JPH10332959A - 波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイス - Google Patents

波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイス

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JPH10332959A
JPH10332959A JP14680697A JP14680697A JPH10332959A JP H10332959 A JPH10332959 A JP H10332959A JP 14680697 A JP14680697 A JP 14680697A JP 14680697 A JP14680697 A JP 14680697A JP H10332959 A JPH10332959 A JP H10332959A
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JP
Japan
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bis
optical device
waveguide grating
fluorinated
type optical
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Pending
Application number
JP14680697A
Other languages
English (en)
Inventor
Junya Kobayashi
潤也 小林
Toru Maruno
透 丸野
Yasuoki Hirata
泰興 平田
Yasuyuki Inoue
靖之 井上
Shigekuni Sasaki
重邦 佐々木
Toru Matsuura
松浦  徹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性、長波長での光透過性に優れた波長可
変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスを提供するこ
と。 【解決手段】 入力導波路、スラブ導波路、アレイ導波
路格子および出力導波路の構成部において、少なくとも
アレイ導波路格子のコアおよび/またはクラッドが主成
分としてフッ素化ポリイミドを含有する化合物により形
成される。この波長可変型高分子アレイ導波路格子型光
デバイスには、さらに通電加熱を行うための抵抗体薄膜
からなる熱光学位相シフタを設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用いら
れる波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスに
関する。
【0002】
【従来の技術】光通信システムの高度化、経済化に向け
て、光導波路を用いたアレイ導波路格子型光デバイスの
研究開発が進められている。一般的に、光導波路の光デ
バイス応用には、作製の容易性、導波路材料の屈折率の
制御性、耐熱性等様々な条件が要求される。現在、光導
波路材料としては石英系ガラスが最もよく利用されてお
り、石英系光導波路は波長1.3μmで0.1dB/c
m以下の低光損失を示す。しかしながら、製造プロセス
が複雑、大面積化が困難などの問題点を有し、経済性、
汎用性に優れるアレイ導波路格子型光デバイスを得にく
い。
【0003】一方、高分子光導波路はスピンコート法を
用いて形成できるため、石英系光導波路と比較して、作
製、および大面積化が容易である。さらに、高分子材料
は石英系ガラスに比べて10倍以上大きな熱光学(T
O)効果(屈折率の温度依存性)を持つ場合が多い(例
えば、PMMAは屈折率の温度依存性の指標である熱光
学定数が−1.0×10-4/℃であり、この値は石英の
熱光学定数の1×10-5/℃以下に比べて10倍以上大
きい)。このため、高分子光導波路をアレイ導波路格子
型光デバイスへ応用した場合には、大きなTO効果を利
用して透過波長を10nm程度可変することができ、石
英系光導波路で作製した場合の1nmの可変範囲に比べ
て10倍程度大きくできる。しかしながら、PMMAは
熱変形温度が100℃程度と低いため(井出文雄著、
“オプトエレクトロニクスと高分子”、pp.28、共
立出版(1995))、波長可変時の加熱・冷却の繰り
返しによって特性が劣化する。このため、PMMAはア
レイ導波路格子型光デバイス形成には適さない。また、
PMMAは1.55μm帯の吸収が大きいため(吉村
ら、“平面型ポリマ光波回路”、電子情報通信学会春期
大会予稿集、SC−8−3、5−319(199
4))、この波長帯での使用は難しい。
【0004】このように、これまで耐熱性、および長波
長での光透過性に優れた波長可変型高分子アレイ導波路
格子型光デバイスは存在しなかった。しかしながら、波
長可変型アレイ導波路格子型光デバイスの経済化、汎用
化は光通信システムの経済化に必須であり、新たな波長
可変型アレイ導波路格子型光デバイスが望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐熱
性、長波長での光透過性に優れた波長可変型高分子アレ
イ導波路格子型光デバイスを提供し、その結果として経
済性、汎用性を改善することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】これらの観点から検討を
進めた結果、本発明者らは、フッ素化ポリイミドが高分
子アレイ導波路格子型光デバイス作製に必要な加工性を
有すること、フッ素化ポリイミドをコアおよび/または
クラッドに用いて作製したデバイスが波長1.3μmお
よび1.55μmの近赤外域で低損失であり、かつ耐熱
性や耐湿性にも優れること、および屈折率の温度依存性
を示す熱光学定数が−3×10-4/℃(図1参照)であ
り、この値が石英やPMMAが示す熱光学定数よりも大
