JPH02113228A - 薄膜導波路素子 - Google Patents

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、薄膜導波路素子に関するもので、更に詳しく
は、非線形光学効果を用いた波長変換機能の付与、並び
に、分波、混合、偏光等の能動機能の付与に関する。

［従来の技術１ 従来、非線形光学効果を用いた波長変換機能を有する薄
膜導波路素子（非線形薄膜導波路素子）としては、モー
ド選択による位相整合を行うものや、チェレンコフ放射
による位相整合を行うものが知られている。これらの光
導波路となるコア層は、形状と屈折率が基板の材料に合
わせて設計され、フォトリソグラフィック法等で、半導
体、ガラス、無機化合物、プラスチック等の基板上に形
成されている。

また、単なる光の通路としての薄膜導波路素子を更に進
めて、薄膜導波路素子そのものに分波。

混合、偏光等の能動機能を与えて能動型薄膜導波路素子
とすることも検討されている。そのためには基板として
大きな電気光学効果を有するものが必要となり、例えば
ＬｉＮｂＯ３等の単結晶上に、Ｔｉ拡散もしくはＨ拡散
により先導波路を形成し、更に電極を設けて上記能動機
能を付与することが試みられている。

一方、新しい薄膜導波路素子として１国分等によって報
告された共振反射型薄膜導波路素子が知られている［「
アプライド・フィズイカル・レター（Ａｐｐｌ、　Ｐｈ
ｙｓ、　Ｌｅｔｔ、）　Ｊ　４９．１３（１９８Ｂ）］
　、この薄膜導波路素子の光導波路は、単一波長につい
て非線形光学効果の無いコア層を用いたものとなってい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に薄膜導波路素子は、屈折率の低い基板上に屈折率
の高い光導波路を形成することになるため、光導波路の
屈折率や形状に高い精度の制御が要求され、良好な光導
波路を簡便に低コストで形成することが困難である。特
に能動型薄膜導波路素子を得るためには、　ＬｉＮｂＯ
３単結晶等の高価な材料に対して上記高精度の先導波路
形成操作を行う必要があり、しかも形成操作上の制約か
ら十分な性能の能動型薄膜導波路素子を得ることは困難
である。

上述の不都合に加えて、モード選択により位相整合を行
う非線形薄膜導波路素子には、膜厚の制御が極めて厳し
く温度変化に対する補正も困難であるという問題がある
。また、チェレンコフ放射を用いた非線形薄膜導波路素
子は、温度変化による位相整合のずれを高調波の放射角
度の変化により行えるが、放射された高調波が三日月状
であるために光線の整形や集束が困難であるという問題
がある。

一方、従来の共振反射型薄膜導波路素子については、基
本波を導波するコア層におけるモードの制約が厳しいた
めに、入射効率が不十分となることがある。また、能動
機能化は困難であり、ＬｉＮｂＯ３基板のような電気光
学結晶を用いて能動化することも構成上無理がある。

［課題を解決するための手段及び作用］上記課題を解決
するための手段を説明すると、請求項第１項の発明では
、第１図に示されるように、基板ｌ上に、非線形光学効
果によって波長変換を行うコア層２と、コア層２より低
屈折率な第１クラッド層３と、第１クラッド層３より高
屈折率な第２クラッド層４とが積層されている薄膜導波
路素子としているものである。また、請求項第３項の発
明では、第３図に示されるように、基板ｌ上に、先導波
を行うコア層２と、コア層２より低屈折率な第１クラッ
ド層３と、第１クラッド層３より高屈折率な第２クラッ
ド層４とが積層されており、コア層２、第１クラッド層
３及び第２クラッド層４のうち少なくとも１つの層に高
分子材料が用いられている薄膜導波路素子としているも
のである。

