JPS6380225A - 高分子音響光学モ−ド変換器 - Google Patents

高分子音響光学モ−ド変換器

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JPS6380225A
JPS6380225A JP22642886A JP22642886A JPS6380225A JP S6380225 A JPS6380225 A JP S6380225A JP 22642886 A JP22642886 A JP 22642886A JP 22642886 A JP22642886 A JP 22642886A JP S6380225 A JPS6380225 A JP S6380225A
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JP
Japan
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layer
acousto
polymer
copolymer
thin film
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Pending
Application number
JP22642886A
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English (en)
Inventor
Ichiro Matsuzaki
一朗 松崎
Masao Uetsuki
植月 正雄
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Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Publication date
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、高分子圧電体薄膜を用いて、導波路を伝搬す
る導波光とこれと同方向に伝搬する表面弾性波の音響光
学コIJ=ア相互作用により、導波光の伝搬モードを変
換させるモード変換器を底コストで提供するものである
。まfClこの高分子薄膜型音響光学モード変換器によ
り、導波光の強度変調やスイッチングや波長可変のフィ
ルタリングを行なうことができる。
〈従来の技術〉 従来の薄膜型音響光学モード変換器を第3図を用いて説
明する。表面に導波路を形成し−p LiNb0a。
LiTaO5等の無機強誘電体単結晶10表面に、櫛型
i1i:極2を形成する。一方、入射光6は、適尚なピ
ッチの光入力用回折格子4により、導波路に導かれる。
ここで、導波光の異する2つの導波モードの伝搬定数を
βa、βb、櫛型電極2により励起される表面弾性波の
波数ベクトルの大きさをKとすると、 1βa−βbl=K       (1)を満たすよう
に、表面弾性波の励起周波数fを調整すれば、2つのモ
ード間でモード変換が起こる0ここで。
K=i!!−!−(2) 2π       −2π βa:=    Na、  βbNb   (81λ 
           λ であシ、vは表面弾性波の伝搬する速度、λは光の波長
、 NaおよびNbは2つの導波モードの実効屈折率を
示している。光が導波モードで伝搬するような入射角θ
1で、入射光6を光入力用回折格子4により導波路に導
く。このときの伝搬定数をβaとすると、(1)式を満
たすように櫛形電極2に印加する高周波発振器3の周波
数fを調整すると。
導波モードは一部伝搬定数βbの別の導波モードに変換
される。それぞれの導波モードの光は、光出力用回折格
子5により、それぞれの出射角θl。
θ2で取り出すことができる0このとき1表面弾性波の
振幅により、伝搬定数βbの導波モードの光の強度を変
えることができるので、光の強度変調やスイツングが達
成できる。また、波長の異なる複数の光を導波させ、そ
の中のある波長の光のみでモード変換するように高周波
発振器3の周波数fを調整し、そ−ド変換された光のみ
を取シ出すと狭帯域の波長フィルターが達成できる。こ
こで。
光の入出力のために、プリズムあるいは端面詰合を用い
る方法もある。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の構成による従来の薄膜型音響光学素子においては
、無機強誘電体単結晶を用いているので。
結晶成長の工程も含めると多くのプロセスが必要となり
