JPH0748097B2 - 電気光学コンポーネント及びその製造方法 - Google Patents

電気光学コンポーネント及びその製造方法

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JPH0748097B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は薄層中の光の伝導に関し、そしてより特には、
電気光学〔一般にe/oと称されている、以下“電気光
学”のことを“e/o"と略記する〕特性を有する媒体から
成り、電場の作用下で屈折率の変化が媒体中で起こり、
その結果として薄層中の光の伝導に影響を与えるような
かかる薄層を持つコンポーネントに関する。
更に本発明は上述の種類のコンポーネントの製造方法に
関する。
本発明は特に光IC技術の分野で利用できる。
〈従来の技術及び発明が解決すべき課題〉 前記の種類のコンポーネント自身は、例えば米国特許N
o.3695745、同No.3801185、ヨーロッパ特許出願No.0241
967、A1、同No.0149678 A1から知られている。それらは
e/o活性物質の実質上平坦な光伝導層を有し、そして更
に予め定められたパターンで該層の一方の側又は両側に
配置されており且つ（e/o活性では無く、非活性化状態
のe/o活性物質の屈折率に等しいか又はそれより低い屈
折率を有する）遮光又はバツフアー物質で場合によつて
はe/o活性層と離されている少なくとも２個の操作電極
を備えている。印加された電圧差によつて該電極間に電
場が発生し、この電場はそれが存在する限り、それらの
電極の間に誘起された電場の方向及び均一性の度合い及
びe/o物質の光軸の方向に従つて、e/o物質中に空間的な
屈折率プロフイル又はその中の変化を惹起する。電場の
作用がe/o物質中に空間的な屈折率プロフイルを誘起す
ることから、該プロフイルは選ばれた電極パターンに強
く左右される。米国特許No.3801185のようにその二つが
相互に並行であるか、又は米国特許No.3695745のように
一方が他方に重なつているような、協同操作を行ない、
即ちそれらの間に所望の電場に用必要な電圧差を所望の
方向で付加するための、直線の又は彎曲した通常ストリ
ツプ型の電極が知られている。更に米国特許No.3695745
及びヨーロッパ特許出願No.0241967 A1からe/o物質の平
面層の一方（上）の側にあるストリツプ型電極が該層の
他方（下）の側の全平面層にわたつて延びている電極と
協同操作することも知られている。
前述の種類の電極パターンによつて誘起された空間的屈
折率プロフイルは平坦な光伝導層中の光導波路として利
用でき、これに恒久的光導波路例えばガラスフアイバー
（光フアイバー）を接続できる。その性質からこれらの
e/o誘起性光導波路はスイツチオン及びスイツチオフで
きる。前記の特許から知られている電極パターンで得ら
れる所望の光導波路パターンは多くの場合多少楕円断面
を有する若干管状の性質を有している。断面図では屈折
率変化が中心領域で最大でありそして中心領域から離れ
るに従つて、誘起電場が全く又は殆んど影響を与えない
e/o物質の屈折率レベルに次第に減少するか、又は隣接
のe/o活性の無いバツフアー物質の屈折率レベルに飛躍
を持つて減少してゆくかしている。
誘起光導体の、特に光エネルギーの損失を考慮した光保
持性能は横方向の解像力〔lateral definition〕の性質
で左右され、この横方向の解像力（鮮明度、デイフニツ
シヨン、分解能とも言う）は断面図で見た時の光導体の
中心領域から周囲にある物質の屈折率のレベルに向つて
の屈折率の減少の急さの度合い又は飛躍の度合いを示す
ものである。横方向の解像力は電場自身か、又はe/o非
活性物質に隣接するe/o物質の境界面によつてきまる。
この解像力については頂部及び底部の境界面は通常問題
は無い、即ち10μｍの厚さの薄層では問題無い。
このオーダーの厚さのe/o物質の平坦層の両側の協同操
作用電極パターンによつて得られる電場は該境界面のす
ぐ両側にあるので、充分大きな屈折率飛躍が誘起され
る。然し平坦層自身の中に誘導された光導波路の両側横
方向の解像力は電場強度の推移とその減少してゆくその
均一さに専ら左右される。電場の強度の減少が光導体の
中心領域から離れるにつれてある減少率を常に有してい
る場合にはシヤープな屈折率遷移が達成できない。より
良い横方向の境界形成はe/o物質を遮光物質と横に隣接
させることで得られる。米国特許No.3801185及びヨーロ
ツパ特許出願No.0241967A1では、余分の細長いe/o物質
の隆起を平坦層の下に一体化して配置してシヤープな屈
折率飛躍を企図している、しかし境界の一部は電場の推
移によつて専らきまる。かかるe/o物質の横方向の境界
形成方法以外に、別に公知の光リトグラフ法を利用する
方法があり、この方法ではe/o物質を層として塗布し、
そしてその後、光導体として利用しない物質の部分をエ
ツチングで除去する。この方法が非常に複雑な手段を用
いる以外に、該エツチング除去された側面は光伝導に関
しては著しく大きな壁の粗さがある。隆起型光導体の彎
曲の外側カーブよりも大きなこの問題の解決策として、
ヨーロツパ特許出願No.149678A1は正確にきめた厚さの
耐熱性合成樹脂の特別上層でかかる隆起型光導体をカバ