きいことを見いだし本発明を完成するに至った。
【0007】したがって、本発明による波長可変型高分
子アレイ導波路格子型光デバイスは、 (1)入力導波路と、第1のスラブ導波路と、アレイ導
波路格子と、第2のスラブ導波路と、出力導波路とが順
次光学的に接続されて構成される波長可変型高分子アレ
イ導波路格子型光デバイスにおいて、少なくとも前記ア
レイ導波路格子のコアおよび/またはクラッドが主成分
としてフッ素化ポリイミドを含有する化合物により形成
されることを特徴とする。
【0008】(2)上記(1)の波長可変型高分子アレ
イ導波路格子型光デバイスにおいて、前記コアおよびク
ラッドの両方が、主成分としてフッ素化ポリイミドを含
有する化合物により形成されており、コアを構成するフ
ッ素化ポリイミド含有化合物の複屈折とクラッドを構成
するフッ素化ポリイミド含有化合物の複屈折との差が
0.002以下であってもよい。
【0009】(3)また、上記(1)または(2)の波
長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスにおい
て、前記フッ素化ポリイミドが、下記構造式(1)
【0010】
【化5】
【0011】で表される化合物と、下記一般式(2)
【0012】
【化6】 H2 N−R−NH2 (2) (式中、Rは、フッ素化または非フッ素化された2価の
有機基を示す。)で表されるジアミンとを反応させて得
られるフッ素化ポリイミドを含有していてもよい。
【0013】(4)また、上記(1)または(2)の波
長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスにおい
て、前記フッ素化ポリイミドが、下記構造式(3)
【0014】
【化7】
【0015】で表される化合物と、下記一般式(2)
【0016】
【化8】 H2 N−R−NH2 (2) (式中、Rは、フッ素化または非フッ素化された2価の
有機基を示す。)で表されるジアミンとを反応させて得
られるフッ素化ポリイミドを含有していてもよい。
【0017】(5)上記(3)または(4)の波長可変
型高分子アレイ導波路格子型光デバイスにおいて、前記
一般式(2)で表されるジアミンが、2,2′−ビス
(トリフロオロメチル)−4,4′−ジアミノビフェニ
ル、テトラフルオロ−m−フェニレンジアミン、ビス
(2,3,5,6−テトラフルオロ−4−アミノフェニ
ル)エーテル、2,4′−オキシジアニリン、1,1−
ビス(4−アミノフェニル)−1−フェニル−2,2,
2−トリフルオロエタン、3,4′−オキシジアニリ
ン、3,3′−ジアミノジフェニルスルホン、4,4′
−オキシジアニリン、2,2−ビス(3−アミノ−4−
ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、[1,
1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−
1−フェニル−2,2,2−トリフルオロエタン]、
4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス
(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,
4′−メチレンジアニリン、2,2−ビス[4−(4−
アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン
からなる群から選ばれるものであってもよい。
【0018】(6)また、上記(1)〜(5)のいずれ
かの波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスに
おいて、さらに、通電加熱を行うための抵抗体薄膜から
なる熱光学位相シフタを有していてもよい。
【0019】
【発明の実施の態様】本発明の波長可変型高分子アレイ
導波路格子型光デバイスは、入力導波路と、第1のスラ
ブ導波路と、アレイ導波路格子と、第2のスラブ導波路
と、出力導波路とが順次光学的に接続されて構成されて
おり、少なくともアレイ導波路格子のコアおよび/また
はクラッドが、主成分としてフッ素化ポリイミドを含有
する化合物により形成される。しかし、光の伝搬損失を
最小限に抑えるためには、入力導波路、第1のスラブ導
波路、アレイ導波路格子、第2のスラブ導波路および出
力導波路の全ての構成部のコアおよびクラッドが、それ
ぞれ同一のフッ素化ポリイミド含有化合物で形成される
ことが最も好ましい。
【0020】上記本発明の波長可変型高分子アレイ導波
路格子型光デバイスに適用可能なコア材およびクラッド
材について以下に説明する。
【0021】波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デ
バイスが安定した性能を発揮するためには、前述したよ
うに、1)導波路材料が近赤外域、特に波長1.55μ
m付近で透明であること、2)クラッド、コア材料の熱
光学定数が大きいこと、および3)耐熱性に優れたこと
が望まれる。
【0022】本発明において使用可能なフッ素化ポリイ
ミドとしては、フッ素化テトラカルボン酸またはその誘
導体とジアミンから製造したフッ素化ポリイミド、テト
ラカルボン酸またはその誘導体とフッ素化ジアミンから
製造したフッ素化ポリイミド、あるいはフッ素化テトラ
カルボン酸またはその誘導体とフッ素化ジアミンから製
造したフッ素化ポリイミドが挙げられる。これらのフッ
素化ポリイミドは、単量体だけではなく、他の共重合成
分と共重合させて得られるフッ素化ポリイミド共重合体
であってもよく、さらに、必要に応じて添加剤等を添加
したものなどを用いることができる。フッ素ポリイミド
共重合体をも用いる場合、各共重合成分の共重合比を変
えて2種類のフッ素化ポリイミド共重合体とし、それぞ
れをコア材およびクラッド材として用いることも可能で
ある。
【0023】上記のテトラカルボン酸あるいはフッ素化
テトラカルボン酸ならびにこれらの誘導体とは、テトラ
カルボン酸またはフッ素化テトラカルボン酸の酸無水
