JP2003270685A - 導波路型光変調素子及びその製造方法 - Google Patents
導波路型光変調素子及びその製造方法Info
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 経時的、熱的に安定な光学特性及び高速の応
答性能を有する有機非線形光学材料を用いた導波路型光
変調素子を提供する。 【解決手段】 導波路型光変調素子は、基板１の上に、
有機材料からなるコア４と、コア４を挟んでその上下に
形成されたクラッド層（下部クラッド層３及び上部クラ
ッド層５）と、コア４及び上下クラッド層（下部クラッ
ド層３及び上部クラッド層５）に電界を印加する一対の
電極（下部電極２と上部電極６）とを有し、コア４は架
橋可能な官能基及び非線形光学活性基を有する高分子液
晶化合物を含有し、高分子液晶化合物を電場配向処理し
た後、架橋することにより形成される。
答性能を有する有機非線形光学材料を用いた導波路型光
変調素子を提供する。 【解決手段】 導波路型光変調素子は、基板１の上に、
有機材料からなるコア４と、コア４を挟んでその上下に
形成されたクラッド層（下部クラッド層３及び上部クラ
ッド層５）と、コア４及び上下クラッド層（下部クラッ
ド層３及び上部クラッド層５）に電界を印加する一対の
電極（下部電極２と上部電極６）とを有し、コア４は架
橋可能な官能基及び非線形光学活性基を有する高分子液
晶化合物を含有し、高分子液晶化合物を電場配向処理し
た後、架橋することにより形成される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用い、
光の強度又は位相を制御する導波路型光変調素子に関す
る。
光の強度又は位相を制御する導波路型光変調素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高速、大容量通信では、高速な応答性能
をもつ光スイッチの開発が求められている。従来この分
野では、LiNbO3等の無機の強誘電体結晶が代表的な材料
として検討されてきた。しかしながら、これらの材料で
は電気情報通信学会誌、第76巻、1306頁（1993）に報告
されているように強誘電体結晶の高い誘電率が光とマイ
クロ波との速度不整合をもたらし、その動作帯域を制限
している。
をもつ光スイッチの開発が求められている。従来この分
野では、LiNbO3等の無機の強誘電体結晶が代表的な材料
として検討されてきた。しかしながら、これらの材料で
は電気情報通信学会誌、第76巻、1306頁（1993）に報告
されているように強誘電体結晶の高い誘電率が光とマイ
クロ波との速度不整合をもたらし、その動作帯域を制限
している。
【０００３】一方、有機非線形光学材料を用いた導波路
型光変調素子が、その低誘電率を活かした広帯域動作に
適しているという報告がなされ注目されている。例え
ば、Applied Physics Letters、第60巻、1538頁(1992)
には、40GHzを超える動作帯域に及ぶ有機非線形光学材
料を用いた導波路型光変調素子が開示されている。ま
た、光・電子機能有機材料ハンドブック（朝倉書店、東
京、1995年）、434頁には、100GHzを超える広帯域動作
の可能性が示唆されている。しかしながら、有機非線形
光学材料として２次の非線形光学効果を発現するには、
非線形光学応答基を反転対称心を欠く構造に配置させる
必要がある。そのための方法として一般に電場による配
向処理（ポーリング ）が行われている。すなわち、ベ
ースとなるポリマーのガラス転移点以上の温度で高電圧
を印加することにより、２次の非線形光学効果を示す分
子又は応答基の双極子を配向させた後、冷却して形成さ
れた双極子の配向を凍結させる手法がとられている。そ
の結果、経時的又は熱的な構造緩和によりその配向特性
が徐々に失われ、非線形光学特性が低下するという問題
があった。
型光変調素子が、その低誘電率を活かした広帯域動作に
適しているという報告がなされ注目されている。例え
ば、Applied Physics Letters、第60巻、1538頁(1992)
には、40GHzを超える動作帯域に及ぶ有機非線形光学材
料を用いた導波路型光変調素子が開示されている。ま
た、光・電子機能有機材料ハンドブック（朝倉書店、東
京、1995年）、434頁には、100GHzを超える広帯域動作
の可能性が示唆されている。しかしながら、有機非線形
光学材料として２次の非線形光学効果を発現するには、
非線形光学応答基を反転対称心を欠く構造に配置させる
必要がある。そのための方法として一般に電場による配
向処理（ポーリング ）が行われている。すなわち、ベ
ースとなるポリマーのガラス転移点以上の温度で高電圧
を印加することにより、２次の非線形光学効果を示す分
子又は応答基の双極子を配向させた後、冷却して形成さ
れた双極子の配向を凍結させる手法がとられている。そ
の結果、経時的又は熱的な構造緩和によりその配向特性