ーし、壁の粗さの結果である光学的ロスを減少すること
を提案している。上記の解決策で殆んどの場合、該ロス
の充分な減少が達成できるこれから考える必要がある以
外に、この解決策を実行するには骨が折れる仕事があ
る。
米国特許No.3695745は更に、e/o物質の薄膜中の相互に
小さな間隔の２個以上又は２個以下の反射用の垂直並行
“壁”を光導波路中に形成するように誘起できるe/oコ
ンポーネントを開示している。これらの反射用“壁”は
e/o物質の両側に配置した２対のストリツプ型協同操作
用電極で発生される電場によつて誘起でき、この電場が
各対の電極間のe/o物質中に屈折率の減少を起すことが
できる。“壁”の間のe/o物質は全く又は殆んど電場の
影響を受けず、そして光導波路として利用できる。かか
る導波路の横方向の解像力は前述の場合の一つに対して
多少相補的であつて、結果として定性的に余り良くな
い。
ヨーロツパ特許出願No.241967A1から、平坦層の両側に
配置された２個の電極が協同操作される領域のe/o物質
は局部的に極化されることも知られている。これはコン
ポーネントがつくられた時にその領域のe/o物質がその
光学的配向を行なつたことを意味している。これはe/o
物質から成る極化可能なガラス状ポリマーを、未だガラ
ス軟化（転移）温度以上より高い状態にある時に外部電
場の作用下に置くと起る。電場は該協同操作電極を介し
て発生できる。該光学的配向はこれを冷却することによ
つて次に凍結される。該領域の外側では物質は等方性で
ありe/o不活性であり、その領域に誘起された光導波路
の横方向の解像力は、瞬間的に誘起された電場の推移又
はその誘起作用下で電場によつて物質が極化された
（“凍結された”）e/o活性の度合いの推移によつてき
められるものより良くはならない；これらはすべて極化
を惹起した電場に対応する瞬間的電場の度合いに依存し
ている。
要約すると、この公知の技術では以下のことが述べられ
ていると言うことができる、即ちe/o誘起屈折率遷移を
起した薄膜、特に光導波路を一時的に設定するのに用い
るような全反射用に利用する薄膜での光伝導についての
e/o効果を行なう場では、横方向の分解能は誘起用電場
か、e/o不活性バツフアー物質に隣接する境界面かによ
つて実質的に決定され、この境界面は比較的大きな壁の
粗さを持つて例えば公知のリトグラフ法で得られた。
これはいずれの場合もe/oコンポーネント中での好まし
からさる光エネルギーのロスを招来し、第２の場合では
ロスの形成がさらに複雑である。
〈課題を解決するための手段〉 本発明の目的は、公知の方法を利用した時よりもよりシ
ヤープなe/o誘起性屈折率遷移を実行する光伝導作用を
実施するための薄層中での光伝導用のe/oコンポーネン
トを提供すると共に、かかるコンポーネントの製造方法
も提供しようとするものである。本発明の更なる目的は
薄層中のe/o誘起性光導波路の横方向の解像力の向上法
を提供することである。
本発明は、ヨーロツパ特許出願No.0241967A1及びオラン
ダ特許出願No.8700787から知られた種類の極化可能な
（e/o活性を持つが未だ中性な）又は極化した（e/o活性
化された）ポリマー物質を、イオン化照射線を用いて照
射すると活性化できる又は極化によつて活性化されてい
るそのe/o活性が確実に失われるという発見を本発明は
利用している。この場合例えばマスクを用いた被覆を行
なうと平行光束を用いる選択的照射でシヤープな影が得
られ、これは当初の同一物質中でe/o活性領域又はこれ
から活性化できる領域からe/o不活性領域へのシヤープ
な遷移が起こることを意味している。この現象がこれ迄
知られているものよりシヤープなe/o誘起性屈折率遷移
を、特にかかるe/o物質を薄層として使用し該層中を光
波伝導させるコンポーネント中で明確に設定できる可能
性を与えた。
この目的に対し；本発明によれば、 電気光学活性領域を有するほゞ平坦な光伝導層と、 該層に対し予め定められたパターンで配置された少なく
とも２個のそして少なくとも部分的に協同操作される電
極、而して該電極間に電圧差を印加することによつて該
電極間に電気光学活性領域中に拡がり作用する電場が形
成可能である； とを有する電気光学コンポーネントであつて、 光伝導層がイオン化照射線下でその電気光学活性を破壊
できる物質から成り、選択的照射によつて、その中に電
気光学活性領域が予め（活性化可能な中性の又は活性化
された）オープンな状態（オープンな状態とは“活性化
可能な中性の状態と活性化されている状態の両方”を指
すものとする）で残されており、電極間に印加される電
圧の差が該オープンな状態で残された領域が被照射物質
と境を接している場所の両側の境界領域中に迄電場分布
を少なくとも誘起し且つその電場が高度の強度及び／又
は均一性を示すように電極が該残された領域に対して配
置されていることを特徴とする電気光学コンポーネント
が提供される。
このことはe/o活性領域が照射を受けた、e/o不活性領域
に変化する場所で、充分な強度及び／又は均一性の誘起
電場を構成することによつて、該境界領域中でシヤープ
な飛躍（段差）を持つ屈折率プロフイルを形成できるこ
とを意味する。誘起電場によつて境界の一方の側のe/o
活性領域の屈折率が変化し、一方、境界の他方の側e/o
不活性物質（の屈折率）が変化しない事実からこの飛躍
が起る。照射を受けた物質はもはやe/o活性を示さない