物、酸塩化物、エステル化物等である。具体的なテトラ
カルボン酸あるいはフッ素化テトラカルボン酸は、(ト
リフルオロメチル)ピロメリット酸、ジ(トリフルオロ
メチル)ピロメリット酸、ジ(ヘプタフルオロプロピ
ル)ピロメリット酸、ペンタフルオロエチルピロメリッ
ト酸、ビス{3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェノ
キシ}ピロメリット酸、2,3,3′,4′−ビフェニ
ルテトラカルボン酸、3,3′,4,4′−テトラカル
ボキシジフェニルエーテル、2,3,3′,4′−テト
ラカルボキシジフェニルエーテル、3,3′,4,4′
−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,3,6,7−
テトラカルボキシナフタレン、1,4,5,7−テトラ
カルボキシナフタレン、1,4,5,6−テトラカルボ
キシナフタレン、3,3′,4,4′−テトラカルボキ
シジフェニルメタン、3,3′,4,4′−テトラカル
ボキシジフェニルスルホン、2,2−ビス(3,4−ジ
カルボキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,4
−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、
5,5′−ビス(トリフルオロメチル)−3,3′,
4,4′−テトラカルボキシビフェニル、2,2′,
5,5′−テトラキス(トリフルオロメチル)−3,
3′,4,4′−テトラカルボキシビフェニル、5,
5′−ビス(トリフルオロメチル)−3,3′,4,
4′−テトラカルボキシジフェニルエーテル、5,5′
−ビス(トリフルオロメチル)−3,3′,4,4′−
テトラカルボキシベンゾフェノン、ビス{(トリフルオ
ロメチル)ジカルボキシフェノキシ}ベンゼン、ビス
{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}
(トリフルオロメチル)ベンゼン、ビス(ジカルボキシ
フェノキシ)(トリフルオロメチル)ベンゼン、ビス
(ジカルボキシフェノキシ)ビス(トリフルオロメチ
ル)ベンゼン、ビス(ジカルボキシフェノキシ)テトラ
キス(トリフルオロメチル)ベンゼン、3,4,9,1
0−テトラカルボキシペリレン、2,2−ビス{4−
(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル}プロパ
ン、ブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカ
ルボン酸、2,2−ビス{4−(3,4−ジカルボキシ
フェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン、ビス
{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}ビ
フェニル、ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシ
フェノキシ}ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキ
シ}ジフェニルエーテル、ビス(ジカルボキシフェノキ
シ)ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン、
1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)テトラ
メチルジシロキサン、ジフルオロピロメリット酸、1,
4−ビス(3,4−ジカルボキシトリフルオロフェノキ
シ)テトラフルオロベンゼン、1,4−ビス(3,4−
ジカルボキシトリフルオロフェノキシ)オクタフルオロ
ビフェニルなどが挙げられる。
【0024】一方、上記のジアミンあるいはフッ素化ジ
アミンとしては、m−フェニレンジアミン、2,4−ジ
アミノトルエン、2,4−ジアミノキシレン、2,4−
ジアミノデュレン、4−(1H,1H,11H−エイコ
サフルオロウンデカノキシ)−1,3−ジアミノベンゼ
ン、4−(1H,1H−パーフルオロ−1−ブタノキ
シ)−1,3−ジアミノベンゼン、4−(1H,1H−
パーフルオロ−1−ヘプタノキシ)−1,3−ジアミノ
ベンゼン、4−(1H,1H−パーフルオロ−1−オク
タノキシ)−1,3−ジアミノベンゼン、4−ペンタフ
ルオロフェノキシ−1,3−ジアミノベンゼン、4−
(2,3,5,6−テトラフルオロフェノキシ)−1,
3−ジアミノベンゼン、4−(4−フルオロフェノキ
シ)−1,3−ジアミノベンゼン、4−(1H,1H,
2H,2H−パーフルオロ−1−ヘキサノキシ)−1,
3−ジアミノベンゼン、4−(1H,1H,2H,2H
−パーフルオロ−1−ドデカノキシ)−1,3−ジアミ
ノベンゼン、p−フェニレンジアミン、2,5−ジアミ
ノトルエン、2,3,5,6−テトラメチル−p−フェ
ニレンジアミン、2,5−ジアミノベンゾトリフルオラ
イド、ビス(トリフルオロメチル)フェニレンジアミ
ン、ジアミノテトラ(トリフルオロメチル)ベンゼン、
ジアミノ(ペンタフルオロエチル)ベンゼン、2,5−
ジアミノ(パーフルオロヘキシル)ベンゼン、2,5−
ジアミノ(パーフルオロブチル)ベンゼン、ベンジジ
ン、2,2′−ジメチルベンジジン、3,3′−ジメチ
ルベンジジン、3,3′−ジメトキシベンジジン、2,
2′−ジメトキシベンジジン、3,3′,5,5′−テ
トラメチルベンジジン、3,3′−ジアセチルベンジジ
ン、2,2′−ビス(トリフルオロメチル)−4,4′
−ジアミノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、
3,3′−ビス(トリフルオロメチル)−4,4′−ジ
アミノビフェニル、4,4′−ジアミノジフェニルエー
テル、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′
−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス(p−ア
