JPH10123343A - 導波形デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】屈折率異方性可変材料を利用したモードフィル
タの機能をもつ導波形デバイス及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】導波形デバイスは、コア２及びクラッド３
を備えた導波層２４を有する。導波層２４は、屈折率異
方性可変材料からなり、あるいは、屈折率異方性可変材
料をマトリックスに分散させた材料からなる。導波層２
４の部分に紫外線等の光が照射される。これにより正常
光屈折率をｎ_O とし、異常光屈折率をｎ_eとしたとき、
ｎ_O 及びｎ_e のうちの一方は、コア２＞クラッド３の関
係に設定され、且つ、ｎ_O 及びｎ_e のうちの他方は、コ
ア２≦クラッド３の関係に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモードフィルタ等に
利用される導波形デバイス及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チャンネル型導波路作製法の
一つとして、光照射によるフォトブリーチといわれる手
法が提案されている（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔ．，２６，１９９０年，ｐ３７９）。これは、基板に
積層された導波層となる部位に光照射し、光照射した部
分の屈折率を低下させ、以て光を閉じ込めて伝搬させる
コアを備えた導波路を作製する方法である。この方法は
光学的等方性媒質で構成された導波層を対象としてお
り、光学的異方性媒質への解析は手つかずの状態であ
る。更にモードフィルタ等として作用する導波形デバイ
スへの応用もなされていない。

【０００３】更に従来より、モードフィルタとして機能
する従来の導波形デバイスとしては、特開昭６２ー２９
９９１３号公報の第４図に従来技術として開示されたも
のが知られている。この導波形デバイスでは、ガラス導
波路のコアの上に金属を配置したり、ガラス導波路のコ
アに対して屈折率の異なる光学的異方性結晶（方解石、
Ｎｂ₂ Ｏ₅ 膜など）をガラス導波路のコアの上に配置す
る。このようにガラス導波路のコアに対して屈折率の異
なる光学的異方性結晶をガラス導波路のコアの上に配置
するため、精度よく製造するには工程が複雑になるとい
う問題があった。更にこの技術では、光学的異方性結晶
の屈折率は固定的であり、所望する異方性屈折率の結晶
が必ずしも得られないという制約があった。

【０００４】上記した公報に係る第１図〜第３図の技術
は、上記した問題を解決しようとしたものであり、導波
路のコアの近傍に、導波路のコアの屈折率と等しいか実
質的に等しい屈折率をもつ膜を配置し、ＴＥモード及び
ＴＭモードの偏光のいずれか一方を放射し、他方を伝搬
させるようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した公報
技術に係る導波形デバイスとは異なる方式の、屈折率異
方性可変材料を利用した導波形デバイス及びその製造方
法を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る導波形デ
バイスは、コア及びクラッドを備え、ＴＥモード及びＴ
Ｍモードの２種類の偏光のうちいずれか一方を透過させ
る導波形デバイスであって、コア及びクラッドは、屈折
率異方性可変材料からなり、あるいは、屈折率異方性可
変材料をマトリックスに分散させた材料からなり、正常
光屈折率をｎ_O とし、異常光屈折率をｎ_e としたとき、
ｎ_O 及びｎ_e のうちの一方は、コア＞クラッドの関係に
設定され、且つ、ｎ_O 及びｎ_e のうちの他方は、コア≦
クラッドの関係に設定されていることをことを特徴とす
る。

【０００７】請求項２に係る導波形デバイスの製造方法
は、屈折率異方性可変材料からなり、あるいは、屈折率
異方性可変材料をマトリックスに分散させた材料からな
り、コアとなる部位とクラッドとなる部位を備えたデバ
イス素材を用い、デバイス素材のコアとなる部位とクラ
ッドとなる部位のうち、いずれか一方に光照射し、請求
項１に記載の導波形デバイスを得ることを特徴とする。

【０００８】請求項２に係る導波形デバイスの製造方法
では、コアとなる部位とクラッドとなる部位とが、光照
射前では同種の材料で一体的に構成されていても良い。
本発明では、コアとは光が伝搬する媒体をいう。クラッ
ドとはコアに接して、あるいはコアを覆ってコアに光を
閉じ込める媒体をいう。コアの屈折率をクラッドの屈折
率よりも僅かに高くすることにより、偏光をコアに閉じ
こめて伝搬する。