ので、かかる物質は照射されていないe/o活性物質とe/o
活性物質に対する電極の電極物質との間の遮光用バツフ
アー物質に利用できる。この目的のために電極をe/o活
性領域から離しておくために設けられているバツフアー
物質は、好ましくは平坦な光伝導層の被照射部分に属す
る。
e/o誘起性を薄層で利用する米国特許No.3801185に記載
された光導波路の横方向の解像力の向上に本発明を利用
する場合には、本発明によるe/oコンポーネントは好ま
しくは電極が層の一方の側、即ち上側に配置されてお
り、そしてオープンな状態で残されたe/o活性領域がe/o
誘起性光導波路パターンを有しており、そして層の上に
垂線を立てて上側から見たe/o活性領域が協同操作用ス
トリツプ型電極と側面で接しているように見える構成で
ある。
ヨーロツパ特許出願No.0241967 A1で知られるような、
薄層中でe/o誘起性である光導波路の横方向の解像力の
向上に本発明を用いる場合には、本発明によるe/oコン
ポーネントは好ましくは、電極が光伝導層の上側と下側
の両側に配置されており、オープンな状態で残されたe/
o活性領域がe/o誘起性光導波路パターンを有しており、
層の上に垂線を立てて上方から見たe/o活性領域が対応
するパターンのストリツプ型電極で被覆されるように見
える構成である。
本発明によるe/oコンポーネントを製造するために、層
中にオープンな状態で残されたe/o活性領域がその層に
対して横方向で、照射された領域と実質上垂直な境界面
を有しており、層の上に垂直を立てて上側から見ると層
の上側に配置された電極の輪郭とオープンな状態で残さ
れたe/o活性領域の輪郭とが少なくとも部分的に一致し
ているのが好ましい。この利点は、マスクを利用する選
択的照射の際に、同一の又は相補的マスクが選択的照射
用と電極パターン構成用とに使用できることである。電
極パターン自身がシヤープな形状になつていれば、かか
るパターンが選択的照射用にも利用できる。マスク選択
の自由度が該e/oコンポーネントの製造プロセスのフレ
キシビリテイーを増している。
シヤープなe/o誘起性屈折率遷移はスイツチング目的に
好適であつて、この場合ある角度で入射する光信号にか
かる遷移で回折又は反射を与える作用を起こすように利
用される。この目的では、本発明の好ましい態様の光伝
導層はオープンな状態で残されたe/o活性領域と該境界
領域で接続されている少なくとも１の恒久的光導波路を
有している。
オランダ特許出願No.8702804から、スイツチの目的で恒
久的光導波路を接続するためには、中性の、極化可能な
光伝導用ポリマー層中に極部的極化を与えて、その中の
作動領域を全反射屈折率遷移を誘起でき、そして再びと
り去る必要があることが知られている。この誘起及び除
去プロセスは作動領域を極化しないこと及び再び極化す
ることで起こり、この場合ポリマー軟化温度以上の局部
加熱を短時間行ない、その間に極化用電場を設定する
か、設定しないかする。かかる屈折率励起は分子再配向
（カー効果）にもとづくものであり、従つて電子応答
（ポツケルス効果）によつて専ら起こるe/o活性による
ものよりもはるかにゆつくりと実施できる。更に、この
場合、屈折率遷移のシヤープさは作動領域を極化した電
場の推移によつて完全にきまる。本発明による光スイツ
チとしてのe/oコンポーネントは好ましくは光伝導層が
少なくとも３の恒久的光導波路を有しており、これらは
オープンな状態で残されているe/o活性領域と該境界領
域で接続されており、且つ恒久的光導波路の１を通つて
入射する光信号について全反射屈折率遷移を誘起でき、
且つ屈折率遷移誘起用電場が存在する場合と無い場合
に、他の恒久的光導波路の１がその光信号を受取つてさ
らに伝播してゆくような角度で接続されていることを特
徴とする。
“選択的照射”の概念にはポリマー物質を２以上の干渉
照射ビームにあてることも包含されており、これらは物
質中に干渉パターンを起こす。これはほぼ周期的な構造
をポリマー物質中に、例えばe/o誘起性バーのために、
持込む利点がある。
本発明は又、平坦な光伝導薄膜中にe/o活性領域を導入
するための上述のe/oコンポーネントの製造方法であつ
て選択的イオン化照射で、好ましくは紫外光を用いて、
平坦な光伝導層中にe/o活性領域をオープンな状態で残
してこの導入を実施することを特徴とするe/oコーポネ
ントの製造方法に関する。
更に平坦な光伝導層中にオープンな状態で残されたe/o
活性領域が電極パターンを配置するのにも使用されるマ
スクを用いた選択的イオン化照射で得られるのが好まし
い。
最後に本発明は本発明による上述のe/oコンポーネント
製造に便利に利用できる半製品に関する。かかる半製品
は下側で基板に支持されており、且つ上側に遮光用第１
バツフアー層を備えたほぼ平坦な光伝導層より成る。本
発明によるかかる半製品は、光伝導層がイオン化照射下
で破壊できるe/o活性を有する物質から成り、該層が照
射されていない該物質の第１サブ層と、照射を受けた該
物質から成り第１バツフアー層を形成している第２層を
有することを特徴とする。
前述の型の半製品は更に第２遮光バツフアー層を有して
おり、これは光伝導層と基板の間に配置された電極で光
伝導層から離れている、第２のバツフアー層は好ましく
はこれも照射された該物質から成る。かかる半製品は必
要なプロセスが常に上方から本発明に従つて実施でき本