が徐々に失われ、非線形光学特性が低下するという問題
があった。
【０００４】この問題を解決するにはガラス転移点が十
分に高い剛直な高分子材料を用いるのが有効である。Ma
terials Research Society Symposium Proceedings、第
328巻、511頁（1994年）にはベースとなるポリマーの候
補としてポリイミド等が挙げられている。しかしなが
ら、このような高いガラス転移温度を示す非線形光学高
分子材料を用いる場合には、その配向処理にガラス転移
温度以上の高温が必要になるため、基板、下部クラッド
層、コア等を損傷するという問題があった。
分に高い剛直な高分子材料を用いるのが有効である。Ma
terials Research Society Symposium Proceedings、第
328巻、511頁（1994年）にはベースとなるポリマーの候
補としてポリイミド等が挙げられている。しかしなが
ら、このような高いガラス転移温度を示す非線形光学高
分子材料を用いる場合には、その配向処理にガラス転移
温度以上の高温が必要になるため、基板、下部クラッド
層、コア等を損傷するという問題があった。
【０００５】また、特許第2865917号には、光学的に非
線形であるか又は中間相的性質の側鎖を持つ重合体にお
いて、重合体主鎖と反対側にある架橋基を光架橋により
結合する際に電場印加等によって配向作用を付与する方
法が開示されている。しかしながら、このような方法は
製造過程において装置が複雑になる等の問題を有してい
た。特開2000-81645号には、架橋性基としてグリシジル
基を側鎖末端に持つ共重合体において、そのガラス転移
温度以上で電場配向を行いながら熱架橋を施す方法が開
示されている。しかしながら、熱架橋に長時間かかる等
の製造上の問題が残されていた。
線形であるか又は中間相的性質の側鎖を持つ重合体にお
いて、重合体主鎖と反対側にある架橋基を光架橋により
結合する際に電場印加等によって配向作用を付与する方
法が開示されている。しかしながら、このような方法は
製造過程において装置が複雑になる等の問題を有してい
た。特開2000-81645号には、架橋性基としてグリシジル
基を側鎖末端に持つ共重合体において、そのガラス転移
温度以上で電場配向を行いながら熱架橋を施す方法が開
示されている。しかしながら、熱架橋に長時間かかる等
の製造上の問題が残されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、経時
的、熱的に安定な光学特性及び高速の応答性能を有する
有機非線形光学材料を用いた導波路型光変調素子を提供
することである。
的、熱的に安定な光学特性及び高速の応答性能を有する
有機非線形光学材料を用いた導波路型光変調素子を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、架橋可能な官能基及び非線形光学
活性基を有する高分子液晶化合物を電場印加により配向
させ、電場印加終了後も液晶配向が保持された高分子液
晶化合物を架橋することより配向処理に高温を必要とせ
ず、経時的、熱的に安定な光学特性及び高速の応答性を
有する非線形光学材料が容易に得られることを発見し、
本発明に想到した。
の結果、本発明者は、架橋可能な官能基及び非線形光学
活性基を有する高分子液晶化合物を電場印加により配向
させ、電場印加終了後も液晶配向が保持された高分子液
晶化合物を架橋することより配向処理に高温を必要とせ
ず、経時的、熱的に安定な光学特性及び高速の応答性を
有する非線形光学材料が容易に得られることを発見し、
本発明に想到した。
【０００８】すなわち、有機材料からなるコアと、前記
コアを挟んでその上下に形成された上部クラッド層及び
下部クラッド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に
電界を印加する一対の電極とを有する本発明の導波路型
光変調素子は、前記コアを形成する層が架橋可能な官能
基及び非線形光学活性基を有する高分子液晶化合物を含
有し、前記高分子液晶化合物を電場印加した後、架橋す
ることにより形成されていることを特徴とする。また、
上記構造を有する本発明の導波路型光変調素子は、前記
コアを形成する層が架橋可能な官能基及び非線形光学活
性基を有する高分子液晶化合物の架橋体を含有すること
を特徴とする。
コアを挟んでその上下に形成された上部クラッド層及び
下部クラッド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に
電界を印加する一対の電極とを有する本発明の導波路型
光変調素子は、前記コアを形成する層が架橋可能な官能
基及び非線形光学活性基を有する高分子液晶化合物を含
有し、前記高分子液晶化合物を電場印加した後、架橋す
ることにより形成されていることを特徴とする。また、
上記構造を有する本発明の導波路型光変調素子は、前記
コアを形成する層が架橋可能な官能基及び非線形光学活