【０００９】本発明では正常光屈折率をｎ_O とし、異常
光屈折率をｎ_e とする。正常光屈折率は、光学の分野で
は常光線屈折率（ordinary index）とも呼ばれる。

【００１０】

【実施の形態】 本発明に係る導波形デバイスとしては、ＴＥモード及
びＴＭモードの２種類の偏光のうちいずれか一方を閉じ
込めて伝搬すると共に他方を放射する機能をもつモード
フィルタが代表的なものである。図１に示すモードフィ
ルタは、ＴＭモードの偏光を放射させるものの、ＴＥモ
−ドの偏光をコア２に閉じ込めて伝搬するものである。
図１に示すモードフィルタでは、コア２のｎ_O ＞クラッ
ド３のｎ_O の関係、かつ、コア２のｎ_e ≦クラッド３の
ｎ_e の関係が満たされている。

【００１１】図１に示すモードフィルタでは、コア２の
ｎ_O ＞クラッド３のｎ_O の関係から、ＴＥモ−ドの偏光
をコア２に閉じ込めて伝搬できる。またコア２のｎ_e ≦
クラッド３のｎ_e の関係から、ＴＭモードの偏光をコア
２に閉じ込めることができず外部に放射させてしまう。
結果として、図１に示すモードフィルタは、ＴＥモ−ド
の偏光のみがコア２を伝搬し、ＴＥモ−ドの偏光のみを
取り出すことができるモードフィルタとして機能でき
る。

【００１２】なお屈折率異方性可変材料の屈折率の主軸
Ｘ、Ｙ、Ｚを図２（Ａ）のように規定したとき、図２
（Ｂ）は上記したモードフィルタにおけるコア２の屈折
率曲面を示し、図２（Ｃ）は上記したモードフィルタに
おけるクラッド３の屈折率曲面を示す。この場合、Ｚ軸
は光学的主軸となる。なお図１に示すモードフィルタで
は、コア２の上方及び下方の空気層をクラッドとして用
いても良い。あるいは、図１に示すコア２の横方に配置
されたクラッド３の他に、上下位置にさらに別のクラッ
ドが存在していてもよい。この場合には、上下位置に配
置されるクラッドを構成する材料は、横方向のクラッド
３の屈折率と同じであってもよいし、あるいは、導波機
能を備えたモードフィルタの性能を損なわない限り、異
なる屈折率の材料でもかまわない。なお、一般的には、
上下位置に配置されるクラッドとして、クラッド３より
もさらに低屈折率のクラッド材料を用いれば、モードフ
ィルタを構成し易い。 図３に示すモードフィルタでは、コア２のｎ_e ＞クラ
ッド３のｎ_e 、かつ、コア２のｎ_O ≦クラッド３のｎ_O
の関係が満たされている。このモードフィルタでは、コ
ア２のｎ_e ＞クラッド３のｎ_e の関係から、ＴＭモード
の偏光のみがコア２を伝搬し、またコア２のｎ_O ≦クラ
ッド３のｎ_O の関係からＴＥモードの偏光を放射する。
結果として、ＴＭモ−ドの偏光のみを取り出すことがで
きるモードフィルタが得られる。 本発明は上記で述べた様に、コア及びクラッドの２種
類の屈折率異方性を利用したデバイスである。このよう
な導波形デバイスは、屈折率異方性可変材料を用いた
り、あるいは、屈折率異方性可変材料をマトリックスに
分散させた材料を用いることにより実現できる。なお屈
折率異方性可変材料やマトリックスとしては、低導波損
失性をもつ材料が好ましい。 請求項２に係る方法は、請求項１に係る導波形デバイ
スを有効に製造できる方法を提供するものであり、より
詳しくは屈折率異方性可変材料の屈折率異方性を変化さ
せる方法を提供する。実際には、屈折率異方性可変材料
に紫外線等の光照射することにより、これを実現する。