上記請求項第１項の発明によれば、コア層２へ入射した
光を第１クラッド層３にて全反射するとともに、しみ出
した光が第２クラッド層４にて干渉を起こすことが可使
となり、コア層２への光の単一モード閉じ込めができる
。同時に、非線形光学効果を有するコア層２で波長変換
された高調波を第２クラッド層４もしくは別に設けた先
導波路へ放射させることにより、温度変化に対して安定
で良好な位相整合を行うことができる。また、コア層２
への基本波のとじ込め効率がよく、しみ出しが少ないた
めに、光パワー密度が向上し、波長変換効率が上昇する
。更に請求項第３項の発明によれば、電界、磁界、温度
変化、光等によって高分子材料の屈折率及び屈折率の異
方性を制御して、分波、スイッチング、モード変換等の
能動機能を得ることができる。

請求項第１項の発明におけるコア層２は非線形光学効果
を奏するもので、当該効果を奏する非線形光学材料で形
成することができる。この非線形光学材料としては、例
えば無機結晶、有機結晶、ガラス、半導体、高分子材料
等を挙げることができる。

（Ｂ２　Ｎ）２　ＣＯ 無機結晶としては、 例えばＬｉＮｂＯ３、 ＫＴｉＯＰＯ４ （ＫＴＰ） β−ＢａＢ２０４ 等がある。

有機結晶としては、 例えば次のようなものかあ る。

（以下余白） Ｈ２ ２Ｎ Ｙ＠３（ＨＣＯＯｅ）３ ８２ＰＯ４ｅ−Ｂ２０ ２Ｎ （！８） （２Ｂ） Ｌａｃｔｏｓｅ １／４０６Ｈ６ Ｄ Ｒ′ ＣＩ・・・（ｌ１４ａ） Ｆ３ ＣＨ・・・（８４ｄ） Ｒ′ 口 Ｒ′ Ｒ Ｒ′ ２Ｎ− ＨＣＯＭｅ ＯＨ ｅＯ− に （＋）ｐｓｅｕｄｏｅｐｈｅｄｒｉｎｅ（−）ｎｏｒｐ
ｓｅｕｄｏｅｐｈａｄｒｉｎｅｕ Ｎ ＯＨ・・・（７７ｄ） ガラスとしては、例えば５ｃｈｏｔｔ、　０Ｇ５９０等
のフィルターガラスを用いることができる。

半導体としては、例えばＧｄＳ、　ＧａＡｓ、　Ｓｉ等
を用いることができる。

高分子材料としては１例えばポリジアセチレン、ポリア
セチレン、ポリチオフェン等の他、後述する高分子液晶
のうちで非線形光学効果を有するものを用いることがで
きる。

マトリックスとなるガラス又は高分子材料に、大きな非
線形分子感受率を有する非線形光学材料を固溶体として
添加したものを塗布してコア層２を形成することで、コ
ア層２どなる薄膜の形成を容易化することもできる。非
線形光学材料のマトリックス中への導入は、共重合等に
よって行うことができる。このガラス又は高分子材料を
マトリックスとしたコア層２とした場合、含有される非
線形光学材料を配向させるか、高分子材料を配向させる
ことが好ましい。

上記マトリックスとして用いられるガラス又は高分子材
料は、非線形光学材料でなくともよく、前掲の物質の他
１例えば石英ガラス、ＰｂＯガラス、リン酸ガラス、　
Ｂ２Ｏ３ガラス、ポリエステル、ポリアミド、ポリアク
リレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポ
リ塩化ビニル、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリオレ
フィン等を用いることができる。

また、ガラス又は高分子材料のマトリックスに導入され
る非線形光学材料は、π電子系を有する骨格に電子供与
性基もしくは電子吸引性基の少なくとも一方を有する構
造のものが好ましく、具体的には以下のようなものがあ
る。

