JPH1124015A - 光集積化素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モードフィルタ機能と光変調機能とをもつ光集
積化素子を提供する。 【解決手段】屈折率異方性及び光学的非線形性を発現す
る材料または前記材料をマトリックスに分散させた材料
で形成された導波層２４が積層されている。導波層２４
の一部分は、ＴＥモード及びＴＭモードのいずれか一方
の光を選択的に透過させるモードフィルタＡを構成し、
導波層２４の他部分は、電場の印加に伴い光に対する屈
折率を変化させて光変調を行う光変調器Ｂを構成する。
モードフィルタＡは紫外線等の光照射で形成され、光変
調器Ｂは電界を印加するポーリング処理で形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光集積化素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チャンネル型導波路の作製技
術の一つとして、光照射を利用したフォトブリーチとい
われる技術が提案されている（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔ．，２６，１９９０，ｐ３７９）。この技術
は、基板に積層された導波層を構成する部位に光照射
し、光照射した部分の屈折率を低下させ、これにより光
を閉じ込めて透過させるコアを備えた導波層を形成する
技術である。

【０００３】この技術は、光学的等方性媒質で形成され
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。特開昭６２ー２９９１３号公
報の第４図には、モ−ドフィルタとして機能する導波路
型素子として、ガラス導波層のうち光を透過させるコア
の上に金属を配置したり、コアに対して屈折率が異なる
光学的異方性結晶（方解石、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 膜など）をコア
の上に配置したりする技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した公報
技術よりも更に技術的に進歩したものであり、屈折率異
方性及び光学的非線形性を発現する材料を用いて形成し
た導波層を利用することにより、モードフィルタと光変
調器との双方の機能を奏する光集積化素子を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光集積化素
子は、屈折率異方性及び光学的非線形性を発現する高分
子材料または高分子材料をマトリックスに分散させた材
料で形成された導波層と、導波層を保持する基体とを具
備して構成され、導波層の一部分は、ＴＥモード及びＴ
Ｍモードのいずれか一方の光を選択的に透過させるモー
ドフィルタを構成し、導波層の他部分は、電場の印加に
伴い、導波層を透過する光に対する屈折率を変化させて
光変調を行う光変調器を構成することを特徴とするもの
である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
を加える。・屈折率異方性及び光学的非線形性を発現す
る材料屈折率異方性を発現するものとしては、光異方性
屈折率可変材料を採用できる。光異方性屈折率可変材料
としては、光照射前に異方的な屈折率を示し、更に、光
照射に伴い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。このよう
な材料としては、光照射により分子構造変化を起こす様
なものを採用できる。光照射に伴い分子構造変化を起こ
すものとして、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
挙げられる。

【０００７】所望の屈折率変化を引き起こすには、異方
性屈折率変化が大きな分子を用いることが重要であり、
アゾベンゼン誘導体、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。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、さらに屈折率率異方性
変化を大きくすることが可能となる。

【０００８】なお上記した材料は、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、所望の異方性変化を引
き起こすものであれば一向にかまわない。むしろ熱的に
シス−トランス光異性化が生じて屈折率が元に戻る場合
より、好ましいと言える。光照射は、光異性化を引き起
こす波長で行われる。一般には、紫外域から可視域の波
長をもつ光が照射される。光照射の際の光源としては高
圧水銀灯が一般的であるが、エキシマーレーザ等の利用
も可能である。

【０００９】これら屈折率異方化可能な化合物が高分子
内に結合する事によって、あるいは、適当なマトリック
ス（例えば樹脂やガラス等）に分散ないしは結合する事
によって、所望の光異方性屈折率可変材料を提供でき
る。マトリックスとなる樹脂としては、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。

【００１０】また、光照射前に異方的な屈折率を示すに
は、上記した材料を含む高分子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、導波層の面内に分子
配向させることにより実現できる。異方性の程度は、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。光学的非線形性を発現するものとして
は、動きやすい電子を有するπ電子共役系、例えばベン
ゼン環、ナフタレン環、アゾベンゼン環等に、電子吸引
性の例えばニトロ基、シアノ基の様な官能基と、電子供
与性の例えばアミノ基、アルコキシ基の様な官能基を同
時に導入したような分子を採用できる。これらは、比較
的大きな光学的非線形性を発現できる。

