JP3527838B2 - Three-dimensional waveguide polarizer and optical isolator - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光アイソレータ等に
用いられる偏光子に関し、特に偏光子の構成材料として
液晶ポリマーと二色性染料とを用いた三次元導波路型偏
光子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarizer used for an optical isolator and the like, and more particularly to a three-dimensional waveguide type polarizer using a liquid crystal polymer and a dichroic dye as constituent materials of the polarizer.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光アイソレータは、例えばレーザ光源と
光回路との間に挿入され、光回路部品や被照射体からの
反射光がレーザに再注入してレーザ発振状態を不安定に
する現象すなわち反射雑音を抑制するために使用される
ものであり、順方向の光は通過させるが逆方向の光は遮
断するという非相反性を有する光受動部品である。2. Description of the Related Art An optical isolator is inserted, for example, between a laser light source and an optical circuit, and a reflected light from an optical circuit component or an object to be irradiated is re-injected into a laser to make a laser oscillation state unstable. It is used to suppress reflection noise, and is an optical passive component having non-reciprocity that allows light in the forward direction to pass while blocking light in the reverse direction.

【０００３】光アイソレータには、その動作原理として
主にファラデー回転子を利用したものと、ＴＥ（Transv
erse Electric ）−ＴＭ（Transverse Magnetic ）モー
ド変換を利用したものとがあり、その形状としてはバル
ク型・ファイバ型・導波路型（三次元導波路型）の３種
に分けられる。The optical isolator mainly uses a Faraday rotator as its operating principle, and TE (Transv
erse Electric) -TM (Transverse Magnetic) mode conversion is used, and its shape is classified into three types: bulk type, fiber type, and waveguide type (three-dimensional waveguide type).

【０００４】これらのうち最も一般的な光アイソレータ
はファラデー回転子を利用したバルク型光アイソレータ
であり、その基本構成はバルク型の偏光子とファラデー
回転子とバルク型の検光子とから成る。The most general optical isolator among these is a bulk type optical isolator using a Faraday rotator, and its basic structure is composed of a bulk type polarizer, a Faraday rotator and a bulk type analyzer.

【０００５】偏光子とは一般に、様々な振動方向を持つ
光から特定の振動方向の光を分離選択して、入射光のう
ち特定の偏波方向の光のみを通す素子のことをいう。ま
た検光子とは、偏光子と同じものであり、意図的に偏光
面を回転した光の通過や阻止に用いるときに、その機能
面から偏光子と区別するためにこの呼び名を用いるもの
である。A polarizer generally refers to an element that separates and selects light having a specific vibration direction from light having various vibration directions and allows only light having a specific polarization direction to pass through among incident light. An analyzer is the same as a polarizer, and is used to distinguish a polarizer from its functional aspect when it is used for passing or blocking light whose polarization plane is intentionally rotated. .

【０００６】この偏光子は、形状面から分類するとバル
ク型やフィルムタイプ、あるいは光ファイバを用いたも
の、三次元導波路型のものなどがある。また偏光成分を
分離する物理的性質により分類すると、 １）複屈折を利用するもの ２）多色性を利用するもの ３）ブリュースター条件を利用するもの の３種に大別できる。The polarizer is classified into a bulk type, a film type, an optical fiber type, a three-dimensional waveguide type, etc., in terms of shape. In addition, when classified according to the physical properties of separating the polarized component, it can be roughly classified into three types, 1) utilizing birefringence, 2) utilizing polychromaticity, and 3) utilizing Brewster conditions.

【０００７】複屈折とは、結晶を構成する原子の配列に
方向性があることに起因して、結晶中を伝播する光がそ
の振動方向および伝播方向により光線速度が異なる現象
をいう。この複屈折を利用した偏光子には、例えば方解
石やルチル等の複屈折結晶板あるいは偏光プリズムがあ
り、複屈折を利用した偏光プリズムは、さらに光学軸の
組合せ方向で、常光線または異常光線だけを利用する単
像プリズムと両光線を分離透過する複像プリズムとに分
けられる。Birefringence refers to a phenomenon in which light propagating in a crystal has a different light velocity depending on its vibration direction and propagation direction due to the directional nature of the arrangement of atoms constituting the crystal. This birefringent polarizer includes, for example, a birefringent crystal plate such as calcite or rutile, or a polarizing prism.A polarizing prism using birefringence is an ordinary ray or extraordinary ray only in the combination direction of optical axes. It is divided into a single-image prism that utilizes the light and a double-image prism that separates and transmits both light rays.

【０００８】また、多色性を利用した偏光子としては、
プラスチックを一定方向に延伸すると分子が配向されて
分子の光吸収の方向が揃うことを利用したものがあり、
例えばポリビニルアルコールを主体としたプラスチック
を一定方向に延伸したポラロイド偏光板（ポラロイドは
ポラロイド社の商標）がある。Further, as a polarizer utilizing polychromaticity,
There is one that utilizes the fact that when plastic is stretched in a certain direction, the molecules are oriented and the light absorption directions of the molecules are aligned.
For example, there is a Polaroid polarizing plate (Polaroid is a trademark of Polaroid Co., Ltd.) in which a plastic mainly containing polyvinyl alcohol is stretched in a certain direction.

【０００９】また、ブリュースター条件を利用する偏光
子としては、例えばブリュースター条件を満足するよう
な薄膜を多層蒸着してｓ偏光の透過光への漏れ量をほぼ
０にした、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と呼ばれる
複像素子がある。As a polarizer utilizing Brewster's condition, for example, a polarizing beam splitter (thin film which satisfies Brewster's condition is vapor-deposited in multiple layers so that the amount of leakage of s-polarized light into transmitted light is almost zero). There is a compound image element called PBS).

【００１０】光ファイバを用いた偏光子はさらに次のよ
うに分類でき、 １）偏波保存光ファイバをコイル状にして曲げて２つの
直線偏光モード間に大きな損失差を生じさせるコイル型 ２）光ファイバのコア近傍に金属や異方性材料を装荷し
て一方の直線偏光のみを通過させる装荷型 ３）光ファイバ反射器に偏光依存性を持たせて一方の直
線偏光を通過させ他方を反射させる反射型 ４）薄膜の偏光子を光ファイバの間に挿入した薄膜偏光
子挿入型 などの偏光子がある。Polarizers using optical fibers can be further classified as follows: 1) Coil type in which a polarization-maintaining optical fiber is bent in a coil shape and bent to cause a large loss difference between two linear polarization modes 2) Loading type that loads metal or anisotropic material near the core of the optical fiber to pass only one linearly polarized light 3) Make the optical fiber reflector have polarization dependency and allow one linearly polarized light to pass and reflect the other There is a reflection type 4) thin film polarizer insertion type or the like in which a thin film polarizer is inserted between optical fibers.

【００１１】また、三次元導波路型の偏光子としては、
例えば基板上に形成された石英から成る三次元導波路の
上に金属膜を直接クラッド（被覆）することによりこの
三次元導波路を通過する光に対してそのＴＥモード（電
界成分が三次元導波路の表面に平行なモード）に対する
伝搬損失が大きくなるという現象を利用したものがあ
る。Further, as a three-dimensional waveguide type polarizer,
For example, by directly cladding (covering) a metal film on a three-dimensional waveguide made of quartz formed on a substrate, the TE mode (electric field component is three-dimensionally guided by the light passing through the three-dimensional waveguide). There is a method utilizing the phenomenon that the propagation loss for a mode parallel to the surface of the waveguide becomes large.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】近年、光集積回路や光
電集積回路等の研究開発が進められ、それらの回路に用
いられる光アイソレータに対しても光集積化への対応が
求められている。これに対し、本発明者は特願平８−34
1715号において、光回転子として磁界の印加を必要とせ
ず、小型で、光集積回路や光電集積回路等における光集
積化に好適な光アイソレータを実現できる、三次元導波
路形状に形成された、入射光の進行方向に垂直に配向さ
れたメソゲン基を有する液晶ポリマーから成ることを特
徴とする三次元導波路型光回転子およびその三次元導波
路型光回転子を用いた光アイソレータを提案した。In recent years, research and development of optical integrated circuits, photoelectric integrated circuits, and the like have been advanced, and optical isolator used in these circuits is also required to be compatible with optical integration. On the other hand, the present inventor has filed a patent application 8-34
In No. 1715, it is possible to realize an optical isolator suitable for optical integration in an optical integrated circuit, an optoelectronic integrated circuit, etc., which is formed in a three-dimensional waveguide shape, without requiring application of a magnetic field as an optical rotator. We proposed a three-dimensional waveguide type optical rotator and an optical isolator using the three-dimensional waveguide type optical rotator, which is characterized by being composed of a liquid crystal polymer having a mesogenic group oriented perpendicular to the traveling direction of incident light. .