性基を有する高分子液晶化合物の架橋体を含有すること
を特徴とする。
【０００９】架橋可能な官能基は紫外線照射により架橋
可能な官能基であるのが好ましい。また高分子液晶化合
物は下記一般式（I）:
可能な官能基であるのが好ましい。また高分子液晶化合
物は下記一般式（I）:
【化２】
（一般式（I）中、R1及びR2はそれぞれ独立して水素原
子又はメチル基を表し、L 1及びL2はそれぞれ独立して単
結合又は２価の連結基を表し、Mは２価の非線形光学活
性基を表す。ｍ及びｎはそれぞれモル分率を表し、ｍは
１〜100（％）、ｎは０〜99（％）を表し、ｍ＋ｎ＝100
（％）である。）で表される化合物であるのが好まし
い。
子又はメチル基を表し、L 1及びL2はそれぞれ独立して単
結合又は２価の連結基を表し、Mは２価の非線形光学活
性基を表す。ｍ及びｎはそれぞれモル分率を表し、ｍは
１〜100（％）、ｎは０〜99（％）を表し、ｍ＋ｎ＝100
（％）である。）で表される化合物であるのが好まし
い。
【００１０】有機材料からなるコアと、前記コアを挟ん
でその上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッ
ド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に電界を印加
する一対の電極とを有する本発明の導波路型光変調素子
の製造方法は、前記コアを形成する層を、(a) 架橋可能
な官能基及び非線形光学活性基を有する高分子液晶化合
物を含有する液晶組成物を前記下部クラッド層上に被覆
し、(b) 電場印加を行い、(c) 次いで前記高分子液晶化
合物を架橋することにより形成することを特徴とする。
でその上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッ
ド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に電界を印加
する一対の電極とを有する本発明の導波路型光変調素子
の製造方法は、前記コアを形成する層を、(a) 架橋可能
な官能基及び非線形光学活性基を有する高分子液晶化合
物を含有する液晶組成物を前記下部クラッド層上に被覆
し、(b) 電場印加を行い、(c) 次いで前記高分子液晶化
合物を架橋することにより形成することを特徴とする。
【００１１】
【発明実施の形態】[1] 導波路型光変調素子
図１に本発明の導波路型光変調素子の一例を示す。導波
路型光変調素子は基板１上に、有機材料からなるコア４
と、コア４を挟んでその上下に形成されたクラッド層
（下部クラッド層３及び上部クラッド層５）と、コア４
及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電極（下部
電極２及び上部電極６）とを有する。
路型光変調素子は基板１上に、有機材料からなるコア４
と、コア４を挟んでその上下に形成されたクラッド層
（下部クラッド層３及び上部クラッド層５）と、コア４
及び上下クラッド層に電界を印加する一対の電極（下部
電極２及び上部電極６）とを有する。
【００１２】(1) 基板
本発明に用いる基板は特に限定されないが、平坦性に優
れたものが好ましい。例えば、金属基板、シリコン基
板、透明基板等が挙げられ、導波路型光変調素子の形態
によって適宜選択可能である。金属基板の好ましい例と
しては、金、銀、銅、アルミニウム等の基板が挙げら
れ、透明基板の好ましい例としては、ガラス、プラスチ
ック（ポリエチレンテレフタレート等）等の基板が挙げ
られる。
れたものが好ましい。例えば、金属基板、シリコン基
板、透明基板等が挙げられ、導波路型光変調素子の形態
によって適宜選択可能である。金属基板の好ましい例と
しては、金、銀、銅、アルミニウム等の基板が挙げら
れ、透明基板の好ましい例としては、ガラス、プラスチ
ック（ポリエチレンテレフタレート等）等の基板が挙げ
られる。
【００１３】(2) 下部電極
基板１上に下部電極２が形成されている。下部電極２は
金属蒸着層、透明電極層等であってよい。蒸着する金属
の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等が
挙げられる。また、透明電極層の好ましい例としては、
インジウムスズ酸化物（ITO）、フッ素ドープスズ酸化
物（FTO）、アンチモンドープスズ酸化物等が挙げられ
る。基板１は下部電極２を兼ねていてもよい。
金属蒸着層、透明電極層等であってよい。蒸着する金属
の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等が
挙げられる。また、透明電極層の好ましい例としては、
インジウムスズ酸化物（ITO）、フッ素ドープスズ酸化
物（FTO）、アンチモンドープスズ酸化物等が挙げられ
る。基板１は下部電極２を兼ねていてもよい。
【００１４】(3) 下部クラッド層
下部電極２上に下部クラッド層３が形成されている。下