【００１１】実際に光学的非線形性を付与するには、分
子配列における中心対称性を崩すためにこれらの分子を
配向させる必要がある。この分子配向を行うためには、
電場を印加して分子を配向させるポーリング処理を採用
できる。この場合には、分子の配向性の円滑化のため
に、導波層を加熱しながら行うことが好ましい。ところ
で、本発明の導波層を構成する材料としては、上記した
屈折率異方性の機能及び光学的非線形性の機能の双方を
発現できる分子が導入されている必要がある。このよう
な２つの機能は、個別の機能を奏する２種類の分子を併
有することによっても達成可能であり、或いは、両方の
機能を兼ね備えた分子を１つの分子に導入することによ
っても達成可能である。

【００１２】２種類の分子を併有する場合には、その分
子の組み合わせにより、非常に多様な材料を提供できる
メリットがある。両方の機能を兼ね備えた分子を利用す
る場合、光学的非線形性分子を大量に導入できるメリッ
トがある。なお、上記した性質をもつ材料やマトリック
スは、導波損失性が低いことが好ましい。一般的に光集
積化素子として使用される波長域は可視から近赤外にわ
たる領域であり、従って光集積化素子が使用される波長
領域での損失性が低いことが好ましい。即ち、可視域波
長で利用される場合はその領域で、近赤外域波長で利用
される場合はその領域で損失性が低ければよい。

【００１３】・モードフィルタ本発明に係る光集積化素
子において、導波層の一部分は、ＴＥモード及びＴＭモ
ードのいずれか一方の光を選択的に透過させるモードフ
ィルタを構成する。モードフィルタは、光を閉じ込めて
透過させるコアと、コアに被覆されたクラッドとで構成
できる。ここで、常光屈折率をｎｏとし、異常光屈折率
をｎｅとして定義したとき、本発明に係るモードフィル
タでは、下記ののうちのいづれか一方の関係に設定
されている。

【００１４】コアのｎｏ＞クラッドｎｏ、かつ、コア
のｎｅ≦クラッドのｎｅ コアのｎｅ＞クラッドｎｅ、かつ、コアのｎｏ≦クラ
ッドのｎｏ 図１を参照して説明する。図１は、上記したの関係を
満たしたモ−ドフィルタである。即ち、コア２Ａのｎｏ
＝１．７０６、クラッド３Ａのｎｏ＝１．７０２に設定
されていると共に、コア２Ａのｎｅ＝１．６７６、クラ
ッド３Ａのｎｅ＝１．６８０に設定されている。

【００１５】上記したの関係により、コア２Ａのｎｏ
＞クラッドｎｏの関係からＴＥモ−ドの光をコア２Ａに
閉じこめて透過でき、コア２Ａのｎｅ≦クラッドのｎｅ
の関係からＴＭモ−ドの光を閉じこめることができず、
放射させてしまう。結果として図１に示すモードフィル
タでは、ＴＥモ−ドの光のみを選択的に取り出す事がで
きるフィルタとして機能できる。

【００１６】図１に示すモードフィルタの製造にあたっ
ては、次のようにできる。即ち、図２に示すように、基
板２０にアンダークラッド２２を介して導波層２４を積
層し、コア２Ａに相当する部位にマスク４０を覆い、か
つ、クラッド３Ａに相当する部位を露出させる。その状
態で紫外線をマスク４０越しに照射する。これにより照
射を受けたクラッド３Ａに相当する部位においては、ｎ
ｏが低下すると共にｎｅが増加する。これにより上記し
たの関係をもつモードフィルタが形成される。

【００１７】逆に、図３に示すモードフィルタでは、上
記したの関係が満たされている。の関係により、Ｔ
Ｅモ−ドの光を放射し、ＴＭモ−ドの光をコア２Ａに閉
じ込めて透過でき、ＴＭモ−ドの光のみを選択的に取り
出す事ができるフィルタとして機能できる。図３に示す
モードフィルタの製造にあたっては次のようにできる。
即ち、図４に示すように、基板２０にアンダークラッド
２２を介して導波層２４を積層し、クラッド３Ａに相当
する部位にマスク４０を覆い、かつ、コア２Ａに相当す
る部位を露出させる。その状態で紫外線をマスク４０越
しに照射する。これにより照射を受けたコア２Ａに相当
する部位においては、ｎｏが低下すると共にｎｅが増加
する。これにより上記したの関係をもつモードフィル
タが形成される。