、素子全体を安価に供給するのけ困難である0 く問題点を解決するための手段〉 本発明は、高分子圧電体層、及び該層の表面に形成され
た櫛形電極よりなり、必要に応じ、その表面に透明な光
導波層が付与された音響光学モード変換器である。
即ち1本発明においては、圧電体層が高分子材料により
構成されているので、コストが安価であυ、その取り扱
い性が良好であるという特長を有する。
本発明における圧電体層は高分子材料よりなり、押出法
あるいに流延法により得られた高分子フィルム等の成形
物を圧電処理した圧電性フィルムを任意の基板に接着剤
にて接着することにより形成することができる。しかる
に、該圧電体層の付与方法として、十分に平滑な基板の
上にコーティングにより薄膜状に形成させることは、最
も可動である。即ち一般に従来の高分子圧を性フィルム
は、光導波路として用いるには表面の凹凸が大きく。
基板にフィルムを接着する等の操作により光等波路とし
ての性能は更に悪化する。従って、このようなフィルム
の導波路は散乱損失が犬きく、導波光の波面が乱れると
いう欠点があり、導波路から取り出した光は小さなスポ
ットに十分に絞り込むことができない。更に、高分子圧
電フィルムをモード変換器として用いるなめには、約3
μm以下の膜厚の導波路が必要だが、上述の押し出し法
あるいは流延法によるフィルム°を接着して光導波路を
作製するのは一段と困難となる。これに対し。
コーティング法では上述の欠点が解消される。
本発明において用いられる基板としてはその表面が十分
に平滑であることが必要であり、一般に十分に平滑化さ
れたガラス又はプラスチック等の透明基板が用いられる
。プラスチックとしてはポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、ポリ−4−メチルペンテン、ポリエス
テル等任意の材料から選択される。圧電体薄膜層を形成
する材料の屈折率を考Uする場合、該基板としては任意
のバッファ層を付与していてもよい。また、核基板は圧
電体薄膜と基板との密着性その他の性質を改善するため
に任意の他の層又は表面処理が施こされたものであって
も良い。しかるに、これらの処理が施こされた状態で十
分に表面が平滑であることは重要である。それ故、基板
上にこれらの層が付与される場合には、圧電体薄膜と同
様にコーティングによることがよい。
本発明においてコーティングとは、スピンフート或は真
空蒸着等のいわゆるコーティングを包含する。
本発明において高分子圧電体薄膜を形成する材料として
は、コーティングにより薄膜の形成ができ、旦つ任意の
ポーリング処理と熱処理又は熱処理のみを施して圧電性
を示す高分子材料なら何でも良い。ここで、ポーリング
とは、フィルムを高電解にさらして分極することを指し
ている。これらの性質を示す高分子材料としては1例え
ばポリフッ化ビニリデン(PVDF )又はフッ化ビニ
リデンと三フッ化エチレンとの共重合体〔以下P(VD
F−TrFE)と略記する〕等+7)=t==六=フッ
化ビニリデン系共重合体、ポリシアン化ビニリデン(以
下、PVDCNと略記する)又はシアン化ビニリデンと
酢酸ビニルとの共重合体〔以下P (VDCN−VAe
)!=li記fる)等(Dシアン化ビニリデン系共重合
体を例示することができる。
これらの高分子材料は薄膜状において、適当な熱処理あ
るいは適当な熱処理とポーリングにニジ圧電性を示すこ
とが知られている。これらの材料のうち1本発明におい
てはP(VDF−TrFE)が特に好ましI/に□該P
(VDF−TrFE)は、適当な熱処理のみで圧電性を
示す事がJapaneseJournal of Ap
pHed Physics Vol、24  No、8
(1985)LaO2に記載されている〇従って、該材
料を表面が十分に平滑な基板上にコーティングにより薄
膜を形成すれば、ポーリングなしに、熱処理のみで圧電
性薄膜が得られる。
即ち、ポーリング用の電極は不要なので、ポーリング用
の電極を蒸着する工程が不要なのは言うまでもなく、ポ
ーリング後不用となった電極をエツチングで取シ除く際
の導波路の損傷の心配がない。
つま#)、P(VDF−TrFE)は高分子薄膜型音響
光学モード変換器を作製する上で、優れた高分子材料で
あると言える。このようにして作製され比圧電性薄膜は
1表面弾性波を発生できることは言うまでもなく、導波
路としても散乱損失の少ない優れた薄膜である。
マタ、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのモル比が