【００１３】屈折率異方性可変材料では、光照射により
屈折率異方性の可変制御が可能である。上記公報技術に
係る異方性結晶では屈折率が固定的であったが、本発明
では上記公報技術に係る異方性結晶を利用した場合に比
較して、はるかに設計の自由度を得ることができる。請
求項３に係る方法では、コア２となる部位とクラッド３
となる部位は、光照射前では同種の材料で一体的に構成
されているため、コア２やクラッド３の個別の組付や組
立等が不要になり、導波形デバイスの製造プロセスの簡
略化に有利である。 屈折率異方性可変材料 本発明における屈折率異方性可変材料とは、光照射前に
おいて異方的な屈折率を示しており、光照射後において
その屈折率が変化し、かつ光照射による屈折率変化が増
加と減少との両成分を有する材料をいう。

【００１４】屈折率異方性可変材料としては、光照射に
より材料ないしは材料の一部が構造変化を起こすような
ものである。このような性質をもつものとして、具体的
には、トランスーシス光異性化可能な炭素−炭素二重結
合、ないしは、アゾ基を有する化合物があげられる。所
望の屈折率変化を引き起こすには、異方的屈折率変化の
大きな分子を用いることが重要で、アゾベンゼン、スチ
ルベン誘導体が好ましい。これら誘導体にアルキル基、
カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、メト
キシ基等の官能基を結合させることにより、より異方性
変化を大きくすることが可能となる。

【００１５】さらにニトロ基、シアノ基等の電子吸引性
基、アミノ基、メトキシ基等の様な電子供与性基をそれ
ぞれ分子の両端に導入することにより、さらに異方性変
化を大きく取ることができる。上記材料は、光照射を続
けることにより、炭素−炭素二重結合ないしはアゾ基の
還元、酸化、切断等が生じる事があるが、所望の変化を
引き起こすものであれば実質的に支障ない。むしろ、熱
的にシスートランス異性化が生じて屈折率が元に戻る場
合より、好ましいと考えられる。

【００１６】これら光異性化可能な化合物が高分子内に
分散ないしは結合することによって、あるいは、適当な
マトリックス（例えばガラスや樹脂等）に分散ないしは
結合する事によって、本発明において所望する屈折率異
方性可変材料を提供できる。樹脂としては屈折率異方性
可変材料を制御できる比率で配合できるものであれば、
特に限定されず、例えばウレタン樹脂、ポリエステル樹
脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を採用できる。

【００１７】また、光照射前に異方的な屈折率を示すに
は、上記材料をスピンコート法あるいは溶融押し出し成
形等により、基板の表面に沿った面内に分子を配向させ
ることにより達成される。異方性の程度は、材料の粘
度、スピンコート法における回転数、成型時の延伸割合
等で制御できる。大きな異方性を得るには、異方性の強
い化学構造を有した高分子、マトリックスが好ましい。

【００１８】上記した屈折率異方性可変材料やマトリッ
クスは、低導波損失の材料であることが好ましい。 低導波損失の材料 上記した低導波損失の材料とは、導波形デバイスとして
使用する上で、十分な出力光強度を与え得る材料をい
う。一般的に、導波形デバイスにおいて伝搬される光の
波長域は可視光から近赤外にわたる領域である。導波形
デバイスにおいて可視光域が伝搬される場合には、その
領域で低導波損失である材料を使用すればよい。また、
導波形デバイスにおいて近赤外域が伝搬される場合に
は、その領域で低導波損失である材料を使用すればよ
い。

【００１９】低導波損失の材料としては、所望の低導波
損失を提供する限り、光異性化可能な化合物が高分子内
に分散ないしは結合することによって、あるいは、適当
なマトリックスに分散ないしは結合した屈折率異方性可
変材料をそのまま使用したものでも良いし、あるいは、
別マトリックスと混合して使用してもよい。マトリック
スとしては、屈折率異方性可変材料が制御可能な比率で
分散し得るものであればよく、ガラスや高分子材料を採
用できる。 光照射処理 屈折率異方性可変材料に屈折率変化を起こさせる為の光
照射処理は、屈折率異方性可変材料において光異性化を
引き起こす波長で実行される。一般には、紫外線域から
可視光域にわたる波長をもつ光が屈折率異方性可変材料
に照射される。光源としては、高圧水銀灯が一般的であ
るが、エキシマレーザ等の利用も可能である。