部クラッド層３を形成する有機材料は特に限定されない
が、ポリイミド、フッ素化ポリイミド等が好ましい例と
して挙げられる。
部クラッド層３を形成する有機材料は特に限定されない
が、ポリイミド、フッ素化ポリイミド等が好ましい例と
して挙げられる。
【００１５】(4) コア
コア４を形成する層は高分子液晶化合物を含有し、この
高分子液晶化合物を電場配向処理した後架橋することに
より形成される。コア４を形成する層は高分子液晶化合
物の架橋体とともに未架橋の高分子液晶化合物を含んで
いてもよい。高分子液晶化合物は、架橋可能な官能基と
非線形光学活性基を有する化合物であれば好ましく用い
ることができる。また架橋可能な官能基は紫外線照射に
よる架橋可能な官能基であるのが好ましい。本発明に用
いる高分子液晶化合物の好ましい例として下記一般式
（I）:
高分子液晶化合物を電場配向処理した後架橋することに
より形成される。コア４を形成する層は高分子液晶化合
物の架橋体とともに未架橋の高分子液晶化合物を含んで
いてもよい。高分子液晶化合物は、架橋可能な官能基と
非線形光学活性基を有する化合物であれば好ましく用い
ることができる。また架橋可能な官能基は紫外線照射に
よる架橋可能な官能基であるのが好ましい。本発明に用
いる高分子液晶化合物の好ましい例として下記一般式
（I）:
【化３】
（一般式（I）中、R1及びR2はそれぞれ独立して水素原
子又はメチル基を表し、L 1及びL2はそれぞれ独立して単
結合又は２価の連結基を表し、Mは２価の非線形光学活
性基を表す。ｍ及びｎはそれぞれモル分率を表し、ｍは
１〜100（％）、ｎは０〜99（％）を表し、ｍ＋ｎ＝100
（％）である。）で表される化合物が挙げられる。ここ
で、ｍは50〜100であるのが好ましく、70〜100であるの
が好ましい。
子又はメチル基を表し、L 1及びL2はそれぞれ独立して単
結合又は２価の連結基を表し、Mは２価の非線形光学活
性基を表す。ｍ及びｎはそれぞれモル分率を表し、ｍは
１〜100（％）、ｎは０〜99（％）を表し、ｍ＋ｎ＝100
（％）である。）で表される化合物が挙げられる。ここ
で、ｍは50〜100であるのが好ましく、70〜100であるの
が好ましい。
【００１６】L1及びL2の好ましい例としては、炭素数２
〜12のアルキレン基が挙げられる。L1及びL2は置換基を
有していてもよく、好ましい置換基としては低級アルキ
ル基、ハロゲン原子等が挙げられる。また、置換基を有
する炭素原子が不斉炭素となるときは、その立体配置は
R、S及びRSのいずれでもよい。
〜12のアルキレン基が挙げられる。L1及びL2は置換基を
有していてもよく、好ましい置換基としては低級アルキ
ル基、ハロゲン原子等が挙げられる。また、置換基を有
する炭素原子が不斉炭素となるときは、その立体配置は
R、S及びRSのいずれでもよい。
【００１７】Mで表される２価の非線形光学活性基とし
ては、例えば電子供与性部（あるいは基）と電子受容部
（あるいは基）を有する非局在化π電子組織から構成さ
れる２価の基が挙げられる。具体的には、Handbook of
Liquid Crystals、第３巻、第IV章（1998年）等に例示
されている非線形光学活性基が挙げられ、中でも以下に
示す基が好ましい。但し、本発明はこれらに限定される
わけではない。
ては、例えば電子供与性部（あるいは基）と電子受容部
（あるいは基）を有する非局在化π電子組織から構成さ
れる２価の基が挙げられる。具体的には、Handbook of
Liquid Crystals、第３巻、第IV章（1998年）等に例示
されている非線形光学活性基が挙げられ、中でも以下に
示す基が好ましい。但し、本発明はこれらに限定される
わけではない。
【化４】
【００１８】(5) 上部クラッド層
コア４を挟んで下部クラッド層３の上に上部クラッド層
５が形成されている。上部クラッド層５を形成する有機
材料は特に限定されないが、ポリイミド、フッ素化ポリ
イミド等が好ましい例として挙げられる。
５が形成されている。上部クラッド層５を形成する有機
材料は特に限定されないが、ポリイミド、フッ素化ポリ
イミド等が好ましい例として挙げられる。
【００１９】(6) 上部電極
上部クラッド層５上の全面又は一部に上部電極６が形成
されている。上部電極６を形成する材料は特に限定され
ず、例えば金、銀、銅、アルミニウム等を用いることが
できる。上部電極６はこれらの材料を蒸着した電極であ
るのが好ましい。
されている。上部電極６を形成する材料は特に限定され
ず、例えば金、銀、銅、アルミニウム等を用いることが
できる。上部電極６はこれらの材料を蒸着した電極であ
るのが好ましい。
【００２０】(7) 導波路
導波路としては光波工学（コロナ社、1988年発行）、第
７章、204頁に記載されている周知の導波路、例えば分
岐導波路型、マッハツェンダー型、方向性結合器型、交
差導波路型等を採用できる。中でも分岐導波路型、マッ
ハツェンダー型及び方向性結合器型が好ましい。図３〜