【００１３】しかしながら、そのような光アイソレータ
に用いる偏光子ならびに検光子としては、上記の従来技
術による偏光子では、複屈折を利用したもの・多色性を
利用したもの・ブリュースター条件を利用したものはい
ずれもバルク型あるいはフィルムタイプであり、三次元
導波路型光回転子と同様な三次元導波路形状として小型
化や光集積化に対応することができないという問題点が
あった。この点は、光ファイバを利用したものについて
も同様であった。However, as the polarizer and the analyzer used for such an optical isolator, in the polarizer according to the above-mentioned prior art, those utilizing birefringence, those utilizing polychromaticity, and Brewster conditions are utilized. Each of them is a bulk type or a film type, and there is a problem that it is not possible to cope with miniaturization and optical integration with the same three-dimensional waveguide shape as the three-dimensional waveguide type optical rotator. This point also applies to the case of using an optical fiber.

【００１４】さらに、上記の従来の三次元導波路型の偏
光子では、三次元導波路の材料として石英が使用されて
いるため、作製工程において1000℃以上の高温プロセス
を必要とし、作製が困難であるとともに光集積回路や光
電集積回路等と一体化させて光集積化に対応することも
困難であるという問題点があった。Further, in the above-mentioned conventional three-dimensional waveguide type polarizer, since quartz is used as the material of the three-dimensional waveguide, a high temperature process of 1000 ° C. or higher is required in the production process, and the production is difficult. In addition, there is a problem that it is difficult to integrate with an optical integrated circuit, an optoelectronic integrated circuit, or the like to cope with optical integration.

【００１５】本発明は上記事情に鑑みて本発明者が鋭意
研究に努めた結果完成されたものであり、その目的は、
光アイソレータに用いる偏光子として高温プロセスを必
要とせずに小型の三次元導波路形状に容易に作製するこ
とができ、光集積回路や光電集積回路等における光集積
化に好適な光アイソレータを実現できる三次元導波路型
偏光子ならびにそれを用いた光アイソレータを提供する
ことにある。The present invention has been completed as a result of intensive research conducted by the present inventor in view of the above circumstances, and its purpose is to:
A polarizer used for an optical isolator can be easily made into a small three-dimensional waveguide shape without requiring a high temperature process, and an optical isolator suitable for optical integration in an optical integrated circuit or an optoelectronic integrated circuit can be realized. It is to provide a three-dimensional waveguide type polarizer and an optical isolator using the same.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の三次元導波路型
偏光子は、樹脂から成る下部クラッド部および樹脂から
成る上部クラッド部を有した三次元導波路形状に形成さ
れ、入射光の進行方向に垂直に、かつ前記入射光の進行
方向から見て左から右へ向かう方向に配向されたメソゲ
ン基を有する液晶ポリマーと、この液晶ポリマーに添加
され、前記メソゲン基と同方向に配向された二色性染料
とから成ることを特徴とするものである。A three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention is formed in a three-dimensional waveguide shape having a lower clad portion made of a resin and an upper clad portion made of a resin, and travels of incident light. And a liquid crystal polymer having a mesogenic group oriented in a direction from left to right as viewed from the traveling direction of the incident light, and added to this liquid crystal polymer, and oriented in the same direction as the mesogenic group. It is characterized by comprising a dichroic dye.

【００１７】また、本発明の光アイソレータは、光回転
子の入射光側に配された偏光子および／または出射光側
に配された検光子に上記構成の三次元導波路型偏光子を
用いたものである。In the optical isolator of the present invention, the three-dimensional waveguide type polarizer having the above-mentioned structure is used for the polarizer arranged on the incident light side of the optical rotator and / or the analyzer arranged on the exit light side. It was what I had.

【００１８】本発明の三次元導波路型偏光子によれば、
液晶性を示す分子基（メソゲン基）を有する高分子液晶
である液晶ポリマーを用いて、その光学的異方性をもつ
メソゲン基を入射光の進行方向に垂直に、すなわち入射
光の進行方向に垂直な平面内で、入射光の進行方向から
見て左から右へ向かう方向に同一方向に配列させてお
り、また、この液晶ポリマーに、棒状の分子構造を持
ち、入射偏光の振動方向によって吸収係数が異なる色素
である二色性染料を添加して、液晶ポリマーのメソゲン
基と同方向に配向させていることから、磁界の印加を必
要とせずにメソゲン基と同一方向の入射光の偏光面を光
の進行とともに吸収させることができる。また、その形
状を樹脂から成る下部クラッド部および樹脂から成る上
部クラッド部を有した三次元導波路の形状としたことか
ら、基板表面に凹凸があってもそれらを平坦にするとと
もにコア部となる液晶ポリマーに光を閉じ込めることが
でき、光集積回路や光電集積回路等における光集積化に
適した構造の光偏光子となる。According to the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention,
By using a liquid crystal polymer, which is a high-molecular liquid crystal having a molecular group exhibiting liquid crystallinity (mesogenic group), the mesogenic group having optical anisotropy is perpendicular to the traveling direction of incident light, that is, in the traveling direction of incident light. They are arranged in the same direction in a vertical plane from the left to the right when viewed from the direction of travel of the incident light.The liquid crystal polymer has a rod-shaped molecular structure and is absorbed by the vibration direction of the incident polarized light. A dichroic dye, which is a pigment with a different coefficient, is added and oriented in the same direction as the mesogen groups of the liquid crystal polymer, so the plane of polarization of the incident light in the same direction as the mesogen groups does not require the application of a magnetic field. Can be absorbed as the light progresses. Further, since the shape is the shape of the three-dimensional waveguide having the lower clad part made of resin and the upper clad part made of resin, even if the substrate surface has irregularities, they are made flat and become the core part. The light can be confined in the liquid crystal polymer, and the optical polarizer has a structure suitable for optical integration in an optical integrated circuit, an optoelectronic integrated circuit, or the like.

【００１９】さらに、樹脂から成る下部クラッド部およ
び樹脂から成る上部クラッド部と液晶ポリマーと二色性
染料とから成ることから、三次元導波路型偏光子を作製
するにあたって高温プロセスを必要とせず、小型の三次
元導波路形状に容易に作製することができる。その結
果、小型で容易に作製可能な、高集積化に好適な三次元
導波路型偏光子となる。Further, since the lower clad portion made of a resin and the upper clad portion made of a resin, the liquid crystal polymer and the dichroic dye are used, a high temperature process is not required for producing the three-dimensional waveguide type polarizer, It can be easily manufactured into a small three-dimensional waveguide shape. As a result, a three-dimensional waveguide type polarizer that is small in size, easily manufactured, and suitable for high integration is obtained.

【００２０】また、本発明の光アイソレータによれば、
光回転子の入射光側に配された偏光子および／または出
射光側に配された検光子に上記構成の三次元導波路型偏
光子を用いたことから、小型で光集積回路や光電集積回
路等における光集積化に好適な光アイソレータとなる。
特に、本発明の光アイソレータに用いる光回転子に、本
発明者が特願平８−341715号において提案した三次元導
波路型光回転子を用いた場合には、光回転子を動作させ
るために磁界を印加する必要がなく、小型で光集積回路
や光電集積回路等における光集積化に最適な光アイソレ
ータとなる。According to the optical isolator of the present invention,
Since the three-dimensional waveguide type polarizer having the above configuration is used for the polarizer arranged on the incident light side of the optical rotator and / or the analyzer arranged on the output light side, the optical integrated circuit or the photoelectric integrated circuit is small in size. The optical isolator is suitable for optical integration in circuits and the like.
In particular, when the three-dimensional waveguide type optical rotator proposed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 8-341715 is used for the optical rotator used in the optical isolator of the present invention, the optical rotator is operated. Since it is not necessary to apply a magnetic field to the optical isolator, the optical isolator is small and is optimal for optical integration in optical integrated circuits, photoelectric integrated circuits and the like.