（以下余白） ０−ニトロアニリン ｐ−ニトロアニリン （Ｘ０＝　Ｉｏ、　Ｉ（ｈｏ、ＮＯ３°、　　ＣトＣＨ
−ＣＨＣＯＯ８ＣＲＯａ°、　ＢＦ４°、　Ｒｅ０４ｅ
、　ＣＨ：＋ＯＳＯ３ｅ）ＮＯ２ Ｉ３ 言 ｌ３ ポリーγ−ベンジル−し−グルタミ ン酸 請求項第３項の発明におけるコア層２は、必ずしも上述
した非線形光学材料で形成する必要はなく、非線形光学
効果の無い材料で形成することもできる。具体的には、
上記請求項第１項の発明におけるコア層２の前記マトリ
ックスとして用いられる材料のみで形成することもでき
る。

特にコア層、クラッド層として高分子液晶を用いること
は、能動導波路素子として電気光学効果、熱光学効果等
を用いる上で得られる効果が大きく低エネルギーで駆動
できるためすぐれている。

コア層２の厚みは、０．１〜１００Ｈが好ましい。

０．１μ朧以下では光が入射しにくく、１００％腸以上
では閉じ込めるためのモードが選択しにくくなる。

より好ましい厚みは、０．５〜２０終思である。

第１クラッド層３としては、コア層２および第２クラッ
ド層４よりも屈折率の低い化合物が用いられる。屈折率
差としてはｌＸｌ０−５よりも大きいことが望ましい。

ｌＸｌ０−５以下では温度差によって屈折率差が制御出
来なくなる。より望ましくはｌＸｌ０−３以上である。

厚みは、用いられる光の波長の１／１００より厚いこと
が望ましい、また、コア層２の光をとり出して有効に第
２クラッド層４もしくは他の光導波路へ導くためには、
用いられる光の波長の１０倍以下、好ましくは用いられ
る光の波長以下、より好ましくは用いられる波長の１／
２以下が望ましい。

第１クラッド層３に用いられる材料は、コア層２より憤
屈折率であればよく、無機物としては例えばＳｉＯ２，
ＭｇＦ、　ＴｉＯ２，ＧｅＯ２，５ｉ３ｅｓ、　Ａｊ）
２０３等が用いられる。また、高分子材料としては、例
えばポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、
ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリシ
ロキサン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド
、ポリペプチド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリス
チレン、ポリエチレン。

ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等が用いられる。これ
らは、用いられる基本波に対する吸収性が無いことが好
ましく、特に請求項第１項の発明では、発生する高調波
に対しても吸収性が無いことが好ましい。

請求項第１項の発明において更に望ましい第１クラッド
層３としては、コア層２へ入射される基本波の周波数に
おいては、コア層２よりも低い屈折率を有し、発生する
高調波の周波数においてはコア層２よりも高い屈折率を
有しているものである。これにより、発生した高調波を
さらに効率よく第２クラッド層４もしくは他の先導波路
へ入射することが出来る。

第２クラッド層４としては、第１クラッド層３と同様の
材料で、第１クラッド層３よりも屈折率の高いものが用
いられる。

第２クラッド層４の厚みは、用いられる光の波長よりも
大きいと、積層を行う場合に有利である。具体的には、
０．１終＠　−１００＃Ｌｍが好ましい。

０．１Ｈ４以下では干渉反射構造を効率よく選択しにく
く、１００１Ｌ厘以上では干渉反射構造の制御を十分に
行いにくい上に薄膜導波路素子の小型化に不利である。

また、請求項第１項の発明において、発生する高調波に
ついて第２クラッド層４を先導波路として用いる場合は
、高調波のとじ込め条件に合致するよう、厚みを調整す
ることが好ましい。

基板１としては、ガラス、プラスチック、無機結晶、半
導体、金属等が使用される。

コア層２内での光の拡りの防止は、光導波部分を矩形埋
め込み型とするか、リッジ部を設けるか、ストリップ装
荷を行うか、ストライプ状の第１又は第２クラッド層３
又は４を設けることによって行うことが出来る。