ミノフェニル)プロパン、3,3′−ジメチル−4,
4′−ジアミノジフェニルエーテル、3,3′−ジメチ
ル−4,4′−ジアミノジフェニルメタン、1,2−ビ
ス(アニリノ)エタン、2,2−ビス(p−アミノフェ
ニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(アニリ
ノ)ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(アニリ
ノ)オクタフルオロブタン、1,5−ビス(アニリノ)
デカフルオロペンタン、1,7−ビス(アニリノ)テト
ラデカフルオロヘプタン、2,2′−ビス(トリフルオ
ロメチル)−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、
3,3′−ビス(トリフルオロメチル)−4,4′−ジ
アミノジフェニルエーテル、3,3′,5,5′−テト
ラキス(トリフルオロメチル)−4,4′−ジアミノジ
フェニルエーテル、3,3′−ビス(トリフルオロメチ
ル)−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、4,4′′
−ジアミノ−p−テルフェニル、1,4−ビス(p−ア
ミノフェニル)ベンゼン、p−ビス(4−アミノ−2−
トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、ビス(アミ
ノフェノキシ)ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、
ビス(アミノフェノキシ)テトラキス(トリフルオロメ
チル)ベンゼン、4,4′′′−ジアミノ−p−クオー
ターフェニル、4,4′−ビス(p−アミノフェノキ
シ)ビフェニル、2,2−ビス{4−(p−アミノフェ
ノキシ)フェニル}プロパン、4,4′−ビス(3−ア
ミノフェノキシフェニル)ジフェニルスルホン、2,2
−ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}ヘキ
サフルオロプロパン、2,2−ビス{4−(3−アミノ
フェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン、2,
2−ビス{4−(2−アミノフェノキシ)フェニル}ヘ
キサフルオロプロパン、2,2−ビス{4−(4−アミ
ノフェノキシ)−3,5−ジメチルフェニル}ヘキサフ
ルオロプロパン、2,2−ビス{4−(4−アミノフェ
ノキシ)−3,5−ジトリフルオロメチルフェニル}ヘ
キサフルオロプロパン、4,4′−ビス(4−アミノ−
2−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,
4′−ビス(4−アミノ−3−トリフルオロメチルフェ
ノキシ)ビフェニル、4,4′−ビス(4−アミノ−2
−トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホ
ン、4,4′−ビス(3−アミノ−5−トリフルオロメ
チルフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2−ビス
{4−(4−アミノ−3−トリフルオロメチルフェノキ
シ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン、ビス{(トリ
フルオロメチル)アミノフェノキシ}ビフェニル、ビス
[{(トリフルオロメチル)アミノフェノキシ}フェニ
ル]ヘキサフルオロプロパン、ジアミノアントラキノ
ン、1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナ
フタレン、ビス{2−[(アミノフェノキシ)フェニ
ル]ヘキサフルオロイソプロピル}ベンゼン、ビス
(2,3,5,6)−テトラフルオロ−4−アミノフェ
ニル)エーテル、ビス(2,3,5,6)−テトラフル
オロ−4−アミノフェニル)スルフィド、1,3−ビス
(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、
1,4−ビス(3−アミノプロピルジメチルシリル)ベ
ンゼン、ビス(4−アミノフェニル)ジエチルシラン、
1,3−ジアミノテトラフルオロベンゼン、1,4−ジ
アミノテトラフルオロベンゼン、4,4′−ビス(テト
ラフルオロアミノフェノキシ)オクタフルオロビフェニ
ル等が挙げられる。
【0025】本発明において、特に光透過性および耐熱
性でバランスの取れたフッ素化ポリイミドとして、下記
構造式(1)
【0026】
【化9】
【0027】で表される2,2−ビス(3,4−ジカル
ボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(以
下、6FDAと略す)とジアミンとから合成したフッ素
化ポリイミドもしくはその共重合体、および下記構造式
(3)
【0028】
【化10】
【0029】で表される1,4−ビス(3,4−ジカル
ボキシトリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼ
ン二無水物(以下、10FEDAと略す)とジアミンと
から合成したフッ素化ポリイミドもしくはその共重合体
が望ましい。
【0030】さらに、本発明において、高性能の波長可
変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスを形成するた
めには、光学特性の偏光面依存性をできるだけ小さくす
ることが好ましい。よって、このようなコア材およびク
ラッド材において、複屈折(基板面と平行な偏光方向の
屈折率(nTE)と基板面に垂直な偏光方向の屈折率(n
TM)との差)が互いに同等である2種類のフッ素化ポリ
イミドまたはフッ素化ポリイミド共重合体をそれぞれコ
ア材およびクラッド材として用いた方が有利である。こ
こにおいて「同等」とは、2種類のフッ素化ポリイミド
またはフッ素化ポリイミド共重合体の複屈折の差が0.
