JPS62194219A

JPS62194219A - プログラマブル光ｉｃ

Info

Publication number: JPS62194219A
Application number: JP3675486A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Yoshimura; 徹三吉村; Koichi Hiranaka; 弘一平中; Tadahisa Yamaguchi; 山口　忠久
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1987-08-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　　　要〕電圧印加により屈折率変化を生じる電気光学材料は従来
から知られており、この材料を導波路の少なくとも一部
に使用したスラブ型の光ＩＣも既知である。ところが従
来のものは所定の屈折率変化を固定的に上記導波路内の
各所に持たせたに過ぎず、光ＩＣとしての機能が限定さ
れていた。そこで本発明は、上記電圧印加のために各種
の電極を設け、その一部もしくは全部を電圧制御できる
ようにし、この電圧制御に応じて上記屈折率変化を可変
的に行わせるようして、光ＩＣとしての機能の増大を図
ったものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、スラブ型の導波路内に屈折率変化を生じさせ
ることによって各種の光学的機能を集積させた光ＩＣに
関する。

〔従来の技ｉネテ〕

従来のスラブ型光ＩＣは、平板状の導波路内に屈折率変
化を持たせることにより、一定の焦点距離を持つレンズ
や一定形状の導波路、それに一定周波数のグレーティン
グ等を形成したものである。

例えば上記レンズや導波路の場合には、基板への不純物
拡散等によって屈折率変化を持たせ、またグレーティン
グの場合は間隔の固定された一対のクシ型電極によって
屈折率変化を持たせている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、不純物拡散等によってレンズや導波路
を形成した場合には、レンズの焦点距離や導波路の位置
、形状等が固定されてしまい、また一対のクシ型電極に
よってグレーティングを形成した場合には、その周期が
固定されてしまう。

このように光学的な諸機能が固定されてしまうと、光路
のフレシキビリティが減少し、光ＩＣとしての機能が著
しく限定されてしまうことになる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、各種の光学的機能
を自由に制御できるフレシキブルな光ＩＣを提供するこ
とを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、スラブ型の導波
路面に沿って所定形状の電極を形成して、その一部もし
くは全部を電圧制御できるようにしたものである。この
電圧制御によって上記導波路内に所望の屈折率変化を持
たせることができ、よって各種の光学要素を形成するこ
とができるようになる。

〔作　　　用〕

上記電極を各種形状に形成し、その電圧制御を行えば、
上記導波路内の所望の部分に屈折率変化を生じさせるこ
とができる。そこで、上記各電極ごとに屈折率変化を自
由に制御すれば、所望の光学要素、例えば上述したレン
ズやグレーティングや導波路等を生成、消去させたり、
しかもそれらの光学特性（例えばレンズの焦点距離やグ
レーティングの周期等）を自由に変化させることができ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す模式図である。同図
では、ＬｉＮｂ０．の基板１に対しＴｉ拡散を施してス
ラブ型の導波路２を形成し、その上にＳｉＯｘのバッフ
ァ層３を設け、さらにその上に、導波路、レンズ、グレ
ーティング等の生成、消去等を行うための各種形状を持
つ、ＴｉやＡ！でできた電極４，５．６．７等を形成し
たものである。なお、図示してないが、例えば光の入射
部、出射部には固定導波路、固定レンズを形成する。

前記の各電極およびその電圧制御について、以下に具体
的に説明する。

まず、第２図に、各種の導波路の生成、消去を行うため
の電極２１，２２，２３．２４を示す。

これらの電極は、それぞれ一対の短冊型の電極（２１ａ
、２１ｂ）、　　（２２ａ、２２ｂ）。

（２３ａ、２３ｂ）、（２４ａ、２４ｂ）から構成され
、各電極には引出し電極（２１ｃ、　　２１　ｄ）（２
２ｃ、　　２２ｄ）、　　　（２３ｃ、　　２３ｄ）。

（２４ｃ、　　２４　ｄ）によって外部から電圧を自由
に印加できるようになっている。上記引出し電極によっ
て電圧が印加されると、それぞれの電極（２１ａ、２１
ｂ）、　　（２２ａ、２２ｂ）。

（２３ａ、　　２３　ｂ）もしくは（２４ａ、　　２４
　ｂ）間に電界が発生して、それらの形状に沿ってスラ
ブ型導波路２内の屈折率が変化し、その変化した部分に
新たに導波路が生成される。従って、それぞれの電極に
対して電圧制御を行えば、入射光りを、生成されたいず
れかの導波路に沿って所望の方向（矢印Ａ、　Ｂ、　Ｃ
，ＤもしくはＥ方向）に案内することができる。