【００２１】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の三次元導波路型偏
光子ならびに光アイソレータについて図面に基づいて説
明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A three-dimensional waveguide type polarizer and an optical isolator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００２２】図１は本発明の三次元導波路型偏光子なら
びに光アイソレータに使用される液晶ポリマーおよび二
色性染料の構造例を示す概略図である。本発明の三次元
導波路型偏光子ならびに光アイソレータに使用される液
晶ポリマーは、液晶性を示す分子基（メソゲン基）を有
する高分子であり、そのメソゲン基は所定の一方向に配
向することができるものである。FIG. 1 is a schematic view showing a structural example of a liquid crystal polymer and a dichroic dye used in a three-dimensional waveguide type polarizer and an optical isolator of the present invention. The liquid crystal polymer used in the three-dimensional waveguide polarizer and the optical isolator of the present invention is a polymer having a molecular group (mesogenic group) exhibiting liquid crystallinity, and the mesogenic group should be oriented in a predetermined direction. Is something that can be done.

【００２３】図１においてＭはメソゲン基を、Ｃはメソ
ゲン基が結合している骨格主鎖を、Ｄは二色性染料分子
をそれぞれ表しており、同図は高分子の骨格主鎖Ｃから
枝分れしている側鎖部分に直接あるいは屈曲鎖を介して
メソゲン基Ｍが結合した重合体である側鎖形液晶ポリマ
ーの例を示している。なお、本発明の三次元導波路型偏
光子ならびに光アイソレータに使用される液晶ポリマー
は、メソゲン基同士が直接あるいは屈曲鎖と交互に結合
した重合体である主鎖形液晶ポリマーであってもよい。In FIG. 1, M represents a mesogenic group, C represents a skeleton main chain to which the mesogenic group is bonded, and D represents a dichroic dye molecule. An example of a side chain type liquid crystal polymer which is a polymer in which a mesogenic group M is bonded to a branched side chain portion directly or via a bent chain is shown. The liquid crystal polymer used in the three-dimensional waveguide type polarizer and the optical isolator of the present invention may be a main chain liquid crystal polymer which is a polymer in which mesogenic groups are bonded directly or alternately with bent chains. .

【００２４】かかる液晶ポリマーは、電界・磁界あるい
は応力の影響のもとで配向制御された配向性を保持した
まま、フィルム・繊維および各種の形状に成形でき、成
形後には配向性を発揮させるための印加磁界を必要とし
ない点で従来使用されていた常磁性ガラスや単結晶等に
見られない特性を有するものである。そして、メソゲン
基が所定の配向性を保持することにより、この液晶ポリ
マーに添加した二色性染料分子をその配向方向に沿って
配向させるという作用をなすものである。The liquid crystal polymer can be formed into films, fibers and various shapes while maintaining the orientation controllable under the influence of an electric field, a magnetic field or a stress. Since it does not require an applied magnetic field, it has characteristics not found in conventionally used paramagnetic glass and single crystals. Then, the mesogen group maintains a predetermined orientation, whereby the dichroic dye molecules added to the liquid crystal polymer are oriented along the orientation direction.

【００２５】図１に示した概略構成を有する側鎖形液晶
ポリマーとしては、例えば骨格主鎖Ｃの構造単位として
ポリアクリレートやポリメタクリレート・ポリイソシア
ネート・ポリメチルシロキサン・ポリエーテル・ポリア
ミド・ポリエステル等が用いられ、メソゲン基Ｍとして
ｐ−ヒドロキシ安息香酸や６−ヒドロキシ−２−ナフト
エ酸・４，４’−ビスフェノール＝テレフタル酸等が用
いられる。また、主鎖形液晶ポリマーの屈曲鎖として
は、例えばアルキル鎖やオキシエチレン鎖等が用いられ
る。これらの組合せによる図１に示した液晶ポリマーの
例を図２（ａ）〜（ｇ）にそれぞれ化学式で示す。As the side chain type liquid crystal polymer having the schematic structure shown in FIG. 1, for example, polyacrylate or polymethacrylate / polyisocyanate / polymethylsiloxane / polyether / polyamide / polyester as a structural unit of the skeleton main chain C is used. Used as the mesogenic group M are p-hydroxybenzoic acid, 6-hydroxy-2-naphthoic acid.4,4′-bisphenol = terephthalic acid and the like. Further, as the bent chain of the main chain type liquid crystal polymer, for example, an alkyl chain or an oxyethylene chain is used. Examples of the liquid crystal polymer shown in FIG. 1 obtained by combining these are shown by chemical formulas in FIGS. 2 (a) to 2 (g).

【００２６】これらの化学式はそれぞれメルク社製の液
晶ポリマー（ＬＣＰ：Liquid Crystal Polymer）の例で
あり、図２（ａ）は同社製ＬＣＰ１（Ｔｇ（ガラス転移
温度）＝−7.2 ℃）、（ｂ）はＬＣＰ83（Ｔｇ＝37.2
℃）、（ｃ）はＬＣＰ93（Ｔｇ＝−3.9 ℃）、（ｄ）は
ＬＣＰ94（Ｔｇ＝39.0℃）、（ｅ）はＬＣＰ95（Ｔｇ＝
46.7℃）、（ｆ）はＬＣＰ96（Ｔｇ＝83.6℃）、（ｇ）
はＬＣＰ105 （Ｔｇ＝38.0℃）である。Each of these chemical formulas is an example of a liquid crystal polymer (LCP: Liquid Crystal Polymer) manufactured by Merck Ltd., and FIG. 2 (a) shows LCP1 (Tg (glass transition temperature) = − 7.2 ° C.) manufactured by the same company, (b). ) Is LCP83 (Tg = 37.2
C), (c) LCP93 (Tg = -3.9 ° C), (d) LCP94 (Tg = 39.0 ° C), (e) LCP95 (Tg =
46.7 ° C), (f) is LCP96 (Tg = 83.6 ° C), (g)
Is LCP105 (Tg = 38.0 ° C.).

【００２７】一方、図１に示す二色性染料とは、棒状の
分子構造を持ち、入射偏光の振動方向によって吸収係数
が異なる色素のことである。このような色素では分子中
に遷移モーメントが存在し、その方向と平行な振動方向
を有する光は吸収されるが、その方向と直交する振動方
向を有する光は吸収されない。このような二色性染料の
例を図３（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ化学式で示す。On the other hand, the dichroic dye shown in FIG. 1 is a dye having a rod-shaped molecular structure and having an absorption coefficient different depending on the vibration direction of incident polarized light. In such a dye, a transition moment exists in the molecule and light having a vibration direction parallel to the direction is absorbed, but light having a vibration direction orthogonal to the direction is not absorbed. Examples of such dichroic dyes are shown by chemical formulas in FIGS.

【００２８】図３（ａ）はメロシアニン系染料、（ｂ）
はスチリル系染料、（ｃ）はアゾメチン系染料、（ｄ）
はアゾ染料、（ｅ）はアントラキノン系染料、（ｆ）は
テトラジン系染料である。FIG. 3 (a) is a merocyanine dye, (b)
Is a styryl dye, (c) is an azomethine dye, (d)
Is an azo dye, (e) is an anthraquinone dye, and (f) is a tetrazine dye.