002以下であることを意味する。この結果、屈折率差
をTE偏光とTM偏光の間で同程度に制御することがで
きる。この時、コア、およびクラッド材の共重合比の変
化により、TE偏光とTM偏光の屈折率差を精密に制御
できる。
【0031】コア材およびクラッド材として上記のよう
な複屈折の差を実現可能な特に好ましいフッ素化ポリイ
ミドとしては、例えば6FDAと2,2′−ビス(トリ
フルオロメチル)−4,4′−ジアミノビフェニル(以
下、TFDBと略す)から合成される(6FDA/TF
DB)を第1の共重合成分とし、6FDAと4,4′−
オキシジアニリン(以下、4,4′−ODAと略す)と
から合成される(6FDA/4,4′−ODA)を第2
の共重合成分として得られる共重合体が挙げられる。こ
のフッ素化ポリイミド共重合体は、その共重合比(共重
合比が1:0、および0:1を含む)によらず複屈折の
変動は小さい。このような本発明において好適なフッ素
化ポリイミド共重合体(共重合比が1:0および0:1
のものを含む)の組み合わせを表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】ただし、上記表1中、各記号は、それぞれ
以下の化合物名の略称である。
【0034】6FDA: 2,2−ビス(3,4−ジカ
ルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物 10FEDA: 1,4−ビス(3,4−ジカルボキシ
トリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン二無
水物 ODPA: 4,4′−オキシジフタル酸無水物 BTDA: 3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸二無水物 TFDB: 2,2′−ビス(トリフロオロメチル)−
4,4′−ジアミノビフェニル 4FMPD: テトラフルオロ−m−フェニレンジアミ
ン 8FODA: ビス(2,3,5,6−テトラフルオロ
−4−アミノフェニル)エーテル 4,4′−ODA: 4,4′−オキシジアニリン 3,4′−ODA: 3,4′−オキシジアニリン 2,4′−ODA: 2,4′−オキシジアニリン 3FDAM: 1,1−ビス(4−アミノフェニル)−
1−フェニル−2,2,2−トリフルオロエタン 3FEDAM: [1,1−ビス[4−(4−アミノフ
ェノキシ)フェニル]−1−フェニル−2,2,2−ト
リフルオロエタン] 3,3′−DDSO2: 3,3′−ジアミノジフェニ
ルスルホン 4,4′−DDSO2: 4,4′−ジアミノジフェニ
ルスルホン 4,4′−MDA: 4,4′−メチレンジアニリン 4−BDAF: 2,2−ビス[4−(4−アミノフェ
ノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン APHF33: 2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒド
ロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン 4,4′−6F: 2,2−ビス(4−アミノフェニ
ル)ヘキサフルオロプロパン 次に、本発明の波長可変型高分子アレイ導波路格子型光
デバイスの一般的な製造方法を説明する。
【0035】図2は、フッ素化ポリイミド光導波路を入
力導波路、スラブ導波路、アレイ導波路および出力導波
路として用いた波長可変型高分子アレイ導波路格子型光
デバイスの作製工程である。
【0036】図2において、最初に、基板1上に下部ク
ラッド層2を形成する。次に、下部クラッド層2上へ、
下部クラッド層2よりも屈折率の大きなコア層3を形成
する。次に、コア層3上へフォトリソグラフ法によって
コアのマスクパターン4を形成する。マスクパターン4
が形成されたコア層3に対して、反応性イオンエッチン
グ法を用いてエッチングを行いコアのパターン5を形成
する。マスクを除去した後、コアパターン5上に上部ク
ラッド層6を形成する。このような方法によって、図3
に示すようなフッ素化ポリイミド光導波路による波長可
変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスが形成され
る。
【0037】本発明においては、導波路材料として用い
たフッ素化ポリイミドの有する大きなTO効果を利用し
て、波長可変範囲の広い波長可変型高分子アレイ導波路
格子型光デバイスを容易に作製可能になった。さらに、
フッ素化ポリイミドの優れた耐湿性を利用して、高湿条
件で長時間使用しても特性変化が小さく低消費電力で動
作する波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイス
を容易に作製できるようになり、耐環境性、経済性、汎
用性が大幅に向上した。
【0038】図4は、図3に示すフッ素化ポリイミド光
導波路を用いた波長可変型高分子アレイ導波路格子光デ
バイスに、さらに熱光学位相シフタとして抵抗体薄膜
(加熱用電極)を備えた光デバイスの作製工程である。
【0039】図4において、図2と同様の方法で作製し
た波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスの上
部クラッド層6上に金属膜7を形成する。次にこの金属
膜7上へフォトリソグラフ法により抵抗体薄膜(熱光学
位相シフタ)のマスクパターン8を形成した後、金属膜
7のエッチングを行い、マスクパターン8を除去して、
抵抗体薄膜9を形成する。このような方法によって、フ