なお、レンズを形成する場合も、上記と同様にして所望
の曲率を持つ電極を複数対形成して、それらを電圧制御
することにより、焦点距離の異なる各種レンズを生成、
消去することができる。

次に第３図に、各種周波数を持つグレーティングの生成
、消去を行うためのくし歯型の電極３１゜３２．３３．
３４を示す。これらの電極は互いに複数の対になってお
り、各電極に対して外部から電圧を自由に印加できるよ
うになっている。電極に電圧を印加すると、電極間隔に
応した屈折率変化がスラブ型導波路２内に生じ、すなわ
ち上記電極間隔に応じた周期を持つグレーティングが生
成される。

例えば、第３図に示すように電極３２と電極３３の間隔
を八とした時に、任意の電極に正、負の電圧をそれぞれ
印加した場合に生成されるグレーティングの周期を第１
表に示す。

第１表第１表に明らかなように、正、負の電圧を印加する電極
を切換えるだけで、それぞれ異なる周期のグレーティン
グを生成できる。なお、グレーティングの特性として、
その周期が小さいほど回折角は大きくなる。従って、生
成されたグレーテイングの周期に応じて、入射光りをそ
れぞれ異なる方向（矢印Ａ、Ｂ、ＣもしくはＤ方向）に
回折させることができる。その方向との関係をも上記第
１表に示した。いずれの電極も電圧を印加しなければ、
当然ながらグレーティングは生成されず、入射光りはそ
のまま矢印Ａ方向に進行する。なお、第３図では、グレ
ーティングがそれぞれの回折光をフォトディテクタ（例
えば、ａ−Ｓｉ：Ｈｐｉｎルミｎフォトダイオード５，
３６，３７．３８で検知できるようにした。

第４図に、上記第３図に示した各電極３１゜３２．３３
．３４の電圧制御を外部からの光信号によって行うため
の構成を示す。第４図においては、例えばａ　　Ｓｉ系
もしくは結晶質Ｓｉ系の６個のｐｉｎフォトダイオード
４１，４２，４３゜４４．４５．４６を用い、それぞれ
電極３１゜３２間、電極３１．３３間、電極３２．３３
間電極３１，３４間、電極３２．３４間、電極３３゜３
４間に接続したものである。もし、いずれかのフォトダ
イオードに外部から光を入射した時は、そのフォトダイ
オードに起電力が生じ、その両端に接続された電極間に
電圧が発生する。従って、第３図と同様な電圧制御を外
部からの光信号で行うことができる。なお、第１図にお
いては、フォトダイオード８は模式的に描かれており、
これによって電極７の電圧制御を行っている。

第４図において、例えば、フォトダイオード４１に光を
入射した時は電極３１．３２間に電圧が生じ、第１表に
示したように周期４Ａのグレーティングが生成する。同
様にして、フォトダイオード４２および４３に光を入射
すると電極３３と電極３１．３２との間に電圧が生じ、
またフォトダイオード４４．４５および４６に光を入射
すると電極３４と電極３１，３２．３３との間に電圧が
生じ、それぞれ周期２Ａ、へのグレーティングを生成さ
せることができる。従って、それに応じて第３図と同様
に入射光りを所望の方向（矢印Ａ。

Ｂ、ＣもしくはＤ）に反射させることができる。

なお、上述した基板１の材料をＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ：ｌ
の代わりにガラスにし、その上に有機非線形光学材料か
らなる薄膜を形成して、この薄膜をスラブ型導波路２と
してもよい。

また、上記においては一平面内に形成された電極間の電
圧制御を行ったが、これに限らず第５図〜第８図に示す
ように、上記ガラスの基板１と有機非線形光学材料のス
ラブ型導波路２との間に一面に下側電極５０を形成し、
この下側電極５０と上側の各種電極との間で電圧制御を
行ってもよい。

このようにした場合、まず第５図においては、第２図に
示したそれぞれ一対の電極２１〜２４の代わりに、それ
ぞれ一本の短冊型の電極５１゜５２．５３．５４を形成
すればよい。これらの電極のうち所望の電極に電圧を印
加すれば、上述した下側電極５０との間に電界が形成さ
れ、その部分の屈折率が変化するので、その電極の形状
に応じた導波路がスラブ型導波路２内に新たに生成され
る。従って、第２図と同様に、それぞれの電極に対して
電圧制御を行うことにより、入射光りを、生成されたい
ずれかの導波路に沿って所望の方向に案内することがで
きる。

第６図には、各種焦点距離を持つレンズの生成、消去を
行うための、それぞれ曲率のことなる３つの電極６１，
６２．６３が示されている。それらの電極に電圧を印加
すれば、第５図と同様に、その電極の形状に沿って屈折
率が変化するので、その曲率に応じた焦点距離を持つレ
ンズがスラブ型導波路２内に生成される。従って、例え
ば電極６１のみに電圧を印加したときは、入射光りは点
ａに集束し、電極６１および６２に電圧を印加すれば点
すに集束し、全ての電極６１，６２．および６３に電圧
を印加すれば点Ｃに集束させることができる。