発明によるe/oコンポーネントをつくるのに大きな利点
を有する。
利点を要約すると、本発明はシヤープな横方向解像力を
持つて所望のパターンで平坦な層中にe/o（活性）領域
を与え、その上では電場の横方向への拡がりが何の影響
もないという可能性を与える。電極の巾は横方向の解像
力にとつてもはや臨界的では無い。薄層中にe/o領域を
設定するための製造方法もかなり簡単である。遮光用バ
ツフアー層も簡単に配置できる。
本発明を例示する態様についての以下の説明では、特に
ヨーロッパ特許出願No.0241967A1及びオランダ特許出願
No.8700787から知られている種類の有機ポリマーを平坦
な薄い光伝導層用の物質として使用するものとする。か
かるポリマーはe/o側鎖を持つた例えばPMMA又はポリウ
ムタンの様な骨格（“バツクホーン”）を有し、これら
はポリマーが軟化状態、換言すればガラス軟化温度以上
の温度、に未だある時に外部電場によつて指向させるこ
とができる又は“極化可能な（poleable）”な双極子モ
ーメントを有している。冷却し電場をかけたままにして
おくとこの“極化”は保持され、当初の状態でこの物質
に光学配向を付与するように凍結される。その結果、こ
の物質は同時に方向性の無い光学的等方性（即ち中性）
状態から物質がe/o活性な状態となる。極化可能なポリ
マー物質のかかる層は例えばその全体にわたり薄膜に垂
直に配向された電場によつて極化でき、この電場は薄層
の両側にある平坦電極の間で発生され、ポリマー物質の
破壊電圧よりも僅か低い薄層をよぎる電圧差（極化電
圧）を有している。薄層の一方の側又は両側の適切に選
ばれたパターンを持つ協動電極の間に発生する（薄膜に
必ずしも直交する様に配向される必要の無い）電場を用
いて局部的極化も可能である。かくして薄膜中で得られ
たe/o活性領域は、この様な物質の高いe/o係数にかんが
み（ヨーロツパ特許出願No.0241967A1参照）、極化電圧
の1/10程度低いような）電場形成用の電極間の比較的低
い電圧下で作動できる。1V/μｍでΔｎ＞0.005の屈折率
の変化が知られているので、層の厚さが１−10μｍのオ
ーダーで例えばある時は、５−10Vの操作電圧を使用で
きる。屈折率の変化は正とも負ともなり得る。極化電圧
に対応する符号を持つ操作電圧の場合はΔｎ＞０であ
り、逆の符号を持つ操作電圧の場合にはΔｎ＜０とな
る。実験によればe/o側鎖を持つかかるポリマーをイオ
ン化照射線例えば紫外光で照射すると、これの側鎖が確
実に破壊され、そして結果的にe/o効果が無くなること
が判明した。この破壊は極化した物質並びに未極化物質
について起り、これは極化と選択的照射が互換性ある方
法であることを意味している。さらに中性状態にある
か、又は瞬間的に存在する電場で物質がe/o活性化され
ていない状態の物質の一つについて屈折率の小さな変化
（減少）が起こる。（“マスク調節"KS−MJB3HP、200W
高圧水銀灯を用いる）紫外光で照射したポリウレタン骨
格を持つポリマーは； −Δｎ＝0.1の大きさのオーダの屈折率の変化； −130℃で約１μm/h及び20℃で約1/2μm/hの平面層中へ
の破壊作用の貫通速度、いずれも約１μｍの遷移帯を有
している； −マスクを用いた選択的照射下で10μｍ迄の層厚を持つ
0.1−0.2μｍの解像力を持つ極めてシヤープな影の生
起； −使用した紫外光に対してポリマーが透明のままである
こと；を示した。
本発明はイオン化照射下で先述の種類の作用を、即ちか
かる物質の薄層主として平坦な層中での光の伝播に影響
を与えるためにシヤープなe/o誘起性屈折率変化を得る
ために、 （ｉ）e/o活性の破壊、及び （ii）シヤープな投影、を持つ光伝導性ポリマー物質の
用途を有している。これらはすべて適切な選択でのe/o
物質の選択的照射と誘起用電場を発生する部材を、e/o
活性物質とe/o非活性物質の間の境界線の両側の少なく
とも周辺領域に配置し、この境界線は該選択的照射で得
られ、電場が高度の均一性及び／又は強度を示すように
することを組合わせることで実現される。照射で不活性
化した物質はこの場合、電極物質とe/o活性物質との間
の遮光バツフアー物質としても利用できる。
以下に本発明を利用した３つの実施例を説明する。その
２つは薄層中でのe/o誘起性光導波路の横方向の解像力
を目的とするもので、残りの１つは薄層中でのe/o誘起
性光リフレクターを目的とするものである。本発明の説
明を行なうために図１を用いて説明する。図１はそれを
用いて本発明による電気光学（e/o）コンポーネントを
つくることができる半製品で、その中に既に本発明が利
用されている半製品の構造である。
図１（ａ）は例えばガラス又は、SiO2上層を持つSi−ウ
エーハの基板１と、この基板１上に有機の極化可能な又
は極化ガラス状ポリマーでそのe/o活性がイオン化照射
線例えば紫外線で破壊できるポリマーの光伝導層２から
成る半製品を示す。光伝導層２は、イオン化照射線に対
して透明である、第１のバツフアー層３を有し得るし、
そしてこの層は例えば別に該バツフアー層に塗布したSi
O2又はポリスチレンの層を有していても良く、又は本発
明によつてはつきり規定された貫通深度の紫外光で該ポ
リマーの光伝導層を照射しても得られる。この場合当初
の光伝導層は図の２と３の層を形成する。該バツフアー
層の利点は層を塗布するの必要な工程を１つ少くして半