【００２０】光照射にあたっては、屈折率異方性可変材
料に所望の屈折率変化量を引き起こすのに必要な照射光
強度、照射時間が適宜選択される。また、製造時間の短
縮化の為に、屈折率異方性可変材料の温度を高めて照射
すると、一般的には、屈折率異方性可変材料の屈折率変
化の効率が高くなり易い。上記した照射光強度、照射時
間、照射の際の材料温度等は屈折率異方性可変材料の種
類、膜厚や導波形デバイスの種類に応じて適宜選択でき
る。１例として示せば、中心波長３６５ｎｍの紫外線を
照射するときには、照射光強度８０ｍＷ／ｃｍ² の条件
で、照射温度が室温〜１６０°Ｃ、照射時間が３０分〜
１時間で、所望の導波型フィルタを得ることができる。
照射光強度を増加すれば、処理時間を短縮することが可
能である。

【００２１】光照射時間と屈折率の可変の程度との関係
は、後述するように図８に示されている。図８の試験結
果から理解できるように、上記した屈折率異方性可変材
料では、光照射により、■や▲で示すように正常光屈折
率ｎ_O が低下し、◆や●で示すように異常光屈折率ｎ_e
が増加する傾向がある。 モードフィルタ 導波形デバイスとしてモードフィルタが代表的なもので
ある。モードフィルタについて図４を参照して説明を加
える。図４は第１形態のモードフィルタを示す。第１形
態のモードフィルタは、基板２０と、基板２０の上に積
層されたアンタークラッド２２と、アンタークラッド２
２の上に積層された導波層２４とを備えている。そして
図４に示すように、クラッド３となる部位を露出させつ
つ、コア２となる部位にフォトマスク４０を配置し、そ
の状態で紫外線等の光照射を行う。光照射を受けた部位
では、つまりクラッド３となる部位では、図８の試験結
果から理解できるように、ｎ_O が低下し、ｎ_e が増加す
る。

【００２２】従って光照射後では、コア２のｎ_O ＞クラ
ッド３のｎ_O の関係、かつ、コア２のｎ_e ≦クラッド３
のｎ_e の関係が満たされる。ここで前述したように、コ
ア２のｎ_O ＞クラッド３のｎ_O の関係から、ＴＥモード
の偏光をコア２内に閉じ込めて伝播できる。一方、コア
２のｎ_e ≦クラッド３のｎ_e の関係から、ＴＭモ−ドの
偏光をコア２内に閉じこめることができず、放射させて
しまう。結果としてこのモードフィルタは、ＴＥモード
の偏光のみを取り出す事ができるＴＥモードモードフィ
ルタとして機能できる。

【００２３】次に図５は第２形態のモードフィルタを示
す。第２形態のモードフィルタは、図５に示すように、
基板２０と、基板２０の上に積層されたアンタークラッ
ド２２と、アンタークラッド２２の上に積層された導波
層２４とを備えている。そして図５に示すように、コア
２となる部位を露出させつつ、クラッド３となる部位に
フォトマスク４０を配置し、その状態で紫外線等の光照
射を行う。光照射を受けた部位では、つまりコア２とな
る部位では、光照射により前述同様にｎ _O が低下し、ｎ
_e が増加する。

【００２４】従ってこのモードフィルタでは、コア２の
ｎ_e ＞クラッド３のｎ_e の関係、かつ、コア２のｎ_O ≦
クラッド３のｎ_O の関係が満たさる。このモードフィル
タでは、ＴＭモードの偏光のみを取り出す事ができるＴ
Ｍモードモードフィルタを得ることができる。ところ
で、図４に示すモードフィルタ、図５に示すモードフィ
ルタでは、光照射前に、コア２となる部位とクラッド３
となる部位との双方を同種材料で一体的に導波層２４と
して成膜している。そして、成膜後に、コア２となる部
位とクラッド３となる部位とのうちいずれか一方をフォ
トマスク４０で覆いつつ、光照射処理を実行する。これ
により他方に光を照射し、以てコア２とクラッド３とを
分離形成している。このように、コア２となる部位とク
ラッド３となる部位との双方を、同種材料で一体的に成
膜しているため、製造プロセスの簡略化に有利である。