第７図においては、第３図に示した電極３１〜３４の構
成をそのまま電極７１〜７４の構成としたが、ここでは
単に１個の電極に電圧を印加するだけで、下側電極５０
との間に屈折率変化が生じ、グレーティングが形成され
る。第７図に示した電極の最小間隔をＡ′とすれば、電
圧を印加した電極とそれによって生じるグレーティング
の周期との関係は第２表のようになる。

第２表第２表から明らかなように、第３図のものと比較して、
周期の非常に小さなものから大きなものまで、多くの種
類のグレーティングを得ることができ、入射光りをさら
に多くの方向に反射させることができる。これらの反射
光は、フォトディテクタ７５〜７９で検知される。

第８図においては、４個のフォトダイオード８１〜８４
を用いて、第７図に示した各電極７１〜７４の電圧制御
を外部からの光信号で行うようにしたものである。例え
ば、フォトダイオード８１．８２．８３もしくは８４に
光を入射したときは、それぞれ電極７１，７２．７３も
しくは７４に電圧が印加されるので、上記第２表を考慮
して任意のフォトダイオードに光を入射することにより
出射方向を自由に変更することができる。

次に、本発明の他の実施例を第９図に模式的に示す。同
図では、液晶ＬＣをガラス製の基板９１゜９２内に封入
することによりスラブ型の導波路９０を形成したもので
ある。すわなち、具体的には第１０図に示すように、ま
ずガラス製の基板９１の上面に下側電極９３を形成し、
さらに液晶ＬＣの配向規制を行うための配向膜９４を形
成する。次に、上側のガラス製のｉｖｉ、９２の下面に
、導波路、レンズ、グレーティング等を生成するための
各種形状からなる電極９５，９６．９７等を形成し、そ
の上から上述のような配向膜９８を形成する。そして、
上記配向膜９４．９８間に液晶ＬＣを封入することによ
り、スラブ型の導波路９０を形成したものである。

同図において、電極９５，９６．９７は具体的には第５
図〜第８図に示した電極と同様の構成によって、上述し
たような生成、消去が可能な導波路、焦点距離が可変の
レンズ、周期が可変のグレーティング等を形成すること
ができる。特に液晶は、ＬｉＮｂ０．等と比較して屈折
率変化が太きく、光の進路を大きく変化させることがで
きるので、電圧制御を行い易くなる。

なお、上述した各電極の電圧制御を、各電極ごとに形成
されたａ−３ｔ、結晶質シリコンＣｄＳｅあるいはＣｄ
Ｓ系等のＴＦＴ　（Ｔｈｉｎ　ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ　）をオン、オフさせて行ってもよい。

また、外部からの光によって電圧制御する際に使用した
前記フォトダイオードは、その代わりにａ−３ｔ系もし
くはＣｄＳ系のフォトコンダクタであってもよい。この
ように、トランジスタや受光素子を光ＩＣ内に組込んで
しまえば、全体の集積度を上げることができる。さらに
、スラブ型導波路の材料としては、前述したＬｉＮｂ０
１、有機非線形光学材料あるいは液晶等の他に、例えば
Ｌ　１Ｔａｏｔ　、Ｔｅ０ｚ　、ＰＬＺＴ、ＢＳＯ。