製品を製造できることである。外層を塗布するよりも照
射を行なう方が一般に簡単である。
図１（ｂ）は図１（ａ）の基板、光伝導層２及び場合に
よつてある第１バツフアー層３だけで泣く、基板１のす
ぐ上にそしてその全面にわたり伸びることもできる例え
ばアルミニウム又は金の第１電極４と、第１電極を光伝
導層２から離している第２バツフアー層より成る半製品
を示している。第１バツフアー層３と全く同様に、第２
バツフアー層５も光伝導層２の物質と異なるものである
バツフアー物質か、又は照射されたガラス状ポリマーか
ら成ることができる。後者の場合、この層５は例えば別
の工程で製造時に塗布されて次に光伝導層よりも前に完
全に照射することができる。別の可能な方法は、基板１
と第１電極４がイオン化照射線に対して透明な物質でつ
くられている時は、光伝導層２を下側から照射して第２
バツフアー層５を得る。
図１の半製品は本発明によりe/oコンポーネントを製造
するのに抜群に適している。大きな利点はかかる半製品
の構造に影響を与えずにその目的に必要なすべての工程
を半製品を上方から及び頂部に実施できることである。
該工程とは照射によつて第１バツフアー層３を構成する
ことを意味するだけで無く、これが必要によつてe/oコ
ンポーネントの製造相２に迄延期できることも意味し、
このことは結果的にその相で光伝導層の厚みをその層に
接続する例えばガラスフアイバーの寸法に充分に調節で
きるという利点を有する。
図２は本発明によるe/o誘起性光波伝導用コンポーネン
トの構造の断面図をＸ−Ｙ面で略図的に示している。こ
の構造は対応する層を対応して付番して図１（ａ）の半
製品からつくつたと考える。マスクの助けを利用した上
方からの選択的照射で、垂直な境界面Ａ及びＢを有して
いる極化可能のままになつているポリマーの非照射スト
リツプ型領域2.1が光伝導層２中にオープン状態で残さ
れている。次にバツフアー層３に例えばアルミニウム又
は金製の２個のストリツプ型電極６及び７を取付け、そ
の中で少なくとも相互対向縁6.1と7.1は平行に走つてい
る。これらのストリツプ型電極は、上から見ると、スト
リツプ型領域2.1の側面に位置するように、境界面A1−B
1（１点破線）で領域2.1の横方向の境界となつている場
合には若干オーバラップするか、又はA2−B2（破線）の
境界面での横方向の境界に密に隣接しているか、又はA3
−B3（点線）の境界面での横方向の境界の場合に少し間
隔をおいているように、配置されている。１対の境界面
Ai−Bi（ｉ＝1,2又は３）は好ましくは平面に対して対
称に位置し、電極の縁6.1及び7.1が等距離で平行であつ
て、領域2.1中に誘起された光導波路のためにできるだ
け境界面Ai−Bi対の間のストリツプにわたつて誘起電場
を適切に分割するようにする。層２及び３中で均一で無
い電場を起こす電圧が接点８及び９を介して電極６と７
の間に印加される。矢印は該電場のフラツクの線の方向
を示している。図２のコンポーネントでは、層２の選択
照射後に取付けられている電極６及び７を用いて、オー
プン状態に残された極化可能ポリマーの領域2.1の極化
が好ましくは局部的に起こる。電極６及び７の巾及び
（極化によつて現在e/o活性である）非照射領域2.1に対
する電極の位置の選定は、一つには光伝導層２の厚みと
場合によつては存在するバツフアー層３の厚みに、その
一方では誘起すべき導波路の所望の寸法とそして場合に
よつては層中に誘起される別の導波領域の所望の寸法に
よつてきまる。電極６及び７がe/o活性領域2.1に対して
オーバラップした位置は（境界面A1−B1が近いので）電
極の縁6.1及び7.1をシヤープにきめる必要が無いという
利点がある。もしあつてもこれから生じた誘起（電場）
の不規則さは主としてバツフアー層３中に生じるので、
e/o誘起された導波路の屈折率のプロフイルには何んの
影響も無い。上から見た電極６及び７の位置が、（境界
面A2−B2又はA3−B3の近くで）e/o活性領域2.1に対して
オーバラツプしていない時は第１バツフアー層３を無く
しても、電極がe/o活性領域2.1に直接接触しておらず、
３を無くすることができる利点があり、この場合が図２
（ｂ）に示してある。更なる利点はe/o領域2.1が最大の
電気フラツクス密度を有する領域からより良く構成さ
れ、そしてより良いe/o誘起性作動が保証されることで
ある。
電極６及び７の縁6.1及び7.1がそれぞれ境界面A2及びB2
と同一の面にある場合は、先に光伝導層２の選択的照射
に使用したものと（使用する配置方法によつて）、同様
な又は相補的マスクを用いて電極６及び７が配置できる
という利点がある。電極６及び７がシヤープな形状であ
れば、電極６及び７を配置してから、それらをマスクと
して使用して選択化照射を（その後に）行なうこともで
きる。
極化に適切な符号を有し、接点８及び９を用いて電極６
及び７に印加される操作電圧は電場を発生させ、これが
e/o活性領域2.1中の境界面Ai−Bi内に、ストリツプ型電
極６及び７が伸びている全長にわたつての屈折率の変化
を誘起し、そしてシヤープにきめられた横方向に保持さ
れている（基板１と第１バツフアー層３の間、又は電極
６及び７の間の媒体に水平に、そして境界面Ai−Biに垂
直に保持されている）e/o誘起光導波路形成する。図３
（ａ）及び（ｂ）はその屈折率プロフイルを定性的に示
す。図３（ａ）は光伝導層２を通る線に沿つてＸ＝一定