【００１８】・光変調器 本発明の光集積化素子では前記したように、導波層の他
部分は、導波層を透過する光に対する屈折率を電場の印
加に伴い変化させて光変調を行う光変調器を構成する。
導波層は、光学的非線形性を発現する材料をもつ。その
ため、導波層に電場を印加することにより、屈折率の制
御が可能である。導波層のうち光変調器を構成する領域
には、電極が搭載されているのが一般的である。

【００１９】・実施形態の一例 実施形態の一例の要部を図５に示す。この例では、基体
としての基板２０にアンダークラッド２２が積層され、
その上に導波層２４が積層されている。導波層２４の片
側はモードフィルタＡを構成し、導波層２４の他の片側
は光変調器Ｂを構成する。モードフィルタＡにおいて、
導波層２４は、ＴＥモードまたはＴＭモードの光のいず
れか一方を閉じ込めて透過させるコア２Ａと、コア２Ａ
の両側に配置されたクラッド３Ａとを備えている。コア
２Ａとクラッド３Ａとの屈折率の関係は上記したまた
はのいずれかに設定されている。

【００２０】光変調器Ｂにおいて、導波層２４は、ＴＥ
モードまたはＴＭモードの光のいずれか一方を閉じ込め
て透過させるコア２Ｂと、コア２Ｂの両側に配置された
クラッド３Ｂとを備えている。互いに対向するクラッド
３Ｂの上面には、蒸着等で薄膜状に形成された一対の光
変調用の電極４が搭載されている。光変調器Ｂを形成す
る場合には、導波層２４のコア２Ｂを構成する材料に、
上記した光学的非線形性を有する部分を導入すると共
に、電極４に直流の電圧を供給して、ポーリング処理と
も呼ばれる電場印加処理を施せば、コア２Ｂを構成する
材料において分子配向が誘発される。これにより電気光
学効果による屈折率制御可能なコア２Ｂを作製すること
ができる。あるいはコロナポーリングの手法で分子配向
を施した後、電極を設置してもよい。

【００２１】光変調を実行する際には、導波層２４に搭
載した電極４に交流電圧を供給し、外部電場をコア２Ｂ
に印加すれば、外場電場の変化に基づいて外部電場によ
る光変調が可能となる。ここでいう光変調とはコア２Ｂ
を透過する光の電場印加による位相変化から生じるリタ
デーションの変化を偏光子を通して強度変化に置き換え
た操作をいう。従って本実施形態に係る電極４は、ポー
リング処理における電界印加と、光変調における電界印
加との双方を兼ねる。なお本発明における光変調は、強
度変調に限ったものではなく、位相変調も含まれる。

【００２２】実施形態の他の一例の要部を図６及び図７
（Ａ）（Ｂ）に示す。この実施形態でも、基体としての
基板２０にアンダークラッド２２及び導波層２４が順に
積層されている。この形態においても、導波層２４の片
側はモードフィルタＡを構成し、導波層４の他の片側は
光変調器Ｂを構成する。図７（Ａ）はモードフィルタＡ
の断面を示し、図７（Ｂ）は光変調器Ｂの断面を示す。
モードフィルタＡにおいて、導波層２４の片側は、コア
２Ａと、コア２Ａの両側に配置されたクラッド３Ａとを
備えている。コア２Ａとクラッド３Ａとの屈折率の関係
は上記したまたはのいずれか一方に設定されてい
る。光変調器Ｂにおいて、導波層２４の他の片側は、コ
ア２Ｂと、コア２Ｂの両側に配置されたクラッド３Ｂと
を備えている。基板２２とアンダークラッド２２との間
には、蒸着等で形成した下部の電極４（４ｄ）が配置さ
れている。またコア２Ｂには蒸着等で形成された上部の
電極４（４ｕ）が搭載されている。光変調を実行する際
には、電極４（４ｄ，４ｕ）に交流電圧を供給し、外部
電場をコア２Ｂに印加すれば、外場電場の変化に基づい
て外部電場による光変調が可能となる。作製プロセス
上、モードフィルタの基板２０とアンダークラッド２２
との間に下部電極が形成される場合もあり得るが、原理
的機能上問題はない。