65:35〜95:5の共重合体は、特に電気機械結合
定数が大きいことが特開昭56−111281に記載さ
れておシ、この範囲のモル比(DP (VDF−TrF
E)を使用することにより。
表面弾性波の発生効率を大きくすることができる。
従って、このような高分子材料を表面の十分に平滑な基
板上にスピンコードあるいは真空蒸着等のいわゆるコー
ティング法により薄膜化した後に圧電処理した高分子圧
電性薄膜を用いて、音響光学モード変換器を作製すれば
、散乱損失が小さく。
しかも導波光の波面を乱すことなしに光を取り出すこと
ができる。
本発明は、上記の特徴を鑑みて考案したもので。
高分子圧電体薄膜を使った青春光学モード変換器。
及びその作製方法を提供する。
〈実施例〉 以下1図面を参照しつつ本発明の詳細な説明するO 第1図、第2図は1本発明の実施例の断面図を示したも
のである。
第1の実施例は、第1図の様に、高分子圧電体層を、光
導波層としているものである。ガラスあるいはプラスチ
ック等の表面が平滑な透明基板9の上に、圧電体層よシ
も屈折率の低い第1のバッファ層lOを、真空蒸着、ス
ピンコード等により形成した。圧電性高分子は、一般に
屈折率が低いために、圧電体薄膜層を光導波路として用
いるためには、圧電体薄膜層よシも屈折率の低いバッフ
ァ層が必要となるが、基板として圧電体薄膜よりも屈折
率の低い材料を用いれば、バッファ層は不要である。圧
電性高分子としてP (VDF−TrFE)を用いる場
合には、フッ化ビニリデンと四フッ化エチレンとの共重
合体をスピンコードする、あるいはMgF2を真空蒸着
することによりバッファ層を得た。第1のバッファ層の
膜厚は、0.1μm以上必要でらシ1通常は約0.3μ
m〜1.0μmとする。
次に、P (VDF−TrFE)(Dメfk工flL’
rトン溶液を用いてスピンコードした後、145℃、1
時間の熱処理を行ない膜厚的1.5μmの圧電性薄膜を
形成した0この際に使用するP(VDF−TrFE)の
フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのモル比は65:
35〜95:5とした。圧電体薄膜の膜厚は、2つ以上
のモードの光が伝搬する範囲の膜厚であれば特に限定さ
れないが、通常約3μm以下である。このように、コー
ティング法によれば極めて薄い膜が形成できるため、フ
ィルムの接着法では達成できなかった膜厚の薄膜を基板
上に形成することができる。次に、通常のフォトレジス
トを用いてリフトオフ法により櫛形電極2を形成した後
、第2のバッファ層10を形成した。第2のバッファ層
の膜厚は1回折格子による光の入出力を有効に行なうた
めに、0.1μm〜0.2μmとする。更に、上部に回
折格子形成層12を設け、光入出力用の回折格子層4.
5をフォトリソグラフィー、1!子ビ一ム描画、レーザ
ービーム描画、ホログラフィ−等の技術により形成した
以上により作製されたモード変換器の櫛型電極2に高周
波発振器(図面には示していない)を用いて高周波を印
加すると、電気−機械のエネルギー変換により発生し次
表面弾性波が高分子圧電体薄膜層11を伝搬する。一方
、入力用回折格子4により高分子圧電体薄膜層11に光
を導き1表面弾性波により導波光は一部モード変換され
、モード変換器として作用する。
第2の実施例は、第2図の様に、高分子圧電体層11と
光導波層13を別個に設けたものである。
第1の実施例に加えて1回折格子層12と圧電体層11
の間に光導波層13を設けている。但し、櫛型電極2は
、圧電体層11の表面に形成した。
第1の実施例と同様に、光導波層13の上下の層の屈折
率が光導波層よシも高い場合は、光をとじ込めるために
、光導波層13の上下に光導波層13よシも屈折率の低
いバッファ層を設ける必要があるが、高分子圧電体層と
光導波層の境界を伝搬する表面弾性波と、導波光を有効
に相互作用させ、回折効率を上げるためには、光導波層
13の下のバッファ層がないほうが望ましい。従って、
光導波層13としては、高分子圧電体層11よシも屈折
率の高い材料が必要であシ、真空蒸着による8102等
、スピンコードによるポリメチルメタクリレート、ポリ
カーボネイト等の透明薄膜を用いた。光導波層の膜厚は
約1.5μmとした。光導波層の膜厚は、2つ以上のモ
ードの光が伝搬できる範囲の膜厚であれば特に限定され
ないが、通常は約3μm以下とし穴。
以上により作ムされたモード変換器の横型電極2に高周