５にそれぞれ分岐型光変調器、マッハツェンダー型光変
調器及び方向性結合器型光変調器を示す。
７章、204頁に記載されている周知の導波路、例えば分
岐導波路型、マッハツェンダー型、方向性結合器型、交
差導波路型等を採用できる。中でも分岐導波路型、マッ
ハツェンダー型及び方向性結合器型が好ましい。図３〜
５にそれぞれ分岐型光変調器、マッハツェンダー型光変
調器及び方向性結合器型光変調器を示す。
【００２１】[2] 導波路型光変調素子の製造方法
本発明の製造方法を図１を参照して以下に説明する。シ
リコン樹脂等からなる基板１に電子線蒸着等により金属
蒸着層、透明電極層等の導電層を設けて下部電極層２を
形成する。次に下部電極層２上に高分子薄膜からなる下
部クラッド層３を形成する。高分子薄膜を形成する方法
は、高分子薄膜の材料そのものを塗布して乾燥する方
法、高分子薄膜の前駆体を塗布して適切な方法で高分子
化させる方法等を採用できる。塗布法としては周知の手
法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティ
ング法、ロールコーティング法、スピンコーティング
法、ディップコーティング法、バーコーティング法、ス
プレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷
コーティング法等を採用でき、特にスピンコーティング
法が好ましい。
リコン樹脂等からなる基板１に電子線蒸着等により金属
蒸着層、透明電極層等の導電層を設けて下部電極層２を
形成する。次に下部電極層２上に高分子薄膜からなる下
部クラッド層３を形成する。高分子薄膜を形成する方法
は、高分子薄膜の材料そのものを塗布して乾燥する方
法、高分子薄膜の前駆体を塗布して適切な方法で高分子
化させる方法等を採用できる。塗布法としては周知の手
法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティ
ング法、ロールコーティング法、スピンコーティング
法、ディップコーティング法、バーコーティング法、ス
プレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷
コーティング法等を採用でき、特にスピンコーティング
法が好ましい。
【００２２】下部クラッド層３上にコア４を形成するた
めの高分子材料からなる層（コア層）を形成する。コア
層は、(a) 架橋可能な官能基及び非線形光学活性基を有
する高分子液晶化合物を含有する液晶組成物を下部クラ
ッド層上に被覆し、(b) 電場配向処理を行い、(c) 次い
で架橋することにより形成する。
めの高分子材料からなる層（コア層）を形成する。コア
層は、(a) 架橋可能な官能基及び非線形光学活性基を有
する高分子液晶化合物を含有する液晶組成物を下部クラ
ッド層上に被覆し、(b) 電場配向処理を行い、(c) 次い
で架橋することにより形成する。
【００２３】液晶組成物の被覆方法は公知の方法でよ
く、例えば液晶組成物を溶剤に均一に溶解した塗布液を
用いて塗布する方法が好ましい。塗布方法は上記下部ク
ラッド層３で例示した方法を用いることができる。溶剤
は特に限定されないが、好ましい例としてはエステル系
溶剤（酢酸メチル、酢酸エチル等）、ケトン系溶剤（ア
セトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等）、
含ハロゲン溶剤（ジクロロメタン、クロロホルム等）、
これらの混合溶剤等が挙げられる。塗布液中の高分子液
晶化合物の濃度は塗布可能な濃度域ならば特に限定され
ないが、塗布液全質量に対し１〜60質量％の範囲にある
のが好ましく、５〜40質量％の範囲にあるのがより好ま
しい。塗布液には必要に応じて適切な重合開始剤、重合
禁止剤、光増感剤、架橋剤、液晶配向助剤等を添加して
もよい。添加剤の量は特に限定されないが、添加剤の総
量が塗布液全質量に対し30質量％以下であるのが好まし
く、15質量％以下であるのがより好ましい。
く、例えば液晶組成物を溶剤に均一に溶解した塗布液を
用いて塗布する方法が好ましい。塗布方法は上記下部ク
ラッド層３で例示した方法を用いることができる。溶剤
は特に限定されないが、好ましい例としてはエステル系
溶剤（酢酸メチル、酢酸エチル等）、ケトン系溶剤（ア
セトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等）、
含ハロゲン溶剤（ジクロロメタン、クロロホルム等）、
これらの混合溶剤等が挙げられる。塗布液中の高分子液
晶化合物の濃度は塗布可能な濃度域ならば特に限定され
ないが、塗布液全質量に対し１〜60質量％の範囲にある
のが好ましく、５〜40質量％の範囲にあるのがより好ま
しい。塗布液には必要に応じて適切な重合開始剤、重合
禁止剤、光増感剤、架橋剤、液晶配向助剤等を添加して
もよい。添加剤の量は特に限定されないが、添加剤の総
量が塗布液全質量に対し30質量％以下であるのが好まし