【００２３】なお、図５に示す実施形態の光集積化素子
においては、モ−ドフィルタＡを入射側とし、光変調器
Ｂを出射側としても良いし、逆に、光変調器Ｂを入射側
とし、モ−ドフィルタＡを出射側としても良い。図６に
示す実施形態の光集積化素子においても同様である。図
５に示す実施形態、図６に示す実施形態では、モ−ドフ
ィルタＡと光変調器Ｂとがそれぞれ１カ所づつ直列的配
置で設けられているが、必要に応じて、モ−ドフィルタ
Ａの数、光変調器Ｂの数を増やすことも可能である。

【００２４】・光集積化素子においてコア２Ａ、２Ｂ
は、図１〜図４に示すように、これらが埋設されたチャ
ンネル型であってもよいし、或いは、リッジ型であって
もよい。場合によっては、ファイバーの様に、円筒型の
コア及びクラッドの構成でもかまわない。図７に示すよ
うに、導波層２４の上方にオーバ−クラッド５が存在し
てもよい。この場合、オーバ−クラッド５の材料は横方
向のクラッド３Ａ、３Ｂの屈折率と同じであってもよい
し、モ−ドフィルタの性能を損なわない限り、他の屈折
率の材料でもかまわない。

【００２５】・製造方法 上記した光集積化素子を製造するにあたっては、モード
フィルタを製造する光照射処理と、光変調のために分子
配向を行うポーリング処理とを採用できる。 （１）光照射処理 導波層において屈折率変化を起こさせるための光照射
は、光異性化を引き起こす波長で行われる。一般には、
紫外域から可視域の波長をもつ光が照射される。光照射
の際の光源としては高圧水銀灯が一般的であるが、エキ
シマーレーザ等の利用も可能である。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、プロセス時間の短縮化の為に、試料
温度を高めて照射すると屈折率変化の効率が高くなる。

【００２６】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、試料温度が室温〜１６０°Ｃ、照射時間が３０分〜
１時間で、所望の屈折率を備えたコア及びクラッドをも
つモード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。

【００２７】光照射時間と屈折率の可変との関係は、後
述するように図１１に示されている。図１１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
ｎｏが低下し、◆や●で示すように異常光屈折率ｎｅが
増加する傾向がある。 （２）ポーリング処理 光学的非線形性を発現させるには、導波層を構成する材
料に直流の電場を印加する分子配向操作を行う。この場
合には、針電極を用いるコロナポーリングでも良いし、
平行板電極を用いるポーリングも良い。一般的には、分
子の配向度が増加するほど、光学的非線形性は増大する
ので、分子をより容易に配向させるために、通常は導波
層構成材料を加熱して行われる。材料によるが、加熱温
度は一般的にはそのガラス転移点以上の温度が好まし
い。

【００２８】ポーリング処理の概念図を図８〜図１０に
示す。図８はコロナポーリングの概念を示す。この場合
には、導波層Ｍの下方に配置された電極と、導波層Ｍの
上方に配置された針電極とを用い、両方の電極を直流の
高圧電源に接続し、導波層Ｍに電場を印加する。図９は
平行平板電極を用いたポーリングの概念を示す。この場
合には、導波層Ｍの下方に配置された電極と、導波層Ｍ
の上方に配置された電極とを用い、両方の電極を同様に
直流の高圧電源に接続し、導波層Ｍに電場を印加する。

【００２９】図１０は平行平板電極を用いたポーリング
の概念を示す。この場合には、導波層Ｍの上方に配置さ
れた２個の電極を用い、両方の電極を同様に直流の高圧
電源に接続し、導波層Ｍに電界を印加する。このような
各ポーリング処理が導波層Ｍに施されると、導波層Ｍの
内部の分子が配向し、光学的非線形性が付与され、電気
光学的効果をもつようになる。この場合の分子配向方向
は、図８、図９の例とは直交する方向とする。更にポー
リング方法としては、光を照射しながら電場を印加する
方法、偏光を照射する方法も可能である。