波発振器(図面には示していない)を用いて高周波を印
加すると、電気−機械のエネルギー変換により発生した
表面弾性波が高分子圧電体薄膜層11及び光導波層13
を伝搬する。−万。
入力用回折格子4により光導波rfJ13に光を導き。
表面弾性波により導波先は一部モード変換され。
モード変換器として作用する。
第1の実施例、第2の実施例において、櫛型電極2に印
加する信号に振幅変調をかけることにより、スイッチン
グあるいは変調機能を持たせることもできる。また、複
数の波長の光を導波さぞ。
その中のある波長のみでモード変換させるように。
櫛型電極2に印加する信号の周波数をp4整すると。
波長フィルターを作製できる。光の入出力のために、プ
リズムあるいは端面結合を用いてもよい。
〈発明の効果〉 本発明の薄膜型音響光学モード変換器は、間分子、ガラ
ス等の低価格の材料のみを使用しており、低コストで、
低消費電力の素子を作製できる。また、コーティング法
という散乱損失の少ない導波路を作製できる素子作製プ
ロセスを用いているため、よシ実用的な高分子薄膜型音
響光学モード変換器を炸裂できる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は1本発明の高分子薄膜型音響光学光偏
向器を説明するための図であシ、第3図は、薄膜型音響
光学光偏向器を説明するための図である。 図中、1は表面に導波路を設けている強誘電体結晶、2
は櫛形電極、3は高周波発振器、4tIi光入力用回折
格子、5は光出力用回折格子、6は入射光、7はモード
変換を受けた出射光、8はモード変換を受けていない出
射光、9は基板、tOtiバッファ層、11Vi高分子
圧電体薄膜層、12は回折格子形成層、13Fi光導層
をそれぞれ示す。 特許出願人 株式会社゛り ラ し 代理人弁理士  弁理士 本 多   竪窮 1 図 9:基板 寮2図 賂3 z 手続補正書(自発) 1、事件の表示 特願昭61−226428号 2、発明の名称 高分子音響光学モード変換器 3、補正をする宮 事件との関係    特許出願人 株式会社 クラレ内 株式会社クラレ特許部 電話東京03(277)31112 6、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 7、補正の内容 明細書第13頁第18行目の「・・・以下とした。」の
後に次の文章を加入する。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高分子圧電体層、及び該層の表面に形成された櫛
    形電極よりなり、必要に応じ、その表面に透明光導波層
    が付与された音響光学モード変換器。
  2. (2)高分子圧電体層を導波する光を、櫛形電極により
    励起される表面弾性波によりモード変換させることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の音響光学モード変
    換器。
  3. (3)透明光導波層を高分子圧電体層の表面に付与し、
    光導波層を導波する光を、櫛形電極により励起される表
    面弾性波によりモード変換させることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の音響光学モード変換器。
  4. (4)高分子圧電体薄膜を基板上に、コーティングによ
    り形成することを特徴とする特許請求の範囲第1、2又
    は3項記載の音響光学モード変換器。
  5. (5)高分子圧電体薄膜として、ポリフッ化ビニリデン
    、又はフッ化ビニリデン系共重合体、ポリシアン化ビニ
    リデン、又はシアン化ビニリデン系共重合体を用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の音響光学モ
    ード変換器。
  6. (6)高分子圧電体薄膜として、フッ化ビニリデンと三
    フッ化エチレンの共重合体、又はシアン化ビニリデンと
    酢酸ビニルの共重合体を用いることを特徴とする特許請
    求の範囲第5項記載の音響光学モード変換器。
  7. (7)モル比が65:35〜95:5とするフッ化ビニ
    リデンと三フッ化エチレンの共重合体を用いることを特
    徴とする特許請求の範囲第6項記載の音響光学モード変
    換器。
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