く、15質量％以下であるのがより好ましい。
【００２４】電場印加（電場配向処理）の方法として
は、直流電場を印加する方法、コロナ放電を利用する方
法等を用いることができ、コロナ放電を利用する方法が
好ましい。電場印加は、コア層を形成する高分子液晶化
合物が液晶相を呈する温度以上で行うのが好ましく、高
分子液晶化合物が液晶相を呈する温度以下で終了するの
が好ましい。
は、直流電場を印加する方法、コロナ放電を利用する方
法等を用いることができ、コロナ放電を利用する方法が
好ましい。電場印加は、コア層を形成する高分子液晶化
合物が液晶相を呈する温度以上で行うのが好ましく、高
分子液晶化合物が液晶相を呈する温度以下で終了するの
が好ましい。
【００２５】架橋反応には、熱、電磁波等による公知の
架橋法を採用でき、特に光重合開始剤を用いた紫外光に
よるラジカル重合が好ましい。架橋性基がエポキシ基の
場合には、ジアミン類の添加により熱架橋する方法を用
いるのが好ましい。架橋反応は、コア層を形成する高分
子液晶化合物が液晶相を呈する温度以下で行うのが好ま
しい。
架橋法を採用でき、特に光重合開始剤を用いた紫外光に
よるラジカル重合が好ましい。架橋性基がエポキシ基の
場合には、ジアミン類の添加により熱架橋する方法を用
いるのが好ましい。架橋反応は、コア層を形成する高分
子液晶化合物が液晶相を呈する温度以下で行うのが好ま
しい。
【００２６】得られたコア層に導波路を形成してコア４
を作製する。導波路は目的に応じてマッハツェンダー
形、交差形等、所望の形状にパターンニングして形成す
る。パターニング形成には周知の方法、例えばフォトリ
ソグラフィ、ドライエッチング等を採用できる。
を作製する。導波路は目的に応じてマッハツェンダー
形、交差形等、所望の形状にパターンニングして形成す
る。パターニング形成には周知の方法、例えばフォトリ
ソグラフィ、ドライエッチング等を採用できる。
【００２７】コア４及び下部クラッド層３上に高分子薄
膜からなる上部クラッド層５を形成する。上部クラッド
層５を形成する材料及び方法は下部クラッド層３を形成
する場合と同じでよい。
膜からなる上部クラッド層５を形成する。上部クラッド
層５を形成する材料及び方法は下部クラッド層３を形成
する場合と同じでよい。
【００２８】上部クラッド層５上に上部電極６を形成す
る。上部電極６は、まず上部クラッド層５上に熱、又は
電子線で金属を蒸着して上部電極層を形成し、次に上部
電極層をパターンニングして上部電極６の形状に形成す
る。パターニングには、フォトリソグラフィ、ドライエ
ッチング等を採用できる。
る。上部電極６は、まず上部クラッド層５上に熱、又は
電子線で金属を蒸着して上部電極層を形成し、次に上部
電極層をパターンニングして上部電極６の形状に形成す
る。パターニングには、フォトリソグラフィ、ドライエ
ッチング等を採用できる。
【００２９】以上の工程により得られた導波路型光変調
素子は、下部電極２を接地し、上部電極６への印加電圧
を変化させることにより、伝搬する光の位相を制御する
ことができる。本発明の導波路型光変調素子は配向処理
の温度及び印加電圧を低く抑えることができる。さら
に、コアの非線形光学活性基が架橋によりその配向が固
定されており、架橋後も液晶の配向性を保持することが
できるため、経時的、熱的に安定である。
素子は、下部電極２を接地し、上部電極６への印加電圧
を変化させることにより、伝搬する光の位相を制御する
ことができる。本発明の導波路型光変調素子は配向処理
の温度及び印加電圧を低く抑えることができる。さら
に、コアの非線形光学活性基が架橋によりその配向が固
定されており、架橋後も液晶の配向性を保持することが
できるため、経時的、熱的に安定である。
【００３０】
【実施例】本発明を以下に実施例よりさらに詳細に説明
するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００３１】実施例１
図２に示す構造の同波路型光変調素子を以下のように作
製した。まず、シリコン基板上にアルミニウムを電子線
蒸着し、下部電極２を形成した。下部電極２上にアクリ
ル系紫外線硬化樹脂をスピンコートし、紫外線照射（25
4 nm、10W/cm、10分）して硬化させ、膜厚10μmの下部
クラッド層３を形成した。下部クラッド層３上に下記の
高分子液晶化合物１を含み、以下に示す組成を有する塗
布液をスピンコートし、100℃においてコロナ放電（印
加電圧：１ｋV）により電場配向処理を行った。電場配
向後、100℃に保ち、紫外線照射（254 nm、10W/cm、２
分）を行った。得られたコア層にAppl. Opt.、第38巻、
966頁（1999年）記載の方法に準じてフォトリソグラフ
ィとドライエッチングを行ってパターン形成し、図２に
示す厚さ８μmのコア４を形成した。
製した。まず、シリコン基板上にアルミニウムを電子線
蒸着し、下部電極２を形成した。下部電極２上にアクリ