【００３０】（３）操作手順 操作手順としては、まず光照射処理を行い、その後にポ
ーリング処理する方法と、その逆の方法とを採用でき
る。前者の方法では、最初に、光照射処理により、モ−
ドフィルタ機能を有する導波路構造を形成し、その後、
導波路構造のうち光変調器を構成する導波路部分にの
み、ポーリング処理を行う。この場合には、モ−ドフィ
ルタとして機能する導波路部分には、ポーリング処理の
電場が印加されないようにポーリング処理を行うことが
好ましい。

【００３１】後者の方法では、導波路構造のうち光変調
器を構成する導波路部分にのみ、ポーリング処理を行な
う。この場合には、モ−ドフィルタとして機能する導波
路部分には、ポーリング処理による電場が印加されない
ようにポーリング処理を行うことが好ましい。その後、
マスクを用いて光照射処理を行うと、モードフィルタと
して機能する導波路部分が形成される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。まず、実
施例で用いた導波層を構成する屈折率異方性可変材料の
合成方法を説明し、次に光集積化素子の製造方法を項目
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。

【００３３】（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℃）。

【００３４】

【化１】

【００３５】構造式（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、２０℃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。

【００３６】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）。

【００３７】

【化２】

【００３８】次に、上記したように合成した構造式（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９０ｍｌ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３００
０ｍｌ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。

【００３９】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）。

【００４０】

【化３】

【００４１】（光集積化素子の製造方法）本実施例の製
法は、図６及び図７にしめす光集積化素子を形成する例
である。基体として機能する基板として、結晶軸＜１０
０＞で切り出した、厚み約５００μｍの片面鏡面の４イ
ンチシリコンウエハー（三菱マテリアル製；ｎ型）を４
分割したものを用いた。

【００４２】分割したウエハーをＨＦ：純水＝１：５０
の溶液に約１分間浸し、表面を洗浄した。次に、純水で
５分程度流水洗浄後、スピンドライヤーにて乾燥し、次
の電極蒸着工程に供した。電極蒸着工程では、ＥＢ蒸着
装置（アネルバ製；ＥＶＤー５００Ｂ）を用いて、上記
シリコンウエハー上にＣｒを１００オングストローム、
続いてＡｌを２０００オングストローム蒸着して、下部
の電極４ｄとした。この際、モ−ドフィルタとしての使
用を考えている部分には、マスクをシリコンウエハーに
置いて、下部電極が蒸着されないようにした。

【００４３】次に、アンダークラッド２２として、ポリ
イミド（日立化成製；ＰｌＸ２４００）を使用した。即
ち、上記したように得られた下部の電極４ｄに、ポリイ
ミドを直接塗布し、熱処理（１５０℃で１ｈ，３００℃
で１．５ｈ）を行い、アンダークラッドとした。ガラス
上に同一条件で作製した薄膜の厚みを触針式表面あらさ
針（ＳｌｏａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐ製；Ｄ
ＥＫＴＡＫＩＩ）で測定し、試料厚みとした。以下の工
程でも同様に膜厚を決定した。アンダークラッドである
ポリイミド層の厚みは約７μｍであった。

【００４４】導波層２４に相当するポリマーの薄膜部分
を構成するにあたっては、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；ＤＩＳＭＩＣ１３Ｐ）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％程
度）にした。その後、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、アンダークラッド２２上にこ
の高濃度溶液を積層した。

【００４５】スピンコート後、室温にて、約６時間真空
乾燥を行った。得られた導波層２４の膜厚は１．３μｍ
であった。次に、フォトブリーチとも呼ばれる光照射処
理を行った。即ち、超高圧水銀ランプ（ウシオ電機製；
ＵＳＨー２５０ＢＹ）を光源として用い、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ー２５１Ａ／Ｂ）で、基板上の導波層２４に対
して紫外線（ＵＶ）照射を行った。照射パワーは８０ｍ
Ｗ／ｃｍ² であった。光照射の際には、幅２〜１０μｍ
のサイズをもつ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に接触させ、試料を１１０℃
に加熱し、試料の上方よりマスク越しに１時間照射し
た。