ッ素化ポリイミド光導波路による加熱用電極付波長可変
型高分子アレイ導波路格子が形成される。なお、図4で
は、抵抗体薄膜9は、模式的に複数個設けたが、それ以
外にも、例えば図5に示すように、アレイ導波路格子1
3全体を覆うように設けられるプレート状であってもよ
い。
【0040】本発明においては、光導波路材料に熱光学
効果の大きなフッ素化ポリイミドを用いているため、石
英系アレイ導波路格子よりも波長可変範囲が10倍大き
く、低消費電力化が可能な波長可変型高分子アレイ導波
路格子が容易に形成できるようになった。また、抵抗体
薄膜形成用の材料としては、チタン、クロム、アルミニ
ウム、金、銀、銅、白金、酸化スズ、酸化インジウム、
酸化インジウムスズ、およびこれらの混合物が使用でき
る。またこれらの薄膜の積層膜であっても良い。
【0041】
【実施例】以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。なお
本実施例では、基板にシリコン、加熱用電極のための金
属膜にチタンを用いているが、他の材料を用いても良い
ことはいうまでもない。例えば、基板材料としてはアル
ミニウム、ポリイミド、インジウムリン、ガリウム砒
素、窒化ガリウム、硝子などがある。
【0042】実施例1 表1に示した(6FDA/TFDB)と(6FDA/
4,4′−ODA)とからなるフッ素化ポリイミド共重
合体1(共重合比が1:0を含む)を用いた波長可変型
高分子アレイ導波路格子型光デバイスは、図2の作製工
程に従って製造した。
【0043】具体的には、最初に、(6FDA/TFD
B):(6FDA/4,4′−ODA)の共重合比が1
0:0のフッ素化ポリイミド共重合体の前駆体であるフ
ッ素化ポリアミド酸のN,N−ジメチルアセトアミド
(以下、DMAcと略す)15wt%溶液をシリコン基
板1上にスピンコートした後、オーブン中380℃で1
時間加熱しイミド化を行い下部クラッド層2(屈折率
は、波長1.3μmの時nTE;1.520、nTM;1.
510、1.55μmの時nTE;1.518、nTM
1.508)を形成した。次に、下部クラッド層2上
へ、(6FDA/TFDB):(6FDA/4,4′−
ODA)の共重合比が4:6のフッ素化ポリイミド共重
合体の前駆体であるフッ素化ポリアミド酸のDMAc1
5wt%溶液を、加熱イミド化後の膜厚が8μmになる
ようにスピンコートした。その後、オーブン中で380
℃で1時間加熱しイミド化を行いコア層3(屈折率は、
波長1.3μmの時nTE;1.538、nTM;1.53
1、1.55μmの時nTE;1.538、nTM;1.5
30)を形成した。次に、コア層3上へフォトレジスト
をスピンコートした後、コア用のクロム製マスクパター
ンをフォトリソグラフ法によってレジストに転写させ
た。次に、フォトレジストの現像を行うことにより、コ
ア層3上へコアのマスクパターン4を形成した。マスク
パターン4が形成されたコア層3に対して、RIE法を
用いてエッチングを行い、コアパターン5を形成した。
最後に、このコアパターン5上に、下部クラッド層2と
同じ(6FDA/TFDB):(6FDA/4,4′−
ODA)の共重合比が10:0のフッ素化ポリイミド共
重合体の前駆体であるフッ素化ポリアミド酸のDMAc
15wt%溶液をスピンコートした後、オーブン中38
0℃で1時間加熱しイミド化を行い、下部クラッド層2
と同じ屈折率を持つ上部クラッド層6を形成した。
【0044】このような方法によって、波長1.3μ
m、1.55μmの時、コアとクラッドの間の屈折率差
ΔがTE偏光、TM偏光の時ともに約1.0%と同じ値
であるフッ素化ポリイミド光導波路による波長可変型高
分子アレイ導波路格子型光デバイス(図3参照)が形成
された。この波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デ
バイスは、波長1.3μm、および波長1.55μmの
時、TE偏光およびTM偏光共に挿入損失は7dB以下
であり、優れた光学特性を示した。
【0045】この波長可変型高分子アレイ導波路格子型
光デバイスは、ペルチエ素子を用いた外部からの温度制
御により、100℃の加熱を行った際に、中心波長のシ
フト量が10nm以上の大きな値を示した。さらに、こ
の波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスは、
高温における劣化の評価として、100℃の熱処理、お
よび水中、高温高湿(85℃/85%RH)雰囲気中や
エタノール中への浸漬を行った後でも、挿入損失および
100℃加熱時の中心波長のシフト量は熱処理前および
浸透前と変わらず、耐環境性、長期安定性に優れたもの
であった。この結果、高分子材料による波長可変型高分
子アレイ導波路格子型光デバイスの消費電力は低減さ
れ、波長制御性、耐環境性、経済性、汎用性は大幅に向
上した。
【0046】実施例2 表1に示した1,4−ビス(3,4−ジカルボキシトリ
フルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン二無水物
(10FEDA)とテトラフルオロ−m−フェニレンジ
アミン(4FMPD)から合成したフッ素化ポリイミド
(10FEDA/4FMPD)と(6FDA/4,4′
−ODA)とからなるフッ素化ポリイミド共重合体2
(共重合比が1:0を含む)を用いて波長可変型高分子
アレイ導波路格子型光デバイスを形成した。
【0047】すなわち、下部および上部クラッドの材料
として(10FEDA/4FMPD)からなるフッ素化
ポリイミド(屈折率は、波長1.3μmの時nTE;1.
