であ
る。

【図３】コアの一部上面に本発明の有機化合物クラッド
層を設け、さらにその周囲を上部クラッド層で覆った３
ｄＢカプラを示す図である。

【図４】本発明による光導波路を適用したマッハツェン
ダ型干渉計を示す図である。

【図５】コアの上面を本発明の昇華性有機化合物クラッ
ド層で覆い、昇華により屈折率を変化させて導波路長を
トリミングした本発明の光導波路を示す図である。

【図６】コアの上面を本発明の吸湿性有機化合物クラッ
ド層で覆い屈折率を変化させて導波路長をトリミングし
た本発明の光導波路を示す図である。

【図７】コアの上周面を本発明の光酸化劣化性有機化合
物クラッド層で覆い、光照射により屈折率を変化させて
導波路長をトリミングした本発明の光導波路を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 導波路コア ２ シリコン（Ｓｉ）基板 ３ 下部クラッド層 ４ 本発明の有機化合物からなる上部クラッド層 ５ 本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層 ６ 上部カバー層 ７ 本発明の有機化合物からなる上部クラッド層を有す
る直線導波路部分 ８ 本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層を
有する直線導波路部分 ９，１０ 入射ポート １１，１２ 出射ポート １３ ３ｄＢカプラ １４ 赤外線ランプ １５ 金属ヒータ １６ 電極 １７ 高圧水銀灯 １８ ハンドルファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 光利 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 助川 健 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 島田 俊之 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 平塚 廣明 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の光導波路のコアまたはクラッド
   の少なくとも一部に、エネルギー線の照射、電圧印加、
   電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の
   含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操
   作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設
   け、前記操作の少なくとも一つを行うことにより該有機
   化合物の屈折率を変化させることを特徴とする光導波路
   のコアおよび／またはクラッドの屈折率調整方法。
2. 【請求項２】 基板上の光導波路のコアまたはクラッド
   の少なくとも一部に、エネルギー線の照射、電圧印加、
   電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の
   含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操
   作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設
   けたことを特徴とする屈折率調整可能な光導波路。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の光導波路に、さらに前
   記操作のうち少なくとも一つを行うことにより、前記有
   機化合物の屈折率を変化させることを特徴とする屈折率
   調整光導波路の製造方法。