の場合であり、図３（ｂ）はe/o領域2.1を通る光伝導層
２に直角な線に沿つてＹ＝一定の場合である。
この図では以下の略号が与えられている。
n2＝光伝導層２の（被）照射領域の屈折率； n0＝誘起電場の無いe/o領域の屈折率； ne＝誘起電場のあるe/o領域の屈折率； n1＝基板１の屈折率； nc＝第１バツフアー層又は電極６及び７の間の別の隣接
上層の屈折率； Ai＝境界面AiのＹ値； Bi＝境界面BiのＹ値； １−２＝基板１と光伝導層２との間の遷移のＸ値； ２−３＝光伝導層２と第１バツフアー層（又は電極６、
７間の別の隣接上層）との間の遷移のＸ値； 図３（ａ）のAi−Bi間及び図３（ｂ）の１−２と２−３
間の屈折率プロフイルの彎曲は誘起電場の不均一性のた
めである。プロフイルの急変（飛躍）はe/o活性領域2.1
とe/o非活性領域との間のシヤープな遷移を示す。
図４はヨーロツパ特許出願No.0241967A1で知られており
本発明を利用して横方向の解像力を改良してある光波e/
o誘起性伝導用コンポーネントの構造をＸ−Ｙ面で略図
的に示す断面図である。この解像力は図１（ｂ）による
半製品に由来すると考えられる。この場合、対応する層
は対応して付番されている。マスクを使用する上方から
の選択的照射によつて、極化可能なポリマー又は極化さ
れたままのポリマーの垂直境界面Ｃ及びＤのある非照射
のストリツプ状領域2.1は、光伝導層２中に再びオープ
ン状態で残されている。エツジ11.1及び11.2を持つスト
リツプ型電極11がバツフアー層３上に上から見ると少な
くとも領域2.1が、境界面C1−D1で領域2.1の横方向の境
界では若干オーバーラップしているか又は境界面C2−D2
で横方向の境界では重なり合わずにきちんとなるような
位置に配置されている。
接点12、13を用いて、電極４、11間に電圧が印加でき、
この電圧は層２、３及び５に電場をつくり出し、この電
場は境界面C1−D1間の領域では均一な殆んど均一であり
そしてこの領域の外側では次第次第にゆつくりと消え
る。矢印14はその電場のフラツクのラインの方向を示
す。
電極４と選択的照射に先立つて既にバツフアー層３上に
一時的に配置されていた平面型電極との間の極化電圧に
よつて、光伝導層２を形成する物質の極化が全体的に起
り得るが、ある場合には（例えば反対に向いた光学的配
向を持つe/o活性領域が光伝導層の別の場所で必要な場
合には）、ここでは電極11を配置して後に同一の方法
で、即ち層２の選択的照射後に、好ましくは局部的に極
化させる。電極11の巾はオープン状態で残されているe/
o活性領域2.1の巾に少なくとも等しい。上から見てC1−
D1境界面を越えてe/o活性領域2.1外へオーバラツプして
いる場合のより広い巾の時は、電極11のエツジ11.1及び
11.2をシヤープにきめる必要が無という利点がある。も
しこれから不規則さが生じるとしても、e/o活性領域2.1
の外側の誘起電場中であつて、従つてそのe/o活性領域
2.1の内側にe/o誘起された導波路の屈折率プロフイルに
はなんの影響も無い。領域2.1の巾に無しい、即ちエツ
ジ11.1及び11.2が境界面C2とD2にそれぞれ重なる電極11
の巾の選択は、非照射領域2.1を得る前に実施された光
伝導層２の選択的照射に用いたのと同様の又は相補的な
マスクを用いて、第１バツフアー層３上に電極11を塗布
又は配置できるという利点がある。シヤープに形状を与
えた電極11の場合には、マスクの役をするその電極11を
配置して後に選択的照射をここでは行なうことができ
る。極化電圧に対応する符号を有し、接点12と13から電
極４と11の間に印加された操作電圧は電場を発生させ、
これがe/o活性領域2.1中の境界面Ci−Di（ｉ＝１又は
２）内に、上にストリツプ状電極11が伸びているe/o活
性領域2.1の全長にわたつて屈折率の変化を誘起し、そ
の結果、極めてシヤープに規定され横方向に保持される
（２バツフアー層３と５の間に水平に、そして境界面Ci
−Diの間に垂直に保持される）e/o誘起光導波路を生ず
る。
図５（ａ）及び（ｂ）は図４に示した構造を持つe/o誘
起光導波路の屈折率プロフイルを定性的に示す。図５
（ａ）は光伝導層２を通る線に沿つてＸ＝一定の場合で
あり、そして図５（ｂ）はe/o領域2.1を通る光伝導層２
に直角な線に沿つてＹ＝一定の場合である。この図では
次の略号を用いる： n2＝光伝導層２の（被）照射領域の屈折率； n0＝誘起電場の無いe/o領域の屈折率； ne＝誘起電場のあるe/o領域の屈折率； Ci＝境界面CiのＹ値； Di＝境界面DiのＹ値； ２−３＝層２と第１バツフアー層との間の遷移のＸ値； ５−２＝第２バツフアー層と層２との間の遷移のＸ値； これらの図で印象深いのは水平方向でも垂直方向でも屈
折率プロフイルが（実際上）完全に直角で曲つている特
徴である。結果的に、このように極めて正確な横方向解
像力を持つた“直角に曲つた"e/o誘起性光導波路が本発
明を利用することで極めて簡単な方法で実現できる。
図２及び図４によるe/o誘起性光導波路については、誘
起性電場を無くした時、e/o活性領域2.1の屈折率は非照
射ポリマーのn0レベルに落ちると一般に言える。これは
本発明を利用すると、ヨーロツパ特許出願No.0241967A1
からその利点が知られている、“しきい値以下の導波
路”が結果的にe/o誘起性導波路用にコンポーネントに