527、nTM;1.519、1.55μmの時nTE
1.527、nTM;1.518)の前駆体であるポリア
ミド酸のDMAc15wt%溶液を用い、またコア材料
としては(10FEDA/4FMPD)と(6FDA/
4,4′−ODA)の共重合比が8:2のフッ素化ポリ
イミド共重合体(屈折率は、波長1.3μmの時nTE
1.535、nTM;1.527、1.55μmの時
TE;1.535、nTM;1.526)の前駆体である
ポリアミド酸のDMAc15wt%溶液を用いて、実施
例1と同様の操作を行い、フッ素化ポリイミド光導波路
による波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイス
を形成した。
【0048】この波長可変型高分子アレイ導波路格子型
光デバイスは、波長1.3μm、および波長1.55μ
mの時、TE偏光およびTM偏光共に挿入損失7dB以
下であり優れた光学特性を示した。作製した波長可変型
高分子アレイ導波路格子型光デバイスは、温度制御によ
り中心波長のシフト量が10nm以上の大きな値を示し
た。さらに、100℃熱処理後、および水中、高温高湿
(85℃/85RH)雰囲気中やエタノール中に浸漬後
も、挿入損失および100℃加熱時の中心波長のシフト
量は加熱前および浸透前と変わらず、耐環境性、長期安
定性に優れたものであった。この結果、高分子材料によ
る波長可変型アレイ導波路格子型光デバイスの消費電力
は低減され、波長制御性、耐環境性、経済性、汎用性は
大幅に向上した。
【0049】実施例3 本実施例では、熱光学位相シフタを有する波長可変型高
分子アレイ導波路格子型光デバイスを図4の作製工程に
従って製造した。
【0050】すなわち、実施例1と同様の方法で作製し
た波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイスの上
部クラッド層6上に加熱用電極(熱光学位相シフタ)と
するチタン金属膜7を真空蒸着により形成した。このチ
タン金属膜7へフォトレジストをスピンコートした後、
電極のマスクパターン8をフォトリソグラフ法によって
レジストに転写させた。最後に、フォトレジストをマス
クとし、チタン金属膜7のエッチングを行って加熱用電
極(抵抗体薄膜)9を形成した。このようにして、図5
に示すような加熱用電極付波長可変型高分子アレイ導波
路格子型光デバイスが得られた。
【0051】このような方法によって形成したフッ素化
ポリイミド光導波路による加熱用電極付波長可変型高分
子アレイ導波路格子型光デバイス(図5)の特性測定を
行った結果、(6FDA/TFDB)と(6FDA/
4,4′−ODA)とからなるフッ素化ポリイミド共重
合体が有する石英の10倍以上の大きな熱光学定数(−
3×10-4/℃(図1))の効果により波長シフト量は
石英系アレイ導波路格子型光デバイスの10倍であり、
低消費電力で波長可変の可能なチューナブル波長フィル
タとして動作することがわかった。
【0052】また、この波長可変型高分子アレイ導波路
格子型光デバイスは100℃熱処理後、および水中、高
温高湿(85℃/85%RH)雰囲気中やエタノール中
に浸漬後も、挿入損失および100℃加熱時の中心波長
のシフト量は熱処理前および浸透前と変わらず、耐環境
性、長期安定性に優れたものであった。これらの結果、
この波長可変型アレイ導波路格子型光デバイスの消費電
力は低減され、波長制御性、耐環境性、経済性、汎用性
を大幅に向上させることができた。
【0053】なお、本実施例の説明に用いた図5におい
ては、アレイ導波路上に四角形のヒーターが形成されて
いるが、ヒーターがアレイ導波路上の一部にさえあれ
ば、いかなる形状でも良いことはいうまでもない。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、導波路材料として使用
したフッ素化ポリイミドの持つ大きなTO効果により、
波長可変範囲が10nm以上と大きな波長可変型高分子
アレイ導波路格子型光デバイスを提供できる。また、こ
れらの結果として、低消費電力であり、波長制御性、経
済性、汎用性に優れる波長可変型高分子アレイ導波路格
子型光デバイスが製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】フッ素化ポリイミドの熱光学定数を示すグラフ
である。
【図2】本発明による波長可変型高分子アレイ導波路格
子型光デバイスの作製工程を説明する図である。
【図3】本発明による波長可変型高分子アレイ導波路格
子型光デバイスの模式図である。
【図4】本発明による加熱用電極付波長可変型高分子ア
レイ導波路格子型光デバイスの作製工程を説明する図で
ある。
【図5】本発明による加熱用電極付波長可変型高分子ア
レイ導波路格子型光デバイスの模式図である。
【符号の説明】