ＢＧＯ，Ｉｆ−Ｖｌ化合物の多重量子井戸、ＩＩＩ−Ｖ
化合物の多重量子井戸等の電気光学材料であってもよい
。

また、これまで延べた電気光学材料は、導波路すべてに
もちいる必要はなく、動作に必要な領域だけに用い、そ
の他の領域は光ロスの少ない他の導波路材料を用いても
よい。また、導波路の一部に３次元導波路を含むもので
あってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、スラブ型導波路上
に設けられた電極の一部もしくは全部を電圧制御できる
ようにしたので、上記電極の形状等に応じた所望の光学
特性を持つ光学要素を自由に形成することができ、非常
にフレシキビリティの高い光ＩＣを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式図、第２図〜第４
図は同実施例に係る各種電極をより具体的に示す構成図
、第５図〜第８図は上記実施例において下側電極を設けた
場合の各種電極を具体的に示す構成図、第９図は本発明
の他の実施例を示す模式図、第１０図は同実施例の一部
をより具体的に示した断面構成図である。１・・・基板、２・・・スラブ型の導波路、３・・・バッファ層、４．５，６．７・・・電極、８・・・フォトダイオード、２１．２２，２３．２４・・・電極、３１．３２，３３．３４・・・電極、３５．３６，３７．３８・・・フォトディテクタ、４１
．４２，４３，４５．４６・・・フォトダイオード、５０・・・下側電極、５１．５２，５３．５４・・・電極、６１．６２．６３・・・電極、７１．７２．７３．７４・・・電極、７５．７６．７７．７８．７９・・・フォトディテクタ・８１．８２，８３．８４・・・フォトダイオード、９１
．９２・・・基板、９３・・・下側電極、９５．９６．９７・・・電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電圧印加により屈折率変化を生じる電気光学材料
を導波路の少なくとも一部に用いたスラブ型光ＩＣにお
いて、前記電気光学材料を用いた導波路面に沿って所定形状の
電極を形成し、該電極の一部もしくは全部を電圧制御し
て前記導波路内に屈折率変化を生じさせることにより、
前記導波路を通過する光を制御することを特徴とするプ
ログラマブル光ＩＣ。
（２）前記導波路の一部に３次元導波路を含む特許請求
の範囲第１項記載のプログラマブル光ＩＣ。
（３）前記電気光学材料は、Ｔｉの拡散されたＬｉＮｂ
Ｏ＿３である特許請求の範囲第１項または第２項記載の
プログラマブル光ＩＣ。
（４）前記電気光学材料は液晶である特許請求の範囲第
１項または第２項記載のプログラマブル光ＩＣ。
（５）前記電気光学材料は有機非線形光学材料である特
許請求の範囲第１項または第２項記載のプログラマブル
光ＩＣ。
（６）前記有機非線形光学材料が、ＭＮＡ、ＭＮＭＡ、
ＤＡＮ、ＰＮＰ、メロシアニン色素、ＳｔｙＩｐｙｒｉ
ｄｉｎｉｕｍ　ｃｙａｒｉｎｅ　ｄｙｅ、ジアセチレン
、ポリジアセチレンの中から選ばれた１つである特許請
求の範囲第５項記載のプログラマブル光ＩＣ。
（７）前記有機非線形光学材料がラングミュアープロジ
ェット法により形成された特許請求の範囲第５項あるい
は第６項記載の記載のプログラマブル光ＩＣ。
（８）前記電気光学材料がIII−ＶまたはII−IV化合物
の多重量子井戸である特許請求の範囲第１項または第２
項記載のプログラマブル光ＩＣ。
（９）前記電極は短冊型電極であり、該電極の電圧制御
により該電極に沿った導波路の生成および消去を行う特
許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１つに記載の
プログラマブル光ＩＣ。
（１０）前記電極は複数対のグレーティング型電極から
なり、該電極のうち１もしくは２以上の対の電極を電圧
制御することにより、それぞれ周期の異なるグレーティ
ングの生成および消去を行う特許請求の範囲第１項乃至
第８項のいずれか１つに記載のプログラマブル光ＩＣ。
（１１）前記電極はそれぞれ異なる曲率を持つ複数のレ
ンズ型電極からなり、該電極のうち１もしくは２以上の
電極を電圧制御することにより、それぞれ焦点距離の異
なるレンズの生成および消去を行う特許請求の範囲第１
項乃至第８項のいずれか１つに記載のプログラマブル光
ＩＣ。
（１２）前記電極の電圧制御を前記導波路面上に形成さ
れたＴＦＴによって行う特許請求の範囲第１項乃至第１
１項のずれか１つに記載のプログラマブル光ＩＣ。
（１３）前記ＴＦＴはａ−Ｓｉ系材料からなる特許請求
の範囲第１２項記載のプログラマブル光ＩＣ。
（１４）前記ＴＦＴが結晶質Ｓｉからなる特許請求の範
囲第１２項記載のプログラマブル光ＩＣ。
（１５）前記電極の電圧制御を前記導波路面上に形成さ
れたフォトコンダクタによって行う特許請求の範囲第１
項乃至第１１項のいずれか１つに記載のプログラマブル
光ＩＣ。
（１６）前記フォトコンダクタはａ−Ｓｉ系材料からな
る特許請求の範囲第１５項記載のプログラマブル光ＩＣ
。
（１７）前記電極の電圧制御を前記導波路面上に形成さ
れたフォトダイオードによって行う特許請求の範囲第１
項乃至第１１項のいずれか１つに記載のプログラマブル
光ＩＣ。
（１８）前記フォトダイオードはａ−Ｓｉ系材料からな
る特許請求の範囲第１７項記載のプログラマブル光ＩＣ
。
（１９）前記フォトダイオードは結晶質Ｓｉからなる特
許請求の範囲第１７項記載のプログラマブル光ＩＣ。