生ずることを意味する。
光中間スイツチの構造で、シヤープなe/o誘起性光反射
用屈折率遷移にもとづくe/oコンポーネントが本発明を
用いて得られた、これを図６及び７も引用して態様とし
て説明する。図６はＹ−Ｚ面でのこの態様の平面図であ
り、図７（ａ）及び（ｂ）は図６にそれぞれ示した線VI
Ia及びVIIbによるＸ−Ｙ面の断面図を示す。該コンポー
ネントは図４のコンポーネントの層に対応する多数の層
から成り、同様に付番してある。しかしここでは第２バ
ツフアー層５が厚い。製造工程中、図６に一点破線で示
してある実質上Ｘ字型で例えば直方形の断面を持つパタ
ーンが該層５中に層５の厚さよりも若干小さい深さでエ
ツチングされる。イオン化照射線下では破壊できるe/o
活性を有するガラス状の極化可能物質の層２を該層５に
塗布する。同時に該物質はエツチングされたＸ字型パタ
ーンを完全にふさぐ。該層２はe/o活性領域2.1、これは
正面図並びに平面図で実質上直角な（直方形の）断面
（図６並びに図７（ｂ）の破線参照）を有していて、Ｘ
字型のパターンを２つに分割している、を除いて一体的
に照射される。
第１及び第２バツフアー層３及び５の物質は光伝導層２
の被照射物質よりも低い屈折率を有している。この方法
で“インバーテツド・リツジ（inverted ridge）”型
の恒久光導波路21、22、23及び24がＸ字型パターンで形
成され、この光導波路は領域2.1と角度αで接続され、
従つて光導波路23と24はそれぞれ光導波路21及び22と一
直線上にある。第１バツフアー層３上に上から見ると領
域2.1をカバーするように電極11が配置されており、領
域2.1は接点例えば12と13から電極５と11に印加される
極化電圧による局部極化によつてe/o活性化されてい
る。電極間に極化電圧に対して一符号を持つ充分高い操
作電圧を印加する、領域2.1の屈折率が第２バツフアー
層５とほぼ等しくなるように領域2.1で屈折率減少がお
こる。恒久光導波路21−24の一つを経て入射する各光信
号に対してこの誘起屈折率減少が全反射屈折率遷移とな
るように角度αが選ばれている。誘起電場が無ければ入
射光信号は小さな正の屈折率飛躍を持つた薄い平面の平
行層を見出し、それで信号は入射方向に対して少しシフ
トするであろう。同時に若干の反射も起るが、信号は実
質上弱められずにその光信号が入射して来た光導波路と
一直線になつている恒久光導波路中を伝播できる。
図８は線VIIbで切つた屈折率プロフイルを定性的に示し
ている。この図では次の略号を用いる； n2＝光伝導層２の（被）照射領域の屈折率； n0＝誘起電場の無いe/o領域の屈折率； ne＝誘起電場のあるe/o領域の屈折率； n5＝第２バツフアー層５の屈折率； ５−24＝層５から導波路24への遷移のＹ値； 24−2.1＝導波路24から領域2.1への遷移のＹ値； 2.1−23＝領域2.1から導波路23への遷移のＹ値； 23−５＝導波路23から層５への遷移のＹ値。
ここに３つの態様しか詳細に示しただけであるが、本発
明の用途はこれらの態様に限定されるものではない。集
積光素子（コンポーネント）中で好ましくはe/o誘起性
屈折率遷移が望まれている時は常に、本発明が多大の利
点を持つて活用できる。従つてこれは電気光学グレーテ
イングリフレクター又はデフレクターにそれ自身使用さ
れるグレーテイングのような、周期的構造にも利用され
る。周期的な電極構造でe/o物質の薄層中にかかるグレ
ーテイングを励起することが知られている。かかるグレ
ーテイングの質は電極の質（シヤープさ）に大きく左右
される。一方の側に配置された電極、所謂“インターリ
ーブ”電極を用いる場合には、その上に短絡の危険もあ
る。本発明を利用すると、選択的照射で光伝導層中に直
接グレーテイング構造を設定でき、この場合、全グレー
テイング構造を好ましくは２つの平面状の電極の間には
さむことができ、その結果、周期的電極構造塗布用の光
リトグラフ工程を省略できる。更に全グレーテイング構
造にわたつた誘起性電場の絶対的均一性が保証され、そ
の結果そのグレーテイング構造のそれぞれのバーを極め
てシヤープな方法で誘起できる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明によるe/o活性コンポーネント製造用半製
品の略図的断面図である、（ａ）は電極層の無い状態、
（ｂ）は電極層のある状態である。 図２は本発明を利用したe/o誘起性光導波路を持つコン
ポーネントの二つの変形（ａ）及び（ｂ）の構造のＸ−
Ｙ面での略図的断面図である。 図３は図２に示したコンポーネントのe/o活性領域の屈
折率プロフイルを定性的に示す図である。 図４は本発明を利用したe/o誘起性光導波路を有するコ
ンポーネントのＸ−Ｙ面での略図的断面図である。 図５は図４のコンポーネントのe/o活性領域の屈折率プ
ロフイルを定性的に示す図である。 図６は本発明を利用した光中間スイツチの略図的平面
（Ｙ−Ｚ面）図である。 図７は図６の光中間スイツチの略図的断面（Ｘ−Ｙ面）
図であり、（ａ）は図６のVIIaの面で（ｂ）は図６のVI
Ibの面で切つてある。 図８は図６のVIIb面（図７（ｂ））での屈折率プロフイ
ルを定性的に示す図である。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気光学活性領域を有するほゞ平坦な光伝