【００２５】上記した製造方法に限らず、場合によって
は、コア２とクラッド３は、それぞれ別種の材料を組み
合わせて形成する形態でも良い。 コア２とクラッド３の構成 光を閉じ込めて伝搬するコア２は、図４及び図５に示す
ように埋設されたチャンネル型であってもよいし、ある
いは、特に図示はしないものの導波層が外方に局部的に
突出したリッジ型であってもよい。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。まず、実
施例で用いた屈折率異方性可変材料の合成方法を説明
し、次に導波形デバイスの製造方法を項目別に説明す
る。本実施例において、分子構造の確認は赤外線吸収ス
ペクトルと、Ｈ核磁気共鳴スペクトルとによりおこなっ
た。融点およびガラス転移温度の測定は示差走査熱量計
によりおこなった。屈折率は、導波層にカップリングプ
リズムを用いて光を入射し、導波モードを励起したとき
のモードアングルにより求めた。

【００２７】（屈折率異方性可変材料の合成方法）２−
メチル−４−ニトロアニリン７．６１ｇを水１００ｍｌ
と３６％塩酸水溶液４５ｍｌの混合液に溶解して３℃に
冷却した。その溶液に水１８ｍｌに溶かした亜硝酸ナト
リウム３．８０ｇを加えた。この溶液を３℃に保って１
時間攪拌した。さらにこの溶液中にｍ−トリルジエタノ
ールアミン９．７６ｇを水１２５ｍｌと３６％塩酸水溶
液７．５ｍｌの混合液に溶解した溶液を３０分間かけて
添加した後、３℃で２０分間攪拌し、さらに２０℃で６
０分間攪拌して反応させた。反応混合物に３５．４ｇの
水酸化カリウムを水２００ｍｌに溶かした液を添加して
中和し、析出した粗生成物を濾別水洗して乾燥させた。
この生成物をエタノールから再結晶を２回繰り返して以
下の構造式（化１）で示される４−Ｎ，Ｎ−ビス（２−
ヒドロキシエチル）アミノ−２、２’−ジメチル−４’
−ニトロアゾベンゼンを得た（収率；８０％，融点；１
６９℃）。

【００２８】

【化１】

【００２９】化１の化合物０．６８６ｇとトリレン−
２，４−ジイソシアナート０．５００ｇとをＮ−メチル
−２−ピロリドン１０ｍｌに溶解させて１００℃で１時
間攪拌した。この溶液を２０℃に冷却した後、トランス
−２，５−ジメチルピペラジン０．１０９ｇを加え、２
０℃で７時間攪拌して反応させた。反応混合物をエタノ
ールとヘキサンとの１：１混合液４００ｍｌ中に投入し
て、析出した沈殿ポリマーを濾別し減圧乾燥した。

【００３０】この生成ポリマーは、以下の構造式（化
２）であることを確認した（収率；８９％、ガラス転移
温度；１４２℃、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中での固
有粘度０．２８ｄｌ／ｇ、吸収極大波長；４７４ｎ
ｍ）。

【００３１】

【化２】

【００３２】次に、上記したように合成した化１の化合
物１．５０ｇと４，４’−ジフェニルメタンジイソシア
ナート１．５７１ｇとをＮ−メチル−２−ピロリドン９
０ｍｌに溶解して、１００℃で９０分間攪拌した。この
溶液を２０℃に冷却した後、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン１０ｍｌに溶解させたトランス−２，５−ジメチルピ
ペラジン０．２３９ｇを加え、２０℃で５時間攪拌して
反応させた。反応混合物をエタノール３０００ｍｌに投
入して、析出した沈殿ポリマーを濾別し減圧乾燥した。

【００３３】この生成ポリマーは、以下の構造式（化
３）であることを確認した（収率；９６％、ガラス転移
温度；１１４℃、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中での固
有粘度０．８０ｄｌ／ｇ、吸収極大波長；４７５ｎ
ｍ）。

【００３４】

【化３】

【００３５】（導波形デバイスの作製法）本実施例で
は、試料として、図６に示す断面構造のモードフィルタ
として機能するチャンネル型の導波形デバイスを作製す
る。まず、基板２０Ａとして、結晶軸＜１００＞で切り
出した、厚み約５００μｍの片面鏡面の４インチシリコ
ンウェハ（三菱マテリアル製：ｎ型半導体）をそのまま
用いた。