請求項第１項の発明の薄膜導波路素子は、第２図に示さ
れるように、多層化したものでもよい。

即ち、第２図においては１基板ｌ上に、第２クラッド層
４、第１クラッド層３、コア層２の順に積層され、その
上に更に第１クラッド層３′第２クラッド層４′、第１
クラッド層３′、コア層２′の順に積層されている。

例えば波数Ｗの入射レーザー光が上方のコア層２′へ入
射されると入射光は第１クラッド層３″および第２クラ
ッド層４′によってコア層２′に閉じ込められる。この
非線形光学効果を有するコア層２′にて発生した高調波
は、第１及び第２クラツド層３′、３″、４′を通して
下方のコア層２へ導びかれ、第１及び第２クラツド層３
，４によってコア層２に閉じ込められる。

請求項第３項の発明においては、コア層２、第１クラッ
ド層３及び第２クラッド層４のうち少なくとも１つの層
に高分子材料を用いることが必要で、これによって能動
機能を付与することができる。そのためには、高分子材
料が電気光学効果を有することが好ましく、特に高分子
液晶であることが最適である。尚、電気光学効果とは、
電界フレデリック転移、カー効果、ポッケルス効果等を
いう。

また、上記構成を請求項第１項の発明に対して適用すれ
ば、波長変換機能と同時に能動機能を付与することがで
き、特に請求項第１項の発明においてコア層２に高分子
材料を用いる場合、前述したマトリックスとして高分子
材料を用いればよい。

高分子液晶としては、ネマチック相、カイラルネマチッ
ク相、スメクチック相、カイラルスメクチック相、ディ
スコティック相等の液晶相を有する高分子液晶性化合物
が挙げられる。このような高分子液晶性化合物はコア層
２に用いられることで特に有効に機能を発揮する。

カイラルネマチック相、カイラルスメクチック相を有す
る高分子液晶性化合物としては、側鎖型高分子液晶性化
合物および主鎖型高分子液晶性化合物等を用いることが
できる。

側鎖型高分子液晶性化合物としては、下記の式に示すよ
うなものが挙げられる。（但し、式中零は不斉炭素中心
を示し、ｎ＝５〜１０００である）（以下余白） （＋２４） （＋５２＝２〜１５） （１２Ｅｌ） （組＝２〜１０） （Ｉ＋２＝２〜１５） （１３ｒ） ＣＨ３ −Ｇ　ＣＨ２−Ｃ→− 「 （鵬？＝　２〜１５） （ｍ２　＝　２〜１５） （ｍ２＝２〜１５） （ｘ＋ｙ−１、ｑ＝　１〜１０．Ｐ２＝　１〜１５）ま
た、カイラルネマチック相、カイラルスメクチック相を
有する主鎖型高分子液晶性化合物としては、例えば、メ
ソーゲン基とフレキシブル鎖および光学活性基からなり
、エステル結合、アミド結合、ペプチド結合、ウレタン
結合、エーテル結合等により高分子化された化合物が挙
げられる。

好ましくはエステル結合により高分子化された化合物で
ある。

メソーゲン基として用いることの出来る具体的な化合物
には、ターフェニルジカルボン酸、Ｐ−テレフタル酸、
ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、ス
チルベンジカルボン酸、アゾベンゼンジカルボン酸、ア
ゾキシベンゼンジカルボン酸、シクロへ午すンジカルボ
ン酸、ビフェニルエーテルジカルボン酸、ビフェノキシ
エタンジカルポン酸、ビフェニルエタンジカルボン酸、
カルボキシケイ皮酸等のジカルボン酸や、ハイドロキノ
ン、ジハイドロキシビフェニル、ジハイドロキシターフ
ェニル、ジハイドロキシアゾベンゼン、ジハイドロキシ
アゾキシベンゼン、ジハイドロキシジメチルアゾベンゼ
ン、ジハイドロキシジメチルアゾキシベンゼン、ジハイ
ド口キシビリダジン、ジハイドロキシナフタレン、ジヒ
ドロキシフェニルエーテル、ビス（ヒドロキシフェノキ
シ）エタン等のジオールや、ハイドロキシ安息香酸、ハ
イドロキシビフェニルカルボン酸、ハイドロキシターフ
ェニルカルボン酸、ハイドロキシケイ皮酸、ハイドロキ
シアゾベンゼンカルボン酸。