【００４６】紫外線照射により、モードフィルタＡを構
成するコア２Ａとクラッド３Ａとが形成され、コア２Ａ
とクラッド３Ａとの屈折率の関係は、上記したの関
係のうちのとされた。その後、スピンコート用のフッ
素系高分子溶液（旭硝子製；ＣＹＴＯＰー８０５Ａ）を
フォトレジストスピナー（共和理研製；Ｋー３３３５９
ＳＤー１）を用いて回転数１０００ｒｐｍで、導波層上
にスピンコートし、保護膜を積層した。続いて真空乾燥
で８０℃、１時間乾燥した。保護層の膜厚は０．６５μ
ｍであった。

【００４７】次に、導波層２４の上方を覆うオーバーク
ラッド５として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）をアセトンーメタノール系で精製したものを用い
た。即ち、５重量％のＰＭＭＡクロロホルム溶液を調整
し、フォトレジストスピナー（共和理研製；Ｋー３３５
９ＳＤー１）を用いて回転数１０００ｒｐｍで、保護膜
を塗布した試料上にスピンコートした。続いて真空乾燥
機で室温で２時間乾燥した。オーバークラッド５の膜厚
は１．５μｍであった。

【００４８】次に、試料ごと液体窒素に浸し試料を冷却
した。その試料を、あらかじめ傷をつけておいた結晶面
内の＜０１０＞＜００１＞方向に導波層２４まで含めて
へき開し、端面を露出させた。上記した試料の導波路の
うちのコア上に、高速型真空蒸着装置（真空機工製；Ｖ
ＰＣー４１０）を用いてＡｌを約２０００オングストロ
ーム蒸着し、上部の電極４ｕとした。このように製造し
た試料をカバーガラスでマスクすると共に、所望位置に
だけ電極を蒸着した。上記した下部の電極４ｄをむき出
した後、上部の電極４ｕ、下部の電極４ｄのそれぞれに
リード線を銀ペーストで接合した。

【００４９】次に、試料を加熱しつつ（目標温度：１７
０°Ｃ）、上部の電極４ｕ、下部の電極４ｄを介して電
場を印加し、導波層２４のうち光変調器を構成する部分
に光学的非線形性を付与した。本実施例に係る光集積化
素子では、導波層２４においては、屈折率異方性の制御
が可能である。従って、異方性結晶を利用した場合と比
較して、設計の自由度を確保することができる。またこ
の材料は、異方性結晶を利用した場合に比較して安価で
もある。さらに構成が単純であり、加工プロセスが少な
くて済み、コスト低廉に有利であるという長所を有す
る。

【００５０】（光変調実験）上記したように製造した試
料を用い、光変調実験を行った。この場合には、波長８
３０ｎｍの半導体レーザを光源として用いた。基本的に
は、半導体レーザ、レンズ、光ファイバーであるラミポ
ールファイバー偏光子（住友大阪セメント製）、光集積
化素子の順に配置し、光集積化素子のうち光変調器Ｂを
入射部としてラミポールファイバー偏光子に結合し、光
集積化素子のうちモ−ドフィルタＡを出射部に配置し
た。

【００５１】光変調実験においては、ＴＥモ−ドとＴＭ
モ−ドとを１：１の強度で励振させ入射した。ラミポー
ルファイバー偏光子（住友大阪セメント製）の出射端か
らの光強度が、垂直方向（ＴＭモ−ドに相当）と水平方
向（ＴＥモ−ドに相当）とで等しくなる様に調整し、こ
れを試料である光集積化素子の導波路の入射部に結合さ
せた。

【００５２】高周波発振器より高周波を発生させ、これ
を増幅器で増幅して、試料の下部の電極及び上部の電極
間に交流電圧を印加した。交流電圧の周波数１ＫＨｚ
で、試料のうち光変調器部分のリタデーションの変化
と、モ−ドフィルタ部分による導波モ−ド選択とにより
光強度の変調を確認できた。

【００５３】（照射試験）上記した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（ｍｅｔｒｉｃｏｎ製；ＰＣ２０１０）を用い、導波
する光として波長６３３ｎｍ、波長８３０ｎｍを用い
た。

【００５４】試験結果を図１１、図１２に示す。図１１
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１２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１１及び図
１２において、■は波長６３３ｎｍにおけるｎｏを示
し、●は波長６３３ｎｍにおけるｎｅを示す。▲は波長
８３０ｎｍにおけるｎｏを示し、◆は波長８３０ｎｍに
おけるｎｅを示す。