【００３６】本実施例では、アンダークラッド２２Ａと
して、ポリイミド（日立化成製；ＰＩＱ２２００）を積
層した。この場合には、基板２０Ａについてあらかじめ
カップラー（ＰＩＱカップラー；日立化成製）処理を行
なった。即ち、カップラーを所定回転数でフォトレジス
トスピナー（共和理研製；Ｋー３３５９ＳＤー１）によ
り、基板２０Ａ上にスピンコート処理した後、３００℃
で１時間加熱処理を行った。

【００３７】次に、ポリイミドをフォトレジストスピナ
ーで基板２０Ａ上にスピンコート処理した。なおスピン
コート処理とは、基板上に溶液を滴下し、回転させて成
膜する処理である。その後、１５０℃で１時間、３００
℃で１．５時間熱処理する事によって、硬化させた。得
られたアンダークラッド２２Ａはポリイミドであり、そ
の膜厚は７μｍであった。

【００３８】上記のように製造した屈折率異方性可変材
料を、溶媒としてのピリジンに混ぜ、比較的低濃度（１
重量％）のピリジン溶液を形成した。そのピリジン溶液
を、０．２μｍのテフロンフィルター（アドバンテック
東洋製；ＤＩＳＭＩＣＩ１３Ｐ）でろ過した後、エバポ
レータで濃縮して高濃度溶液（６重量％）にした。その
高濃度溶液を、フォトレジストスピナーを用いたスピン
コート処理により、上記基板２０Ａ上のアンダークラッ
ド２２Ａに導波層２４Ａ（ウレタンウレア共重合体）を
積層し、これによりデバイス素材を形成した。その後、
室温にて、約６時間真空乾燥を行った。

【００３９】さらに窒素気流入下において、約１５０℃
での熱処理を約６時間行った。得られた導波層２４Ａの
膜厚は約１．３μｍであった。この膜厚は、触針式表面
あらさ計（Ｓｌｏａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒ
ｐ．製；ＤＥＫＴＡＫＩＩ）で測定した。本実施例のデ
バイス素材に係る導波層２４Ａは、後述するように光照
射によりコア２とクラッド３とを構成するものである。
このようにコア２となる部位と、クラッド３となる部位
とが、同一の材料で一体的に成膜されて構成されている
ため、製造プロセスの容易化に有利である。

【００４０】（光照射処理）上記のようして形成した導
波層２４Ａに対して光照射処理を行った。光照射処理
は、超高圧水銀ランプ（ウシオ電機製；ＵＳＨ−２５０
ＢＹ）を光源とした平行光照射可能な露光装置用光源ユ
ニット（ウシオ電機製；マルチライトＭＬ−２５１Ａ／
Ｂ）を用い、紫外線照射（ＵＶ照射、中心波長：３６５
ｎｍ、４０５ｎｍ）により行った。照射パワ−は８０ｍ
Ｗ／ｃｍ² とした。

【００４１】光照射の際には、幅２〜１０μｍの直線導
波路を石英ガラス上に低反射クロムで描画したフォトマ
スク（凸版印刷製）を用いた。このフォトマスクを、試
料表面のうちコア２となる部位に接触させ、試料を所定
温度（１１０°Ｃ）に加熱し、上方より１時間照射し
た。これによりコア２、コア２の両側のクラッド３を備
えた試料が製造された。

【００４２】（試料切断）その後、試料ごと液体窒素に
浸漬して試料を冷却した。その後、試料に予めきずをつ
けておいた結晶内の＜０１０＞＜００１＞方向にへき開
した。 （近視野像観察、導波光強度測定）上記した試料につい
て近視野像観察、導波光強度測定を行った。光導波実験
は、図７に示した光学系で行った。即ち、波長８３０ｎ
ｍの半導体レーザ７０を光源とし、半導体レーザ７０か
らの光を、π／２波長板７２、ＮＤフィルタ７４、レン
ズ７６、光ファィバであるラミポールファィバ偏光子７
８（コア径５μｍ、住友大阪セメント製）を介して、試
料Ｓの導波層２４Ａのコア２に通した。