ハイドロキシアゾキシベンゼンカルポン酸、ハイドロキ
シスチルベンカルボン酸等のハイドロキシカルボン酸を
用いることが出来る。

フレキシブル鎖の原料としては、メチレングリコール、
エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオー
ル、ベンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジ
オール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジ
オール、ウンデカンジオール、ドデカンジオール、トリ
デカンジオール、テトラデカンジオール、ペンタデカン
ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコ
ール、テトラエチレングリコール、ノナエチレンゲリコ
ール、トリデカエチレングリコール等のジオールや、マ
ロン酸、こはく酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン
酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等のジカル
ボン酸を用いることが出来る。

光学活性基としては、２官能性のものが望ましい、具体
的には、 （÷）−３−メチル−１，８−ヘキサンジオール（−）
−３−メチル−１，６−ヘキサンジオール（◆）−３−
メチルアジビックアシッド（−）−３−メチルアジビッ
クアシッド（Ｄ）−マニト−）し　（Ｄ−＋ｗａｎｎｉ
ｔｏｌ）（Ｌ）−マニトール　（Ｌ−ｍａｎｎｉｔｏｌ
）（◆）−パントテン酸 （、）−１，２−４−トリハイドロキシ−３，３−ジメ
チルブタン （−）−１，２−プロパンジオール （÷）−１，２−プロパンジオール （十）−乳酸 （−）−乳酸 （２Ｓ　、５Ｓ）−２−メチル−３−オキサヘキサン−
１，５−ジオール （２Ｓ、５Ｓ、８Ｓ）−２，５−ジメチル−３，８−ジ
オキサノナン−１，８−ジオール 以上のようなメソーゲン基、フレキシブル鎖。

光学活性基を重縮合することにより、カイラルネマチッ
ク相、カイラルスメクチック相を有する主鎖型高分子液
晶性化合物を得ることができる。このとき触媒を用いる
ことで重合度を向上し、副反応等による不純物を低減す
ることが可能であるが、重縮合終了後は再沈法等によっ
て除去することが望ましい。

具体的には、以下の化合物を挙げることができる。

（以下余白） （１３Ｂ） （以下ｎ２＝５〜１０００） Ｒ３＝−ＣＨ３ＣＮ−＋ＣＨ２→−Ｒａ　＝　−ｆ　Ｃ
Ｈ２→−（ｘ＋Ｖ＝１．ｓ＋２＝２〜１５） （ｍ２＝２〜１５．ｘ＋ｙ＝　１） Ｒ１＝ ＣＨ３ −ＣＨ？ＣＨ２０Ｈ−ｅ　ＣＨ２→− （ｘ＋ｙ＝１．　　量？＝　２〜１５）Ｒ２＝　−ｆ　
ＣＨ２→− （ｘ＋ｙ＝　１．１２＝２〜１５） （ｓ３＝１〜５） （１４Ｂ） （１４？） （ｍ５＝０〜５） （腸５＝　θ〜５） さらにネマチック相 スメクチック相を有する 高分子液晶性化合物としては、 側鎖型高分子液晶性 性化合物および主鎖型高分子液晶性化合物等がある。