【００２９】これらのような二色性染料をメソゲン基を
有する液晶ポリマーに添加すると、二色性染料の分子の
長軸の配向方向は図１に示したように液晶ポリマーのメ
ソゲン基Ｍの配向方向に平行となる。従って、液晶ポリ
マーのメソゲン基がある一定の一方向に配向すると、そ
れに添加された二色性染料の分子の長軸の配向方向もそ
のメソゲン基の配向方向と同じ方向となる。When such a dichroic dye is added to a liquid crystal polymer having a mesogenic group, the orientation of the long axis of the molecules of the dichroic dye is aligned with the mesogenic group M of the liquid crystal polymer as shown in FIG. It is parallel to the direction. Therefore, when the mesogenic group of the liquid crystal polymer is oriented in a certain direction, the orientation of the major axis of the dichroic dye molecule added thereto is also the same as the orientation of the mesogenic group.

【００３０】この様子を図４に平面図で示す。図４にお
いて１は本発明の三次元導波路型偏光子に係る偏光子を
示し、２は偏光子１の配向方向を示しており、図４は偏
光子１をその配向方向２を横軸Ｘとして縦軸ＹとのＸ−
Ｙ平面で見たときに、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直に手前か
ら奥へ向かうＺ軸方向に入射光が入射するのに対して、
その入射光の進行方向に垂直な方向である配向方向２に
メソゲン基３が配向しており、それにより二色性染料の
分子４がメソゲン基３と同じ方向に配向している様子を
示している。This state is shown in a plan view in FIG. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a polarizer relating to the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention, and 2 denotes an alignment direction of the polarizer 1, and FIG. As X- with vertical axis Y
When viewed on the Y plane, the incident light is incident in the Z-axis direction from the front to the back perpendicular to the XY plane, whereas
The mesogen group 3 is oriented in the orientation direction 2 which is the direction perpendicular to the traveling direction of the incident light, whereby the molecule 4 of the dichroic dye is oriented in the same direction as the mesogen group 3. There is.

【００３１】このようにメソゲン基３が同一方向に配列
し、それにより二色性染料の分子４が同じ方向に配向し
ていることにより、その配向方向２（同図ではＸ軸方
向）に対して振動方向が平行である入射光の偏光成分は
吸収され、振動方向が垂直である偏光成分は吸収されず
に透過することとなる。従って、このように二色性染料
が添加された液晶ポリマーを用いて三次元導波路状に加
工することで、入射された偏光光のうち二色性染料の配
向方向に垂直な偏光光のみを透過させる三次元導波路型
偏光子が構成できる。Since the mesogenic groups 3 are arranged in the same direction and the molecules 4 of the dichroic dye are oriented in the same direction as described above, the orientation direction 2 (X-axis direction in the figure) is set. The polarized component of the incident light having the parallel vibration direction is absorbed, and the polarized component having the vertical vibration direction is not absorbed but transmitted. Therefore, by processing the dichroic dye-added liquid crystal polymer into a three-dimensional waveguide, only polarized light perpendicular to the orientation direction of the dichroic dye in the incident polarized light is processed. A three-dimensional waveguide type polarizer that transmits light can be constructed.

【００３２】ここで、本発明による三次元導波路型偏光
子に用いる液晶ポリマーの光学的複屈折率Δｎおよび二
色性染料の平行方向と垂直方向の吸収の比である二色性
比ｒならびに三次元導波路の光路長Ｌは、偏光子に要求
される仕様や構成材料の特性等に応じて適正に組み合わ
せることが望ましい。これは、三次元導波路型偏光子に
用いる液晶ポリマーの光学的複屈折率Δｎの影響によ
り、配向方向に平行または垂直以外の方向の振動方向を
持つ偏光光が入射されると、入射光の進行方向に対して
偏光光の振動方向が回転するからである。Here, the optical birefringence Δn of the liquid crystal polymer used in the three-dimensional waveguide type polarizer according to the present invention and the dichroic ratio r which is the ratio of absorption of the dichroic dye in the parallel direction and the vertical direction, and It is desirable that the optical path length L of the three-dimensional waveguide be appropriately combined depending on the specifications required for the polarizer and the characteristics of the constituent materials. This is because when polarized light having a vibration direction other than parallel or perpendicular to the alignment direction is incident due to the influence of the optical birefringence Δn of the liquid crystal polymer used for the three-dimensional waveguide type polarizer, This is because the vibration direction of the polarized light rotates with respect to the traveling direction.

【００３３】これら液晶ポリマーの光学的複屈折率Δｎ
および二色性染料の二色性比ｒならびに三次元導波路の
光路長Ｌについて、望ましい組合せの例を表１に示す。
なお、表１において｜Δｎ｜は液晶ポリマーの光学的複
屈折率Δｎの絶対値を示しており、光路長Ｌと｜Δｎ｜
との組合せの各条件で必要な二色性染料の二色性比ｒ
は、その数値以上の値であることが望ましいものとして
示してある。Optical birefringence Δn of these liquid crystal polymers
Table 1 shows examples of desirable combinations of the dichroic ratio r of the dichroic dye and the optical path length L of the three-dimensional waveguide.
In Table 1, | Δn | represents the absolute value of the optical birefringence Δn of the liquid crystal polymer, and the optical path length L and | Δn |
The dichroic ratio r of dichroic dye required under each condition of combination with
Is shown to be a value greater than or equal to that number.

【００３４】[0034]

【表１】 [Table 1]

【００３５】また、図５（ａ）〜（ｈ）には、種々のメ
ソゲン基に対する液晶ポリマーの光学的複屈折率Δｎの
値の例を示す。図５において、それぞれ（ａ）はシッフ
塩基系、（ｂ）は安息香酸エステル系、（ｃ）はビフェ
ニル系、（ｄ）はシクロヘキサンカルボンエステル系、
（ｅ）はフェニルシクロヘキサン系、（ｆ）はピリミジ
ン系、（ｇ）はジオキサン系、（ｈ）はシクロシキシル
シクロヘキサン系の構造のメソゲン基である。Further, FIGS. 5A to 5H show examples of the values of the optical birefringence Δn of the liquid crystal polymer with respect to various mesogenic groups. In FIG. 5, (a) is a Schiff base type, (b) is a benzoic acid ester type, (c) is a biphenyl type, (d) is a cyclohexane carboxylic acid type,
(E) is a phenylcyclohexane type, (f) is a pyrimidine type, (g) is a dioxane type, and (h) is a cyclosixylcyclohexane type mesogenic group.

【００３６】なお、液晶ポリマーの光学的複屈折率Δｎ
の影響による偏光光の振動方向の回転はΔｎが小さいほ
ど小さくなるので、二色性染料の選択の自由度を増すに
は、より小さなΔｎをもつ液晶ポリマーを用いることが
好ましい。ここで、この液晶ポリマーの光学的複屈折率
Δｎは、メソゲン基としてそれ自身の複屈折率Δｎの値
が所望のものを用いる他に、メソゲン基には正の複屈折
率を持つメソゲン基と負の複屈折率を持つメソゲン基と
があることから、これらのメソゲン基の両方を適当な割
合で配合することによっても所望の値に制御することが
できる。The optical birefringence Δn of the liquid crystal polymer
Since the rotation of the polarized light in the vibration direction decreases as Δn decreases, it is preferable to use a liquid crystal polymer having a smaller Δn in order to increase the degree of freedom in selecting the dichroic dye. Here, as the optical birefringence Δn of this liquid crystal polymer, a mesogen group having a desired birefringence Δn is used as well as a mesogen group having a positive birefringence as a mesogen group. Since there is a mesogen group having a negative birefringence, it can be controlled to a desired value by blending both of these mesogen groups in appropriate proportions.

【００３７】一方、本発明の三次元導波路型偏光子にお
いて液晶ポリマーに添加する二色性染料の添加量は、所
望の光学的特性に応じて、また液晶ポリマーを溶解させ
る溶剤に対する二色性染料の溶解度により適宜設定すれ
ばよいが、通常は液晶ポリマーに対して３〜10％程度と
すればよい。二色性染料の添加量が３％を大きく下回る
と偏光子としての特性が不十分となる傾向があり、他
方、10％を大きく上回ると二色性染料が十分に溶解せず
に粒子状となって存在することとなり、所望の二色性比
が得られなくなってしまう傾向がある。On the other hand, the addition amount of the dichroic dye to be added to the liquid crystal polymer in the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention depends on the desired optical properties, and the dichroic dye to the solvent for dissolving the liquid crystal polymer. Although it may be appropriately set depending on the solubility of the dye, it is usually about 3 to 10% with respect to the liquid crystal polymer. If the addition amount of the dichroic dye is much less than 3%, the properties as a polarizer tend to be insufficient. On the other hand, if it is much more than 10%, the dichroic dye is not sufficiently dissolved and particles are formed. Therefore, there is a tendency that a desired dichroic ratio cannot be obtained.