【００４３】π／２波長板７２による調整と、ファイバ
偏光子７８の使用により、出射端での偏光消光比３０ｄ
Ｂが得られた。入射光強度の調整は、半導体レーザ７０
とレンズ７６との間に配置されたＮＤフィルタ７４によ
り行った。この観察では、ファイバー偏光子７８の出射
端７８ｃの側に、導波層２４Ａを備えた試料Ｓをマイク
ロメータ付きのｘｙｚ軸ステージにセットして、顕微鏡
で観察しながら、ファイバー偏光子７８と導波層２４Ａ
のコア２との軸合わせを行った。

【００４４】更に試料Ｓから出射した出射光を対物レン
ズ８０で拡大し、偏光子８２、ピンホール８４を経てＣ
ＣＤカメラ８６で像を取り込み、ＴＶモニタ８８で観察
しながら微調整を行った。なお近視野像解析は、画像解
析装置９０（浜松ホトニクス製；ＤＶＳ−３０００）を
用いて行った。本実施例では、近視野像の観察から、導
波路幅６μｍ以下の導波路でシングルモード導波路が作
製されていることが確認できた。なお導波路幅６μｍ以
上であっても、近視野像が多少変形するがシングルモー
ド導波は可能であった。

【００４５】更に、ＣＣＤカメラ８６のところに光パワ
ーメータ９２を置き換えて、光強度を測定した。本実施
例では、ＴＥモードの偏光を導波させたときには、試料
Ｓから出射した光は、やはりＴＥモードであり、消光比
３０ｄＢを保持していた。一方、ＴＭモードの偏光を導
波させたときには、試料Ｓのコア２内に光を閉じ込めて
伝搬することができず、出射光を観測できなかった。従
って、この試料Ｓで構成されている導波形デバイスは、
ＴＭモードの偏光を伝搬させないものの、ＴＥモードの
偏光を伝搬させる機能を備えたＴＥモードフィルタとし
て機能していることが確認できた。

【００４６】（照射時間と屈折率との関係、照射温度と
屈折率との関係）実施例に係る屈折率異方性可変材料を
採用した場合において、光照射処理の照射時間と屈折率
の可変の程度との関係を試験した。更に、照射処理の際
の試料の温度と屈折率の可変の程度との関係を試験し
た。屈折率測定では、プリズムカップラー（ｍｅｔｒｉ
ｃｏｎ製；ＰＣ２０１０）を用い、導波する光として波
長６３３ｎｍ、波長８３０ｎｍを用いた。

【００４７】試験結果を図８、図９に示す。図８は、照
射時間と屈折率との関係（照射温度が１１０°Ｃのと
き）を示す。更に図９は、照射温度と屈折率との関係
（照射時間が１時間のとき）を示す。図８及び図９にお
いて、■は波長６３３ｎｍにおけるｎ_O を示し、●は波
長６３３ｎｍにおけるｎ_e を示す。▲は波長８３０ｎｍ
におけるｎ_O を示し、◆は波長８３０ｎｍにおけるｎ_e
を示す。

【００４８】図８の■や▲に示す試験結果から理解でき
るように、光照射処理により、ｎ_Oの屈折率が低下して
おり、かつ、図８の◆や●に示す試験結果から理解でき
るように、ｎ_e の屈折率が増加していることが確認され
た。また図９から理解できるように実施例に係る屈折率
異方性可変材料においては、屈折率は試料の温度の影響
を受けることが確認された。特に温度が高い程、屈折率
が変化する割合が大きいことが確認された。

【００４９】

【発明の効果】請求項１に係る導波形デバイスによれ
ば、コア及びクラッドは、屈折率異方性可変材料からな
り、あるいは、屈折率異方性可変材料をマトリックスに
分散させた材料からなり、正常光屈折率をｎ_O とし、異
常光屈折率をｎ_e としたとき、ｎ _O 及びｎ_e のうちの一
方は、コア＞クラッドの関係に設定され、且つ、ｎ_O 及
びｎ_e のうちの他方は、コア≦クラッドの関係に設定さ
れていることをことを特徴とする。