ル系紫外線硬化樹脂をスピンコートし、紫外線照射（25
4 nm、10W/cm、10分）して硬化させ、膜厚10μmの下部
クラッド層３を形成した。下部クラッド層３上に下記の
高分子液晶化合物１を含み、以下に示す組成を有する塗
布液をスピンコートし、100℃においてコロナ放電（印
加電圧：１ｋV）により電場配向処理を行った。電場配
向後、100℃に保ち、紫外線照射（254 nm、10W/cm、２
分）を行った。得られたコア層にAppl. Opt.、第38巻、
966頁（1999年）記載の方法に準じてフォトリソグラフ
ィとドライエッチングを行ってパターン形成し、図２に
示す厚さ８μmのコア４を形成した。
【００３２】コア形成用塗布液： 高分子液晶化合物１
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％） 高分子液晶化合物１
（20質量％）、トリメチロールプロパン トリアクリレ
ート（0.1質量％）、イルガキュア651（0.3質量％）、
メチルエチルケトン（79.7質量％） 高分子液晶化合物１
【化５】
【００３３】得られた下部クラッド層３とコア４の上か
らアクリル系紫外線硬化硬化樹脂をスピンコートし、紫
外線照射（254 nm、10W/cm、10分）して硬化させ、膜厚
15μmの上部クラッド層５を形成した。次に上部クラッ
ド層５上にアルミニウムを電子線蒸着により0.5μmの厚
さに積層し、信号電圧印加用の上部電極６をパターン形
成した。最後にダイサーによりチップ状に切り分け、端
面を研磨して導波路型光変調素子を得た。得られた素子
について電気光学効果の発現を確認した。さらにその効
果は６ヶ月後においても保持されていることを確認し
た。
らアクリル系紫外線硬化硬化樹脂をスピンコートし、紫
外線照射（254 nm、10W/cm、10分）して硬化させ、膜厚
15μmの上部クラッド層５を形成した。次に上部クラッ
ド層５上にアルミニウムを電子線蒸着により0.5μmの厚
さに積層し、信号電圧印加用の上部電極６をパターン形
成した。最後にダイサーによりチップ状に切り分け、端
面を研磨して導波路型光変調素子を得た。得られた素子
について電気光学効果の発現を確認した。さらにその効
果は６ヶ月後においても保持されていることを確認し
た。
【００３４】実施例２
コアのパターン形成において、マッハツェンダー型導波
路を形成した以外は実施例１と同様にして図４に示すマ
ッハツエンダー型光変調器を作製した。
路を形成した以外は実施例１と同様にして図４に示すマ
ッハツエンダー型光変調器を作製した。
【００３５】
【発明の効果】上記の通り、本発明の導波路型光変調素
子は、架橋可能な官能基及び非線形光学活性基を有する
高分子液晶化合物を非線形光学材料として用い、この高
分子液晶化合物を電場印加後、保持されている液晶配向
状態において架橋反応を行うので容易に製造することが
できる。得られた導波路型光変調素子はコアの非線形光
学活性基が架橋により固定されているので、経時的、熱
的に安定な光学特性及び高速の応答性能を有する。
子は、架橋可能な官能基及び非線形光学活性基を有する
高分子液晶化合物を非線形光学材料として用い、この高
分子液晶化合物を電場印加後、保持されている液晶配向
状態において架橋反応を行うので容易に製造することが
できる。得られた導波路型光変調素子はコアの非線形光
学活性基が架橋により固定されているので、経時的、熱
的に安定な光学特性及び高速の応答性能を有する。
【図１】本発明の一実施例による導波路型光変調素子の
模式断面図である。
模式断面図である。
【図２】本発明の一実施例による導波路型光変調素子の
模式斜視図である。
模式斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による導波路型光変調素子か
らなる分岐型光変調器の模式斜視図である。
らなる分岐型光変調器の模式斜視図である。
【図４】本発明の一実施例による導波路型光変調素子か
らなるマッハツェンダー型光変調器の模式斜視図であ
る。
らなるマッハツェンダー型光変調器の模式斜視図であ
る。
【図５】本発明の一実施例による導波路型光変調素子か
らなる方向性結合器型光変調器の模式斜視図である。
らなる方向性結合器型光変調器の模式斜視図である。
１・・・基板
２・・・下部電極
３・・・下部クラッド層
４・・・コア
５・・・上部クラッド層
６・・・上部電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H047 KA04 NA03 PA02 PA21 PA24
PA28 QA05 RA08
2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 DA08
EA04 EA05 EB04
2H088 EA45 EA46 EA47 GA06 HA10
MA10 MA11 MA16 MA18
2K002 AB04 BA06 CA14 DA07 DA08