【００３８】次に、本発明の三次元導波路型偏光子につ
いて、その構成の例および製造プロセスの例を図６〜図
14に示した断面図に基づいて説明する。Next, with respect to the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention, an example of the configuration and an example of the manufacturing process are shown in FIGS.
Description will be made based on the sectional view shown in FIG.

【００３９】まず、図６に示すように、三次元導波路の
支持基板となるガラス等から成る基板５の表面に下部ク
ラッド層６を形成する。基板５は三次元導波路の支持基
板となるとともに電気配線やＶ溝等が形成されて光素子
や半導体素子等が実装されるものであり、例えばガラス
基板の他にシリコン基板・アルミナ基板・ガラスセラミ
ックス基板・ムライト基板・ポリイミド基板等が用いら
れる。下部クラッド層６は三次元導波路においてコア部
となる液晶ポリマー層中に光を閉じ込める他、基板５表
面の凹凸を平坦にする役割を担うものであり、例えばシ
ロキサンポリマーやポリイミド・フッ素樹脂・オレフィ
ン樹脂等が用いられる。First, as shown in FIG. 6, a lower clad layer 6 is formed on the surface of a substrate 5 made of glass or the like, which serves as a supporting substrate for a three-dimensional waveguide. The substrate 5 serves as a support substrate for the three-dimensional waveguide and has electrical wiring, V-grooves and the like formed therein to mount optical elements, semiconductor elements and the like. For example, in addition to a glass substrate, a silicon substrate, an alumina substrate, a glass, etc. Ceramic substrates, mullite substrates, polyimide substrates, etc. are used. The lower clad layer 6 not only confines light in the liquid crystal polymer layer that serves as the core portion in the three-dimensional waveguide, but also plays the role of flattening the unevenness of the surface of the substrate 5, for example, siloxane polymer, polyimide, fluororesin, olefin. Resin or the like is used.

【００４０】また、シロキサンポリマーとしては例えば
東レ株式会社製ＰＳＢ−Ｋ１等を用いることができ、シ
ロキサンポリマーにより下部クラッド層６を形成する場
合は、基板５上にスピンコート法等によってコートし、
約270 ℃にて約１時間キュアすることによって形成すれ
ばよい。As the siloxane polymer, for example, PSB-K1 manufactured by Toray Industries, Inc. can be used. When the lower clad layer 6 is formed of the siloxane polymer, it is coated on the substrate 5 by spin coating or the like,
It may be formed by curing at about 270 ° C. for about 1 hour.

【００４１】次いで、図７に示すように、下部クラッド
層６の表面に配向層７を形成する。Then, as shown in FIG. 7, an alignment layer 7 is formed on the surface of the lower cladding layer 6.

【００４２】この配向層７は液晶ポリマーのメソゲン基
を一方向に配列させるための厚み100〜2000Å程度の層
であり、例えば可溶性ポリイミドや可溶性ポリアミド等
が用いられる。The alignment layer 7 is a layer having a thickness of about 100 to 2000 liters for unidirectionally arranging the mesogenic groups of the liquid crystal polymer. For example, soluble polyimide or soluble polyamide is used.

【００４３】配向層７に用いられる可溶性ポリイミドと
しては、例えば日本合成ゴム社製ＡＬ−1254・ＡＬ−54
17・ＡＬ−3046・ＪＡＬＳ−212 −Ｒ３・ＪＡＬＳ−21
2 −Ｒ４等、あるいは日産化学工業社製ポリイミドＳＥ
−7210・ＳＥ−7311・ＲＮ−747 ・ＲＮ−776 等を用い
ることができ、これらの可溶性ポリイミドにより配向層
７を形成する場合は、下部クラッド層６上にスピンコー
ト法等によってコートし、約180 〜200 ℃のオーブンに
て約１時間以上焼成することによって形成すればよい。As the soluble polyimide used for the orientation layer 7, for example, AL-1254 / AL-54 manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.
17 / AL-3046 / JALS-212 -R3 / JALS-21
2-R4, etc., or polyimide SE manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.
-7210 / SE-7311 / RN-747 / RN-776 can be used. When the alignment layer 7 is formed of these soluble polyimides, the lower cladding layer 6 is coated by spin coating or the like, It may be formed by baking in an oven at 180 to 200 ° C. for about 1 hour or more.

【００４４】次いで、図８に矢印で示すように、配向層
７の表面を所定の一方向に擦ることによって、この層７
の上に形成する液晶ポリマー層に所定の配向方向を付与
するための配向処理を配向層７の表面に施す。この配向
方向は、通常は偏光子を三次元導波路形状に形成する場
合の導波路の長さ方向すなわち入射光の進行方向と垂直
方向に、また入射光の進行方向から見て左から右へ向か
う方向とする。このような配向処理は従来周知の処理方
法によればよく、例えば配向層７が可溶性ポリイミドか
ら成る場合は、一般的にラビングと呼ばれる方法、すな
わちレーヨン布等で所定の一方向に擦ること等によって
配向処理が施される。Then, as shown by an arrow in FIG. 8, the surface of the alignment layer 7 is rubbed in a predetermined direction to form the layer 7
The surface of the alignment layer 7 is subjected to an alignment treatment for imparting a predetermined alignment direction to the liquid crystal polymer layer formed thereon. This orientation direction is usually the length direction of the waveguide when the polarizer is formed in a three-dimensional waveguide shape, that is, the direction perpendicular to the traveling direction of the incident light, and from left to right when viewed from the traveling direction of the incident light. Let's go in the direction. Such an alignment treatment may be performed by a conventionally known treatment method. For example, when the alignment layer 7 is made of soluble polyimide, a method generally called rubbing, that is, rubbing in a predetermined direction with rayon cloth or the like is used. Orientation processing is performed.

【００４５】次いで、配向処理を施した上記基板を洗浄
した後、図９に示すように、配向層７の表面に液晶ポリ
マー層８を形成する。この液晶ポリマー層８は前述のよ
うにこの層８に添加する二色性染料の分子の長軸を一方
向に配向させる役目を担うものであり、前述のようなメ
ソゲン基を有する液晶ポリマーに前述のような二色性染
料を添加したものを用い、そのメソゲン基を上記の配向
方向に並べることによってその配向方向と同じ方向に二
色性染料を配向させ、それにより偏光子となるものであ
る。この液晶ポリマー層８に用いられる液晶ポリマーと
しては、具体的には例えば前述のメルク社製ＬＣＰ−１
・ＬＣＰ−83・ＬＣＰ−93・ＬＣＰ−94・ＬＣＰ−95・
ＬＣＰ−96・ＬＣＰ−105 等を用いればよく、これらの
液晶ポリマーにより液晶ポリマー層８を形成する場合
は、配向処理を施した配向層７上にスピンコート法等に
よってコートし、後述するプロセスを順次行なうことに
よって形成すればよい。Next, after washing the above-mentioned substrate subjected to the alignment treatment, a liquid crystal polymer layer 8 is formed on the surface of the alignment layer 7, as shown in FIG. As described above, the liquid crystal polymer layer 8 plays a role of aligning the major axis of the molecules of the dichroic dye added to the layer 8 in one direction, and the liquid crystal polymer having the mesogenic group as described above is A dichroic dye such as is used, and by aligning the mesogenic groups in the above-mentioned alignment direction, the dichroic dye is aligned in the same direction as the alignment direction, thereby forming a polarizer. . Specific examples of the liquid crystal polymer used in the liquid crystal polymer layer 8 include the above-mentioned LCP-1 manufactured by Merck & Co., Inc.
・ LCP-83 ・ LCP-93 ・ LCP-94 ・ LCP-95 ・
LCP-96 / LCP-105 or the like may be used. When the liquid crystal polymer layer 8 is formed of these liquid crystal polymers, the alignment layer 7 subjected to the alignment treatment is coated by a spin coating method or the like, and the process described below is performed. It may be formed by sequentially performing.