具体的には、 下記式に示す化合物が挙げられる。

ｍ＝１．ｎ＝２ Ｔｇ＝１１０℃、　ＴＣ１＝　１４０℃（’Ｊ１１ ＣＨ３ ｎ＝１〜１２ （１５Ｂ） ｘ＝　１〜１２．ｎ＝　１〜１２ ｎ＝ＣＨｚ−、ＣＴｏＯ−、ＣＲ−、Ｈ−ｘ＝３　、ｎ
＝３　、ｎ＝Ｈ− Ｔｇ＝５℃　ＴＣＲ＝１１４℃ ｘ＋ｙ＝１．０　　　　ｍ＝　１−１２ｘ＝０．１　　
、　ｙ＝０．９　　、　ｍ＝２Ｔｇ＝１１７℃、　ＴＣ
Ｒ＝１８４℃ ｎ＝１〜１８ ｎ　＝　８　　ＴＣＲ＝　２２０℃ ｍ＝文＝ｌ、ｎ＝１１ Ｔｇ＝３９℃　ＴＧＲ＝７４℃ 高分子液晶性化合物が室温以上にガラス転移点もしくは
融点を有する場合には、スイッチング等の制御のために
、−旦ガラス転移点もしくは融点以上に加熱してスイッ
チングした後、室温までもどすことで所望の導波状態と
することができる。

また、所定の温度に保持することによっても上記効果が
得られる。

高分子液晶は、前記高分子液晶性化合物に他の成分を加
えた高分子液晶組成物でもよく、この高分子液晶組成物
としては、例えば高分子液晶性化合物と低分子液晶性化
合物を混合し、加熱溶解もしくは共通溶媒に溶解するこ
とにより得られるものを挙げることができる。

高分子液晶性化合物ならびに高分子液晶組成物は単独で
フィルム状として用いても、支持基板にＭ層して用いて
もよい。

高分子液晶による薄膜形成は、高分子液晶を加熱溶融も
しくは溶媒に溶解させて液状とし、スピンコード法、キ
ャスト法、ディッピング法、バーコード法、ロールコー
ト法、グラビアコート法。

ドクターブレード法等によって、薄膜形成面に塗布する
ことで行うことができる。また、高分子液晶をストライ
プ状等にパターン化して塗布するには、スクリーン印刷
法やフォトレジストを用いたパターニング等を用いるこ
とができる。これらの方法は、高分子液晶以外の高分子
材料による薄膜形成にも使用される。

高分子液晶を用いて能動機能を付与する場合、水平配向
又は垂直配向処理を施しておくことが好ましい。

水平配向及び垂直配向処理としては、機械的な力による
延伸、ロール延伸、シェアリングや電場・磁場によるも
の、界面制御によるもの等がある。支持基板を用いる場
合には界面制御による水平配向又は垂直配向処理が特に
好ましい。

具体的な界面制御による水平配向処理としては次のよう
なものがある。

■ラビング法 基板上に溶液塗工法又は蒸着あるいはスパッタリング等
により、例えば、−酸化　素、二酸化　素、酸化アルミ
ニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウ
ム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物
、ホウ素窒化物などの無機絶縁物質やポリビニルアルコ
ール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイ
ミド、ポリパラキシレリン、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ
アミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂
、ユリャ樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物質を用い
て被膜形成した配向制御膜を設けることができる。

この配向制御膜は、前述の如き無機絶縁物質又は有機絶
縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード、布や
紙で一方向に摺擦（ラビング）する。

■斜方蒸着法 ＳｉＯ等の酸化物あるいはフッ化物又はＡｕ、　Ａｊ＋
などの金属およびその酸化物を基板の斜めの角度から蒸
着する。

■斜方エツチング法 ■で示した有機あるいは無機絶縁膜を斜方からイオンビ
ームや酸素プラズマを照射することによりエツチングす
る。

■延伸高分子膜の使用 ポリエステルあるいはポリビニルアルコール等の高分子
膜を延伸して得られる膜も良好な配向性を示す。

■グレーティング法 フォトリソグラフィーやスタンパ−やインジェクション
を使用して基板表面上に溝を形成することによってもＮ
液晶はその溝方向に配向する。

また、具体的な界面処理による垂直配向処理としては次
のようなものがある。

■垂直配向膜を形成する。

基板表面上に有機シランやレシチンやＰＴＦＥ等の垂直
配向性の層を形成する。

■斜方蒸着 斜方蒸着法で基板を回転させながら蒸着角度を適当に選
択することにより垂直配向性を与えることができる。ま
た、斜方蒸着後、■で示した垂直配向剤を塗布してもよ
い。