【００５０】このようにコア及びクラッドに屈折率異方
性可変材料を利用すれば、光照射によりコアの屈折率
（ｎ_O 、ｎ_e ）とクラッドの屈折率（ｎ_O 、ｎ_e ）とを
変化させ得るため、上記した導波形デバイスを提供する
ことができる。ところで一般の光システムにおいて、Ｔ
Ｍモード及びＴＥモードの偏光を利用した制御、計測は
頻繁に行われ、システムの中で偏光子は不可欠の存在と
なりつつある。一方、光システムをより汎用的に利用す
るため、導波形デバイスを利用した小型光システムの構
築が近年なされている。このような小型光システムにお
いても、上記光システムと同様に、ＴＭモード及びＴＥ
モードの偏光を分離する必要が生じる。この点本発明に
係る導波形デバイスは、ＴＭモード及びＴＥモードの偏
光のうち一方を導波させ他方を放射するため、ＴＭモー
ド及びＴＥモードの偏光を分離し得るモードフィルタと
して機能できるため、前記した小型光システムでの重要
な構成部品と成り得る。

【００５１】請求項２に係る導波形デバイスの製造方法
は、屈折率異方性可変材料からなり、あるいは、屈折率
異方性可変材料をマトリックスに分散させた材料からな
り、コアとなる部位とクラッドとなる部位を備えたデバ
イス素材を用い、デバイス素材のコアとなる部位とクラ
ッドとなる部位のうち、いずれか一方に光照射すること
にしている。従って、光照射によりコアの屈折率
（ｎ_O 、ｎ_e ）とクラッドの屈折率（ｎ_O 、ｎ_e ）とを
変化させ得るため、請求項１に係る導波形デバイスを有
効に製造できる。

【００５２】上記した特開昭６２−２９９１３号公報技
術に係る異方性結晶では、屈折率が固定的であったが、
本発明では上記したように光照射により屈折率が可変と
なる屈折率異方性可変材料を用いるため、上記公報技術
に係る異方性結晶を利用した場合に比較して、はるかに
設計の自由度を得ることができる。また上記した材料
は、上記公報技術に係る異方性結晶を利用した場合に比
較して安価となり易い。従って請求項２に係る導波形デ
バイスの製造方法では、特開昭６２−２９９１３号公報
の第４図に示す技術とは異なり、価格を抑えた導波形デ
バイスを提供するのに有利である。

【００５３】またコアとなる部位とクラッドとなる部位
とが、光照射前では同種の材料で一体的に構成されてい
る場合には、コアやクラッドの個別の組付や組立等が不
要になり、導波形デバイスの製造プロセスの簡略化に有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】コア及びクラッドを備えた導波層の断面を模式
的に示す構成図である。

【図２】（Ａ）は屈折率主軸を示し、（Ｂ）はコアにお
ける屈折率曲面を示し、（Ｃ）はコアにおける屈折率曲
面を示す構成図である。

【図３】コア及びクラッドを備えた他の導波層の断面を
模式的に示す構成図である。

【図４】ＴＥモードフィルタの製造過程を模式的に示す
構成図である。

【図５】ＴＭモードフィルタの製造過程を模式的に示す
構成図である。

【図６】実施例に係るモードフィルタの断面を模式的に
示す構成図である。

【図７】測定光学系を模式的に示す構成図である。

【図８】実施例に係る屈折率異方性可変材料における照
射時間と屈折率との関係を示すグラフである。

【図９】実施例に係る屈折率異方性可変材料における試
料温度と屈折率との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

図中、２はコア、３はクラッドを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 茜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コア及びクラッドを備え、ＴＥモード及び
   ＴＭモードの２種類の偏光のうちいずれか一方を透過さ
   せる導波形デバイスであって、 コア及びクラッドは、屈折率異方性可変材料からなり、
   あるいは、屈折率異方性可変材料をマトリックスに分散
   させた材料からなり、 正常光屈折率をｎ_O とし、異常光屈折率をｎ_e としたと
   き、 ｎ_O 及びｎ_e のうちの一方は、コア＞クラッドの関係に
   設定され、且つ、 ｎ_O 及びｎ_e のうちの他方は、コア≦クラッドの関係に
   設定されていることをことを特徴とする導波形デバイ
   ス。
2. 【請求項２】屈折率異方性可変材料からなり、あるい
   は、屈折率異方性可変材料をマトリックスに分散させた
   材料からなり、コアとなる部位とクラッドとなる部位を
   備えたデバイス素材を用い、 デバイス素材のコアとなる部位とクラッドとなる部位の
   うち、いずれか一方に光照射し、請求項１に記載の導波
   形デバイスを得ることを特徴とする導波形デバイスの製
   造方法。