【００４６】次いで、図10に示すように、液晶ポリマー
層８の上にスパッタ法を始めとする真空成膜法等により
アルミ層９を形成する。このアルミ層９は液晶ポリマー
層８を三次元導波路のコアの形状に加工するためのマス
クとなる層であり、アルミ（Ａｌ）の他に銅（Ｃｕ）や
ニオブ（Ｎｂ）等を用いてもよい。Next, as shown in FIG. 10, an aluminum layer 9 is formed on the liquid crystal polymer layer 8 by a vacuum film forming method such as a sputtering method. The aluminum layer 9 is a layer that serves as a mask for processing the liquid crystal polymer layer 8 into the shape of the core of the three-dimensional waveguide, and copper (Cu), niobium (Nb) or the like is used in addition to aluminum (Al). Good.

【００４７】次いで、図11に示すように、アルミ層９の
表面にフォトレジストをスピンコート法にてコートし、
通常のフォトリソグラフィ工程によって導波路形状にパ
ターニングしたレジストパターン10を形成する。Then, as shown in FIG. 11, the surface of the aluminum layer 9 is coated with a photoresist by spin coating,
A resist pattern 10 patterned into a waveguide shape is formed by a normal photolithography process.

【００４８】次いで、図12に示すように、アルミエッチ
ャントによるウェットエッチング法、あるいはＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法やＥＣＲ（Electron Cyclo
tron Resonance）法等のエッチング法によりアルミ層９
のエッチングを行ない、その後レジストパターン10を剥
離して、アルミパターン９’を形成する。Next, as shown in FIG. 12, a wet etching method using an aluminum etchant or RIE is performed.
(Reactive Ion Etching) method and ECR (Electron Cyclo)
aluminum layer 9 by etching method such as tron resonance
Etching is performed, and then the resist pattern 10 is peeled off to form an aluminum pattern 9 '.

【００４９】次いで、図13に示すように、アルミパター
ン９’をマスクとしてＲＩＥ法やＥＣＲ法等のエッチン
グ法により液晶ポリマー層８および配向層７のエッチン
グを行ない、導波路形状にパターニングした液晶ポリマ
ー層８’および配向層７’を形成する。Next, as shown in FIG. 13, the liquid crystal polymer layer 8 and the alignment layer 7 are etched by an etching method such as RIE or ECR using the aluminum pattern 9'as a mask, and the liquid crystal polymer patterned into a waveguide shape. Form the layer 8'and the alignment layer 7 '.

【００５０】最後に、図14に示すように、これらパター
ニングした液晶ポリマー層８’および配向層７’を覆う
ように基板５の下部クラッド層６上に上部クラッド層11
を形成する。この上部クラッド層11は三次元導波路にお
いてコア部となる液晶ポリマー層中に光を閉じ込めるた
めのものであり、下部クラッド層６と同様の材料および
同様の形成方法により形成される。Finally, as shown in FIG. 14, the upper clad layer 11 is formed on the lower clad layer 6 of the substrate 5 so as to cover the patterned liquid crystal polymer layer 8'and the alignment layer 7 '.
To form. The upper clad layer 11 is for confining light in the liquid crystal polymer layer that serves as the core portion in the three-dimensional waveguide, and is formed of the same material and the same forming method as the lower clad layer 6.

【００５１】また、下部クラッド層６に前述のシロキサ
ンポリマーを用いた場合には、同じシロキサンポリマー
を用いることが上部クラッド層11と下部クラッド層６と
の屈折率の差をなくすことができる点で好ましく、シロ
キサンポリマーにより上部クラッド層11を形成する場合
は、スピンコート法等によってコートし、約270 ℃にて
約１時間キュアすることによって形成すればよい。Further, when the above-mentioned siloxane polymer is used for the lower clad layer 6, it is possible to eliminate the difference in refractive index between the upper clad layer 11 and the lower clad layer 6 by using the same siloxane polymer. Preferably, when the upper clad layer 11 is formed of a siloxane polymer, the upper clad layer 11 may be coated by spin coating or the like and cured at about 270 ° C. for about 1 hour.

【００５２】これにより、液晶ポリマー層８’中のメソ
ゲン基および二色性染料の分子の長軸が図６〜図14に示
すプロセスで示した導波路の長さ方向すなわち入射光の
進行方向に垂直な、かつ入射光の進行方向から見て左か
ら右へ向かう配向方向に並び、三次元導波路形状に形成
された、入射光の進行方向に垂直に、かつ入射光の進行
方向から見て左から右へ向かう方向に配向されたメソゲ
ン基を有する液晶ポリマーと、そのメソゲン基と同方向
に配向された二色性染料とから成ることを特徴とする本
発明の三次元導波路型偏光子12が得られる。As a result, the long axis of the molecules of the mesogenic group and the dichroic dye in the liquid crystal polymer layer 8'is in the length direction of the waveguide shown in the process shown in FIGS. 6 to 14, that is, the traveling direction of incident light. Vertically aligned with the alignment direction from left to right when viewed from the traveling direction of the incident light, and formed in a three-dimensional waveguide shape, perpendicular to the traveling direction of the incident light and viewed from the traveling direction of the incident light. A three-dimensional waveguide polarizer of the present invention, which comprises a liquid crystal polymer having a mesogenic group oriented in a direction from left to right and a dichroic dye oriented in the same direction as the mesogenic group. You get 12.

【００５３】そして、このようにして得られた本発明の
三次元導波路型偏光子12によれば、液晶ポリマー層８’
中のメソゲン基および二色性染料の分子の配列方向は印
加磁界等を必要とせずにそのまま保持されるため、永久
磁石や磁界発生回路等が不要な小型の偏光子となる。According to the three-dimensional waveguide type polarizer 12 of the present invention thus obtained, the liquid crystal polymer layer 8 '
Since the mesogenic groups and the dichroic dye molecules in the inside are retained as they are without requiring an applied magnetic field or the like, a small-sized polarizer that does not require a permanent magnet, a magnetic field generating circuit, or the like is obtained.

【００５４】次に、本発明の光アイソレータの概略構成
の例を図15に斜視図で示す。図15において13は光回転子
である。また14は偏光子、15は検光子であり、それぞれ
に上記と同様の本発明の三次元導波路型偏光子12を用い
た例を示している。なお、光アイソレータとして、偏光
子14または検光子15のいずれか一方に本発明の三次元導
波路型偏光子12を用いた構成としてもよいことは言うま
でもない。Next, an example of a schematic structure of the optical isolator of the present invention is shown in a perspective view in FIG. In FIG. 15, 13 is an optical rotator. Further, 14 is a polarizer and 15 is an analyzer, and an example using the same three-dimensional waveguide type polarizer 12 of the present invention as described above is shown. Needless to say, the optical isolator may have a configuration in which the three-dimensional waveguide polarizer 12 of the present invention is used for either the polarizer 14 or the analyzer 15.

【００５５】同図における入射光の進行方向は、偏光子
14の左から偏光子14・光回転子13・検光子15を通過して
右へ向かう方向である。図15の偏光子14（三次元導波路
型偏光子12）および検光子15（三次元導波路型偏光子1
2）においても５は基板、６は下部クラッド層、７’お
よび８’はそれぞれパターニングされた配向層および液
晶ポリマー層、11は上部クラッド層である。The traveling direction of the incident light in FIG.
The direction is from the left of 14 to the right through the polarizer 14, the optical rotator 13, and the analyzer 15. The polarizer 14 (three-dimensional waveguide polarizer 12) and the analyzer 15 (three-dimensional waveguide polarizer 1 in FIG. 15 are shown.
Also in 2), 5 is a substrate, 6 is a lower cladding layer, 7'and 8'are patterned alignment layers and liquid crystal polymer layers, respectively, and 11 is an upper cladding layer.