以上の配向処理において、各配向手段は、単独で用いて
も、２以上の手段を組み合わせて用いてもよい。

機能性付与のための高分子液晶以外の高分子材料として
は、例えばポリフッ化ビニリデン、Ｐ（ＶＤＦ−↑ｒＦ
Ｅ）共重合体等を用いることができる。

高分子材料を用いて機能性を付与する場合、第３図に示
されるように、上下に電極５ａ、　５ｂを設けることが
でき、この電極５ａ、　５ｂはパターン化することもで
きる。また、高分子材料を用いた先導波路の間に電極５
ａ、　５ｂを設けたり、断熱層や光吸収層を設けること
もできる。

請求項第３項の発明の場合にも、第４図に示されるよう
に多層化が可能である。第４図に示される電極５ａ、　
５ｂはマトリックス電極で、上方の電極５ａの下に低屈
折率干渉層６が設けられており、その下にコア層２が設
けられている。この上方のコア層２′は、低屈折率干渉
層６より十分高い屈折率を有し、第１クラッド層３″よ
り高い屈折率で第２クラッド層４′の厚みにより、共鳴
反射条件をとり、コア層２′内へ光をとじ込める。下方
のコア層２の上下に位置する第１クラツド層３′、３は
、コア層２の屈折率より低く、第２クラツド層４′、４
により共鳴反射条件をとり、下方のコア層２内へ光を閉
じ込める。さらに下方に電極５ｂがあり、上方の電極５
ａとの間で電圧を印加することにより、先導波路におけ
る導波を制御できるものとなっている。尚、１３は平坦
化層である。

［実施例］ 実施例１ ガラスの基板ｌ上に厚さ３０００ＡのＡｉ）を蒸着して
電極６ｂとし、５ｉＯｚを更に２＃Ｌ層蒸着した。更に
フッ化リチウムを１００ＯＡ蒸着したものへ、ポリメチ
ルメタクリレート樹脂へ４−アミノ−４′−ニトロビフ
ェニルを５重量％溶解したもののベンゼン溶液をスピン
コードして４糾脂の厚みとした。この素子ヘアルミ箔を
はり合わせて電極８ａとし、下部の電極５ｂとの間に３
００■の直流電圧を印加しつつ、１２０℃から室温まで
冷却して非線形光学効果のための配向を行った。

このようにして得られた薄膜導波路素子に、第１図に示
すようにしてレーザー光を入射した。

レーザー光源７としてＮｄ　：　ＹＡＧレーザ−（波長
１．０８４Ｂ）を用いて、集光レンズ８によって非線形
光学効果を有するコア層２へ導入した。このとき第２ク
ラッド層４から射出する光は対称的な形状をしており分
光器により分光したところ、５３２ｎｓの第２高調波が
検出できた。

尚、第１図において、９は変調装置、　１０は変調信号
発生装置である。

実施例２ ガラスの基板ｌ上に厚さ３０００ＡのＡＩ！を蒸着して
電極５ｂとし、更に５ｉ０２３μ鳳を蒸着した。更にＬ
ｉＦを５００ＯＡ蒸着したものへ、下記式（Ｉ）で示さ
れる高分子液晶のシクロヘキサノン溶液をスピンコード
して乾燥後、４終層の厚みとした。この素子のコア層２
へ第３図に示されるようにして８３０Ｂ層の半導体レー
ザーを入射したところ導波して出射端面より出射した。