【００５５】図１１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１２の◆や●に示す試験結果から理解
できるように、ｎｅの屈折率が増加していることが確認
された。また図１２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。

【００５６】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。 ○光照射により屈折率異方性が可変であり、かつ、光学
的非線形性を付与できる材料または前記材料をマトリッ
クスに分散させた材料で形成した導波層を用い、導波層
の一部分に光照射して、ＴＥモード及びＴＭモードのい
ずれか一方の光を選択的に透過させるモードフィルタを
形成する操作と、前記導波層の他部分に、電場を印加す
ることにより分子を配向させて光学的非線形を付与し、
光変調を行う光変調器を形成する操作とを行うことを特
徴とする光集積化素子の製造方法。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、導波層の一部分がＴＥ
モード及びＴＭモードのいずれか一方の光を選択的に透
過させるモードフィルタを構成し、導波層の他部分が導
波層を透過する光に対する屈折率を変化させて光変調を
行う光変調器を構成するため、モードフィルタ及び光変
調器を構成する導波層を同一材料を用いた一体化素子に
することができる。従って、構成が単純で、かつ作製プ
ロセスが簡便な集積化素子を得ることができる。

【００５８】またモードフィルタ及び光変調器における
導波構造が同一材料で連続的に繋がっているため、モー
ドフィルタと光変調器接続部分との接続部分における結
合損失を小さく抑えることができる。本発明によれば、
モードフィルタの導波層において、光照射を利用して導
波層のｎｅ、ｎｏを調整すれば、モードフィルタを構成
するコアとクラッドとの屈折率の関係を上記したの関
係またはの関係のいずれかに設定でき、ＴＥモードま
たはＴＥモードのいずれか一方の光のみを選択して透過
できるモードフィルタを構成できる。

【００５９】一般の光システムにおいて、ＴＥモードま
たは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を分離するモードフィルタは
不可欠の存在になりつつある。また、光システムをより
汎用的に利用するため、導波路型集積化デバイスを利用
した小型光システムの構築が近年なされている。このシ
ステムにおいても、上記システムと同様に、ＴＥモード
またはＴＥモードのいずれか一方の偏光を分離する必要
が生じる。本発明に係る光集積化素子におけるモ−ドフ
ィルタは、この様な導波路構造における偏光モ−ドを分
離するのに有用な素子であり、小型光システムでの重要
な構成部品と成りうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】導波層のモードフィルタの部分の構成の概念を
示す構成図である。

【図２】図１に示す形態のモードフィルタを形成する場
合の製造過程を概念的に示す構成図である。

【図３】他の形態に係る導波層のモードフィルタの部分
の構成の概念を示す構成図である。

【図４】図３に示す形態のモードフィルタを形成する場
合の製造過程を概念的に示す構成図である。

【図５】モードフィルタと光変調器を備えた光集積化素
子の全体の概念を示す斜視図である。

【図６】モードフィルタと光変調器を備えた別の実施形
態に係る光集積化素子の全体の概念を示す斜視図であ
る。

【図７】（Ａ）は図６に示す光集積化素子のモードフィ
ルタの部分の断面図であり、（Ｂ）は図６に示す光集積
化素子の光変調器の部分の断面図である。

【図８】針電極を用いたコロナポーリング処理の概念を
示す構成図である。

【図９】平行平板電極を用いたポーリング処理の概念を
示す構成図である。

【図１０】他の平行平板電極を用いたポーリング処理の
概念を示す構成図である。

【図１１】光照射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１２】光照射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、２０は基板（基体）、２４は導波層、２Ａ、２Ｂ
はコア、３Ａ、３Ｂはクラッドを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】屈折率異方性及び光学的非線形性を発現す
   る材料または前記材料をマトリックスに分散させた材料
   で形成された導波層と、 前記導波層を保持する基体とを具備して構成され、 前記導波層の一部分は、ＴＥモード及びＴＭモードのい
   ずれか一方の光を選択的に透過させるモードフィルタを
   構成し、 前記導波層の他部分は、電場の印加に伴い、前記導波層
   を透過する光に対する屈折率を変化させて光変調を行う
   光変調器を構成することを特徴とする光集積化素子。