DA14 EA08 HA02
Claims (5)
- 【請求項１】 有機材料からなるコアと、前記コアを挟
んでその上下に形成された上部クラッド層及び下部クラ
ッド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に電界を印
加する一対の電極とを有する導波路型光変調素子におい
て、前記コアを形成する層は、架橋可能な官能基及び非
線形光学活性基を有する高分子液晶化合物を含有し、前
記高分子液晶化合物を電場印加した後、架橋することに
より形成されていることを特徴とする導波路型光変調素
子。 - 【請求項２】 有機材料からなるコアと、前記コアを挟
んでその上下に形成された上部クラッド層及び下部クラ
ッド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に電界を印
加する一対の電極とを有する導波路型光変調素子におい
て、前記コアを形成する層は、架橋可能な官能基及び非
線形光学活性基を有する高分子液晶化合物の架橋体を含
有することを特徴とする導波路型光変調素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の導波路型光変調
素子において、前記架橋可能な官能基は紫外線照射によ
り架橋可能な官能基であることを特徴とする導波路型光
変調素子。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の導波路
型光変調素子において、前記高分子液晶化合物が下記一
般式（I）: 【化１】 （一般式（I）中、R1及びR2はそれぞれ独立して水素原
子又はメチル基を表し、L 1及びL2はそれぞれ独立して単
結合又は２価の連結基を表し、Mは２価の非線形光学活
性基を表す。ｍ及びｎはそれぞれモル分率を表し、ｍは
１〜100（％）、ｎは０〜99（％）を表し、ｍ＋ｎ＝100
（％）である。）で表されることを特徴とする導波路型
光変調素子。 - 【請求項５】 有機材料からなるコアと、前記コアを挟
んでその上下に形成された上部クラッド層及び下部クラ
ッド層と、前記コア及び前記上下クラッド層に電界を印
加する一対の電極とを有する導波路型光変調素子の製造
方法において、前記コアを形成する層を、(a) 架橋可能
な官能基及び非線形光学活性基を有する高分子液晶化合
物を含有する液晶組成物を前記下部クラッド層上に被覆
し、(b)電場印加を行い、(c) 次いで前記高分子液晶化
合物を架橋することにより形成することを特徴とする導
波路型光変調素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002076799A JP2003270685A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 導波路型光変調素子及びその製造方法 |
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| JP2002076799A JP2003270685A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 導波路型光変調素子及びその製造方法 |
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| JP2002076799A Pending JP2003270685A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 導波路型光変調素子及びその製造方法 |
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| JP (1) | JP2003270685A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008250258A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光制御素子 |
| WO2012077337A1 (ja) * | 2010-12-06 | 2012-06-14 | 日本電気株式会社 | 光信号制御装置及び光信号制御方法 |
-
2002
- 2002-03-19 JP JP2002076799A patent/JP2003270685A/ja active Pending
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| US9391710B2 (en) | 2010-12-06 | 2016-07-12 | Nec Corporation | Optical signal control device and optical signal control method |
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