このとき素子の出射端面以外からのもれ光はほとんどな
かった。

次に素子にアルミ箔を密着させて電極５ａとし、蒸着し
た１１層の電極５ｂとの間に１５０ｖの直流電圧を印加
しつつ、１２０℃まで昇温し、冷却した。この素子に前
記と同様に８３０Ｂ層の半導体レーザーを入射したとこ
ろ、大部分がもれ光として出射端面以外から放射された
。

尚、第３図において、８は集光レンズ、１１はスイッチ
ング領域、１２は電圧印加制御装置である。

（Ｉ） 実施例３ ガラスの基板１上に５ｉ０２３　ｐ、ｍを蒸着し、更に
ＬｉＦを５０００Ａ蒸着した。この基板１に実施例２と
同じ高分子液晶のシクロヘキサン溶液をスピンコードし
、乾燥後４μ−の厚みのコア層２を得た。

そのＥに５ｉ０２１　ｐ、ｍを蒸着した後、　ｐｔを５
０ＯＡ蒸着した。この素子に、第５図のように、端面か
ら、Ｈｅ−Ｍｅレーザーを集光レンズ８で集光してコア
層２に入射したところ、コア層２を導波して大部分が出
射光として射出された０次に、この素子を導波路に暇直
に１ｏｘｃの磁場が印加されるように設置して、磁場印
加状態で８３０ｎ鵬、１０層賃の半導体レーザーを照射
した。ふたたび端面よりＨｅ−Ｍｅレーザー光を入射し
たところ、大部分が分岐光として第２クラッド層４より
出射された。

尚、第５図において、３は第１クラッド層、６は低屈折
率干渉層、１１はスイッチング領域、１４はＩＲ吸収層
である。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明した通りのものであり、以下の効果
を奏するものである。

（１）本発明の薄膜導波路素子は共振反射型であって、
基板の制約が少なく、先導波路形成が容易であるために
、低コストで高性能なものが得られる。

（２）特に請求項第１項の発明によれば、非線形光学効
果を用いることにより、薄膜導波路素子での高調波の位
相整合が容易となり、かつ温度変化等に対して十分安定
な特性を得ることができる。また、得られる高調波は、
ビーム形状、位相状態が良好であり、更に整形して用い
る場合に極めて有効である。

（３）請求項第２項ないし第５項の発明のように高分子
材料を用いると、多層化、集植化が容易で、光集積回路
や三次元導波路素子を小型化・高性能化できる。また、
分波・放射・結合・スイッチング等を行う能動先導波路
素子を容易に得ることができる。特に請求項第４項又は
第５項の発明によれば、この能動機能の制御が確実とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の説明図、第２図は多層化の−例を示
す断面図、第３図は実施例２の説明図、第４図は多層化
の他の例を示す断面図、ｗ４５図は実施例３の説明図で
ある。 ｌ二基板 ２．２’：コア層 ３．３’、３”　：第１クラッド層 ４．４’：第２クラッド層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板上に、非線形光学効果によって波長変換を行う
   コア層と、コア層より低屈折率な第１クラッド層と、第
   １クラッド層より高屈折率な第２クラッド層とが積層さ
   れていることを特徴とする薄膜導波路素子。 ２）コア層、第１クラッド層及び第２クラッド層のうち
   少なくとも１つの層に高分子材料が用いられていること
   を特徴とする請求項第１項の薄膜導波路素子。 ３）基板上に、光導波を行うコア層と、コア層より低屈
   折率な第１クラッド層と、第１クラッド層より高屈折率
   な第２クラッド層とが積層されており、コア層、第１ク
   ラッド層及び第２クラッド層のうち少なくとも１つの層
   に高分子材料が用いられていることを特徴とする薄膜導
   波路素子。 ４）高分子材料が電気光学効果を有することを特徴とす
   る請求項第２項又は第３項の薄膜導波路素子。 ５）高分子材料が高分子液晶であることを特徴とする請
   求項第４項の薄膜導波路素子。