【００５６】また、この例においては光回転子13として
特願平８−341715号において提案した三次元導波路型光
回転子を用いている。なお、光回転子13としては、従来
より通常の光アイソレータに用いられるものと同じもの
を用いてもよい。In this example, the optical rotator 13 is the three-dimensional waveguide type optical rotator proposed in Japanese Patent Application No. 8-341715. The optical rotator 13 may be the same as that conventionally used for a normal optical isolator.

【００５７】このような本発明の光アイソレータにおい
ては、偏光子14および／または検光子15に上記の本発明
の三次元導波路型偏光子12を用いていることから、偏光
子14および／または検光子15の作製にあたって高温プロ
セスを必要とせず小型の三次元導波路形状に容易に作製
することができるので、小型で容易に作製可能な、高集
積化に好適な光アイソレータとなる。また、光回転子13
に特願平８−341715号において提案した三次元導波路型
光回転子を用いた場合には、光アイソレータを三次元導
波路形状に一体化して形成することができ、光アイソレ
ータとして動作させるために磁界の印加を必要とせず、
小型で光集積化に最適な光アイソレータとなるととも
に、高温プロセスを必要とせずに容易に作製することが
できるものとなる。In such an optical isolator of the present invention, since the above-mentioned three-dimensional waveguide type polarizer 12 of the present invention is used as the polarizer 14 and / or the analyzer 15, the polarizer 14 and / or Since the analyzer 15 does not require a high temperature process and can be easily formed into a small three-dimensional waveguide shape, it is a small-sized and easily manufactured optical isolator suitable for high integration. Also, the optical rotator 13
In the case of using the three-dimensional waveguide type optical rotator proposed in Japanese Patent Application No. 8-341715, the optical isolator can be formed integrally with the three-dimensional waveguide shape, and the optical isolator operates as an optical isolator. Does not require the application of a magnetic field to
The optical isolator is small in size and optimal for optical integration, and can be easily manufactured without requiring a high temperature process.

【００５８】[0058]

【実施例】次に、本発明による三次元導波路型偏光子の
作製例を示す。EXAMPLE Next, an example of manufacturing a three-dimensional waveguide type polarizer according to the present invention will be described.

【００５９】まず、基板５となるシリコン基板上に、下
部クラッド層６となるシロキサンポリマーをスピンコー
ト法にてコートし、その後、クリーンオーブンにより10
0 ℃にて30分加熱した後、270 ℃にて１時間キュアし
た。First, a silicon substrate to be the substrate 5 is coated with a siloxane polymer to be the lower clad layer 6 by a spin coating method, and then a clean oven is used for 10
After heating at 0 ° C for 30 minutes, it was cured at 270 ° C for 1 hour.

【００６０】続いて、この基板上に可溶性ポリイミドと
してＡＬ−1254（日本合成ゴム社製）をスピンコート法
にてコートし、180 ℃のオーブンにより１時間焼成して
配向層７を形成した。Subsequently, AL-1254 (manufactured by Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.) as a soluble polyimide was coated on this substrate by a spin coating method, and baked in an oven at 180 ° C. for 1 hour to form an alignment layer 7.

【００６１】次に、このポリイミド層の表面をレーヨン
布を用いて一方向に擦って配向処理を施した。Next, the surface of this polyimide layer was rubbed in one direction with a rayon cloth for orientation treatment.

【００６２】この基板を洗浄後、ポリイミド層上に、エ
チレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解
させた液晶ポリマーＬＣＰ105 （メルク社製）および二
色性染料をスピンコート法にてコートして、二色性染料
が添加された液晶ポリマー層８を形成した。After washing this substrate, a liquid crystal polymer LCP105 (manufactured by Merck & Co.) dissolved in ethylene glycol monomethyl ether acetate and a dichroic dye were coated on the polyimide layer by a spin coating method to form a dichroic dye. To form a liquid crystal polymer layer 8.

【００６３】次に、スパッタ法により二色性染料が添加
された液晶ポリマー層８表面にアルミ層９を成膜した。Next, an aluminum layer 9 was formed on the surface of the liquid crystal polymer layer 8 to which the dichroic dye was added by the sputtering method.

【００６４】次に、アルミ層９表面にフォトレジストＨ
ＰＲ−1182をスピンコート法にてコートし、フォトリソ
グラフィ工程により導波路パターンのレジストパターン
10をパターニングした。Next, a photoresist H is formed on the surface of the aluminum layer 9.
PR-1182 is coated by a spin coating method and a resist pattern of a waveguide pattern is formed by a photolithography process.
10 were patterned.

【００６５】次にアルミエッチャントによるウェットエ
ッチング法によりアルミ層９のエッチングを行なってア
ルミパターン９’を形成し、しかる後、レジストパター
ン10を剥離した。Next, the aluminum layer 9 was etched by a wet etching method using an aluminum etchant to form an aluminum pattern 9 ', and then the resist pattern 10 was peeled off.

【００６６】次に、ＲＩＥ法によりアルミパターン９’
をマスクとして二色性染料が添加された液晶ポリマー層
８および配向層７のエッチングを行ない、導波路形状に
パターニングした、二色性染料が添加された液晶ポリマ
ー層８’および配向層７’を形成した。Next, the aluminum pattern 9'is formed by the RIE method.
The dichroic dye-added liquid crystal polymer layer 8 and the alignment layer 7 are etched using the mask as a mask to form a dichroic dye-added liquid crystal polymer layer 8'and an alignment layer 7'that are patterned into a waveguide shape. Formed.

【００６７】次に、アルミエッチャントによるウエット
エッチング法によりアルミパターン９’を剥離した。Next, the aluminum pattern 9'was peeled off by a wet etching method using an aluminum etchant.

【００６８】そして、上部クラッド層11としてシロキサ
ンポリマーをスピンコート法にてコートし、その後、ク
リーンオーブンにより100 ℃にて30分加熱した後、270
℃にて１時間キュアし、本発明の三次元導波路型偏光子
を得た。Then, a siloxane polymer was coated as the upper clad layer 11 by a spin coating method and then heated at 100 ° C. for 30 minutes in a clean oven.
It was cured at ℃ for 1 hour, and the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention was obtained.

【００６９】以上により作製した三次元導波路型偏光子
のコア部の一方から偏光方向が回転可能な偏光子にて偏
光されたレーザ光を入射させ、コア部の他方からの出射
光の強度を測定した。The laser light polarized by the polarizer whose polarization direction is rotatable is made incident from one of the core portions of the three-dimensional waveguide type polarizer manufactured as described above, and the intensity of the light emitted from the other of the core portions is changed. It was measured.

【００７０】その結果、三次元導波路型偏光子の液晶ポ
リマーのメソゲン基および二色性染料の配向方向と同じ
偏光方向の光を入射した場合にその出射光強度は最小と
なり、配向方向に対して直交する偏光方向の光を入射し
た場合にその出射光強度は最大となって、本発明の三次
元導波路型偏光子により液晶ポリマーおよび二色性染料
の配向方向と同じ偏光方向の光が吸収されていることが
確認できた。As a result, when the light of the same polarization direction as the alignment direction of the mesogenic group and the dichroic dye of the liquid crystal polymer of the three-dimensional waveguide type polarizer is incident, the intensity of the emitted light becomes the minimum, and When the light having the polarization direction orthogonal to each other is incident, the intensity of the emitted light becomes maximum, and the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention causes the light having the same polarization direction as the alignment direction of the liquid crystal polymer and the dichroic dye. It was confirmed that it was absorbed.

【００７１】なお、本発明は以上の例に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、二色性
染料が添加された液晶ポリマー層の上にも配向層を加え
てもよく、この場合には、下部の配向層と同一方向に配
向することで液晶ポリマー層の配向方向を所望の一方向
により良く配向したものとすることができる。The present invention is not limited to the above examples, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, an alignment layer may be added on the liquid crystal polymer layer to which the dichroic dye is added. In this case, the alignment direction of the liquid crystal polymer layer is desired by aligning in the same direction as the lower alignment layer. Can be better oriented in one direction.