1 基板 2 下部クラッド層 3 コア層 4 マスクパターン 5 コアパターン 6 上部クラッド層 7 金属膜 8 電極のマスクパターン 9 抵抗体薄膜(熱光学位相シフタ) 10 入力導波路 11,12 スラブ導波路 13 アレイ導波路 14 出力導波路 15 波長可変型高分子アレイ導波路格子型光デバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 靖之 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 佐々木 重邦 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 松浦 徹 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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力導波路と、第1のスラブ導波路と、
    アレイ導波路格子と、第2のスラブ導波路と、出力導波
    路とが順次光学的に接続されて構成される波長可変型高
    分子アレイ導波路格子型光デバイスにおいて、少なくと
    も前記アレイ導波路格子のコアおよび/またはクラッド
    が主成分としてフッ素化ポリイミドを含有する化合物に
    より形成されることを特徴とする波長可変型高分子アレ
    イ導波路格子型光デバイス。
  2. 【請求項2】 前記コアおよびクラッドの両方が、主成
    分としてフッ素化ポリイミドを含有する化合物により形
    成されており、コアを構成するフッ素化ポリイミド含有
    化合物の複屈折とクラッドを構成するフッ素化ポリイミ
    ド含有化合物の複屈折との差が0.002以下であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の波長可変型高分子アレ
    イ導波路格子型光デバイス。
  3. 【請求項3】 前記フッ素化ポリイミドが、下記構造式
    (1) 【化1】 で表される化合物と、下記一般式(2) 【化2】 H2 N−R−NH2 (2) (式中、Rは、フッ素化または非フッ素化された2価の
    有機基を示す。)で表されるジアミンとを反応させて得
    られるフッ素化ポリイミドを含有することを特徴とする
    請求項1または2記載の波長可変型高分子アレイ導波路
    格子型光デバイス。
  4. 【請求項4】 前記フッ素化ポリイミドが、下記構造式
    (3) 【化3】 で表される化合物と、下記一般式(2) 【化4】 H2 N−R−NH2 (2) (式中、Rは、フッ素化または非フッ素化された2価の
    有機基を示す。)で表されるジアミンとを反応させて得
    られるフッ素化ポリイミドを含有することを特徴とする
    請求項1または2記載の波長可変型高分子アレイ導波路
    格子型光デバイス。
  5. 【請求項5】 前記一般式(2)で表されるジアミン
    が、2,2′−ビス(トリフロオロメチル)−4,4′
    −ジアミノビフェニル、テトラフルオロ−m−フェニレ
    ンジアミン、ビス(2,3,5,6−テトラフルオロ−
    4−アミノフェニル)エーテル、2,4′−オキシジア
    ニリン、1,1−ビス(4−アミノフェニル)−1−フ
    ェニル−2,2,2−トリフルオロエタン、3,4′−
    オキシジアニリン、3,3′−ジアミノジフェニルスル
    ホン、4,4′−オキシジアニリン、2,2−ビス(3
    −アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプ
    ロパン、[1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキ
    シ)フェニル]−1−フェニル−2,2,2−トリフル
    オロエタン]、4,4′−ジアミノジフェニルスルホ
    ン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオ
    ロプロパン、4,4′−メチレンジアニリン、2,2−
    ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサ
    フルオロプロパンからなる群から選ばれることを特徴と
    する請求項3または4に記載の波長可変型高分子アレイ
    導波路格子型光デバイス。
  6. 【請求項6】 さらに、通電加熱を行うための抵抗体薄
    膜からなる熱光学位相シフタを有することを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の波長可変型高分子アレ
    イ導波路格子型光デバイス。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004107813A1 (ja) * 2003-05-30 2004-12-09 Nec Corporation 細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体
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