【００７２】[0072]

【発明の効果】以上のように、本発明の三次元導波路型
偏光子によれば、メソゲン基を有する液晶ポリマーおよ
び二色性染料を用いて、そのメソゲン基と二色性染料の
分子とを入射光の進行方向に垂直に、かつ入射光の進行
方向から見て左から右へ向かう方向に配向させたことか
ら、磁界の印加を必要とせずに配向方向と同じ偏光方向
の入射光を光の進行とともに吸収させることができ、ま
た、その形状を樹脂から成る下部クラッド部および樹脂
から成る上部クラッド部を有した三次元導波路の形状と
したことから、光集積回路や光電集積回路等における光
集積化に適した構造の、小型で、磁界印加用の永久磁石
や磁界印加回路等を必要としない、高集積化に好適な三
次元導波路型偏光子となる。さらに、樹脂から成る下部
クラッド部および樹脂から成る上部クラッド部と液晶ポ
リマーと二色性染料とから成ることから、三次元導波路
型偏光子を作製するにあたって高温プロセスを必要とせ
ず、小型の三次元導波路形状に容易に作製することがで
きる。As described above, according to the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention, a liquid crystal polymer having a mesogenic group and a dichroic dye are used, and a molecule of the mesogenic group and the dichroic dye is used. Was oriented perpendicular to the direction of travel of the incident light and in the direction from left to right when viewed from the direction of travel of the incident light, so that incident light with the same polarization direction as the alignment direction could be generated without applying a magnetic field. Since it can be absorbed as the light travels, and the shape is a three-dimensional waveguide having a lower clad part made of a resin and an upper clad part made of a resin, an optical integrated circuit, an optical integrated circuit, etc. It is a three-dimensional waveguide type polarizer having a structure suitable for optical integration in 3), which is small in size, does not require a permanent magnet for applying a magnetic field, a magnetic field applying circuit, or the like and is suitable for high integration. Further, since the lower clad portion made of resin and the upper clad portion made of resin, the liquid crystal polymer and the dichroic dye are used, a high temperature process is not required for producing a three-dimensional waveguide type polarizer, and a small tertiary The original waveguide shape can be easily manufactured.

【００７３】また、本発明の光アイソレータによれば、
光回転子の入射光側に配された偏光子および／または出
射光側に配された検光子に上記構成の三次元導波路型偏
光子を用いたことから、小型で光集積回路や光電集積回
路等における光集積化に好適な光アイソレータとなる。
特に、本発明の光アイソレータに用いる光回転子に、本
発明者が特願平８−341715号において提案した入射光の
進行方向に垂直な方向に配向されたメソゲン基を有する
液晶ポリマーから成る三次元導波路型光回転子を用いた
場合には、光回転子を動作させるために磁界を印加する
必要がなく、小型で光集積回路や光電集積回路等におけ
る光集積化に最適な光アイソレータとなる。According to the optical isolator of the present invention,
Since the three-dimensional waveguide type polarizer having the above configuration is used for the polarizer arranged on the incident light side of the optical rotator and / or the analyzer arranged on the output light side, the optical integrated circuit or the photoelectric integrated circuit is small in size. The optical isolator is suitable for optical integration in circuits and the like.
In particular, the optical rotator used in the optical isolator of the present invention has a tertiary structure composed of a liquid crystal polymer having a mesogenic group oriented in a direction perpendicular to the traveling direction of incident light proposed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 8-341715. When the original waveguide type optical rotator is used, it is not necessary to apply a magnetic field to operate the optical rotator, and it is compact and suitable as an optical isolator for optical integration in an optical integrated circuit or an optoelectronic integrated circuit. Become.

【００７４】従って、本発明によれば、光アイソレータ
に用いる偏光子として高温プロセスを必要とせずに小型
の三次元導波路形状に容易に作製することができ、光集
積回路や光電集積回路等における光集積化に好適な光ア
イソレータを実現できる三次元導波路型偏光子ならびに
それを用いた光アイソレータを提供することができた。Therefore, according to the present invention, a polarizer used for an optical isolator can be easily formed into a small three-dimensional waveguide shape without requiring a high temperature process, and can be used in an optical integrated circuit, an optical integrated circuit, or the like. It was possible to provide a three-dimensional waveguide type polarizer capable of realizing an optical isolator suitable for optical integration and an optical isolator using the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】液晶ポリマーの構造例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a structural example of a liquid crystal polymer.

【図２】（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明に係る液晶ポ
リマーの例を示す化学式である。2A to 2G are chemical formulas each showing an example of a liquid crystal polymer according to the present invention.

【図３】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ本発明に係る二色性
染料の例を示す化学式である。3A to 3F are chemical formulas each showing an example of a dichroic dye according to the present invention.

【図４】本発明の三次元導波路型偏光子の動作を説明す
るための平面図である。FIG. 4 is a plan view for explaining the operation of the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図５】本発明に係る液晶ポリマーのメソゲン基の化学
式とその光学的複屈折率の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a chemical formula of a mesogenic group of a liquid crystal polymer according to the present invention and its optical birefringence index.

【図６】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例およ
び製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a configuration and an example of a manufacturing process of a three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図７】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例およ
び製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the configuration and an example of the manufacturing process of the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図８】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例およ
び製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a configuration and an example of a manufacturing process of a three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図９】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例およ
び製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the configuration and an example of the manufacturing process of the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図１０】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例お
よび製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure and an example of a manufacturing process of a three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図１１】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例お
よび製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the configuration and an example of the manufacturing process of the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図１２】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例お
よび製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a configuration and an example of a manufacturing process of a three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図１３】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例お
よび製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention and an example of the manufacturing process.

【図１４】本発明の三次元導波路型偏光子の構成の例お
よび製造プロセスの例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the configuration and an example of the manufacturing process of the three-dimensional waveguide type polarizer of the present invention.

【図１５】本発明の光アイソレータの概略構成の例を示
す斜視図である。FIG. 15 is a perspective view showing an example of a schematic configuration of an optical isolator of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Ｍ、３・・・・・・メソゲン基 Ｄ、４・・・・・・二色性染料 １・・・・・・・・偏光子 ２・・・・・・・・配向方向 ８、８’・・・・・液晶ポリマー層 12・・・・・・・・三次元導波路型偏光子 14・・・・・・・・偏光子（三次元導波路型偏光子） 15・・・・・・・・検光子（三次元導波路型偏光子） M, 3 ... Mesogenic group D, 4 ... Dichroic dye 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Polarizer 2 ... Orientation direction Liquid crystal polymer layer 12 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ three-dimensional waveguide polarizer 14 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Polarizer (three-dimensional waveguide type polarizer) 15 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Analyzer (three-dimensional waveguide type polarizer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−129728（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−195602（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−506220（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／038743（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/30 G02B 6/12 G02B 27/28 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued front page (56) References JP-A-5-129728 (JP, A) JP-A-2-101431 (JP, A) JP-A-63-195602 (JP, A) Special Table 11- 506220 (JP, A) International Publication 96/038743 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) G02B 5/30 G02B 6/12 G02B 27/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 樹脂から成る下部クラッド部および樹脂
から成る上部クラッド部を有した三次元導波路形状に形
成され、入射光の進行方向に垂直に、かつ前記入射光の
進行方向から見て左から右へ向かう方向に配向されたメ
ソゲン基を有する液晶ポリマーと、該液晶ポリマーに添
加され、前記メソゲン基と同方向に配向された二色性染
料とから成ることを特徴とする三次元導波路型偏光子。1. A lower clad portion made of a resin and a resin
Is formed in a three-dimensional waveguide shape having an upper clad portion consisting of , and is perpendicular to the traveling direction of the incident light and
A liquid crystal polymer having a mesogenic group oriented in a direction from left to right when viewed from the traveling direction , and a dichroic dye that is added to the liquid crystalline polymer and is oriented in the same direction as the mesogenic group. And a three-dimensional waveguide polarizer. 【請求項２】 光回転子の入射光側に配された偏光子お
よび／または出射光側に配された検光子に請求項１記載
の三次元導波路型偏光子を用いた光アイソレータ。2. An optical isolator using the three-dimensional waveguide-type polarizer according to claim 1 as a polarizer arranged on the incident light side of the optical rotator and / or an analyzer arranged on the exit light side.