    導層；と該層に対し予め定められたパターンで配置され
    た少なくとも２個のそして少なくとも部分的に協同操作
    される電極、而して該電極間に電圧差を印加することに
    よつて該電極間に電気光学活性領域中に拡がり作用する
    電場が形成可能である；とを有する電気光学コンポーネ
    ントであつて、 光伝導層がイオン化照射線下でその電気光学活性を破壊
    できる物質から成り、その中に選択的照射によつて電気
    光学活性領域が予めオープンな状態で残されており、電
    極間に印加される電圧の差が該オープンな状態で残され
    た領域の被照射物質と境を接している場所の両側の境界
    領域中に迄電場分布を少なくとも誘起し且つその電場が
    高度の強度及び／又は均一性を示すように電極が該残さ
    れた領域に対して配置されていることを特徴とする電気
    光学コンポーネント。
  2. 【請求項２】電極が平坦な光伝導層の被照射部分に属す
    るバツフアー物質によつて電気光学活性領域から離され
    ている請求項１記載の電気光学コンポーネント。
  3. 【請求項３】電極が光伝導層の一方の側、即ち上側に配
    置されており、オープンな状態で残された電気光学活性
    領域が電気光学誘起性光導波路パターンを有しており、
    層の上に垂直線を立てると、上側から見た電気光学活性
    領域が協同作動用ストリツプ型電極の対応するパターン
    と側面を接するように見える構造の請求項１又は２に記
    載の電気光学コンポーネント。
  4. 【請求項４】電極が光伝導層の上側と下側と両方に配置
    されており、オープンな状態で残された電気光学活性領
    域が電気光学誘起性光導波路パターンを有しており、層
    の上に垂直線を立てると、上側から見た電気光学活性領
    域がストリツプ型電極の対応パターンでカバーされてい
    るように見える構造の請求項１又は２に記載の電気光学
    コンポーネント。
  5. 【請求項５】層中にオープンな状態で残された電気光学
    活性領域がその層に対して横方向の、実質上垂直な、被
    照射領域と境界面を有しており、層の上に垂直線を立て
    ると、上側から見ると層の上側に配置された電極の輪郭
    とオープンな状態で残された電気光学活性領域の輪郭と
    が少なくとも部分的に一致しているように見える構造の
    請求項１乃至４のいずれかに記載の電気光学コンポーネ
    ント。
  6. 【請求項６】オープンな状態で残された電気光学活性領
    域が電気光学誘起性光導波路パターンを有しており、光
    伝導層の上側と下側の両方に全層を覆う平面の型で電極
    が延びている構造の請求項１又は２に記載の電気光学コ
    ンポーネント。
  7. 【請求項７】オープンな状態で残された電気光学活性領
    域が電気光学誘起性グレーテイング・パターンを有して
    おり、光伝導層の上側と下側の両方に全グレーテイング
    ・パターンを少なくとも覆う平面の型で電極が延びてい
    る構造の請求項１又は２に記載の電気光学コンポーネン
    ト。
  8. 【請求項８】光伝導層が、オープンな状態で残された電
    気光学活性領域に該境界領域中で結合された少なくとも
    １の恒久的光導波路を有している請求項１又は２に記載
    の電気光学コンポーネント。
  9. 【請求項９】光伝導層がオープンな状態で残された電気
    光学活性領域に該境界領域中で結合された少なくとも３
    の恒久的光導波路を有しており；恒久光導波路の１を通
    して入射する光信号に対して全反射性屈折率遷移を誘起
    させることが出来且つ屈折率遷移誘起用電場がある時及
    び無い時に他の恒久光導波路の１が光信号を受けこれを
    伝導するような角度で、各光導波路の該電気光学活性領
    域との結合が形成されている請求項８記載の電気光学コ
    ンポーネントから成る光スイツチ。
  10. 【請求項１０】上から見ると狭い長方形の断面を有す
    る、オープンな状態で残された電気光学活性領域と結合
    された４の恒久光導波路を光伝導層が有している請求項
    ９の光スイツチ。
  11. 【請求項１１】平坦な光伝導用薄層に電気光学活性領域
    を導入する請求項１乃至10の１に記載の電気光学コンポ
    ーネントの製造方法に於て、選択的イオン化照射を用い
    て平坦な光伝導層中に電気光学活性領域をオープンな状
    態で残してこの導入を実施することを特徴とする電気光
    学活性コンポーネントの製造方法。
  12. 【請求項１２】イオン化照射を紫外光を用いて実施する
    請求項11記載の電気光学コンポーネントの製造方法。
  13. 【請求項１３】光リトグラフ法を用いる請求項５記載の
    電気光学コンポーネントの製造法に於て、平坦な光伝導
    層中にオープンな状態で残す電気光学活性領域を、配置
    すべき電極パターンについても使用するマスクを用いる
    選択的照射で得る電気光学コンポーネントの製造方法。
  14. 【請求項１４】電極パターン自身をマスクに用いてイオ
    ン化照射を実施する請求項13記載の電気光学コンポーネ
    ントの製造方法。
  15. 【請求項１５】一方の側、即ち下側で基板に支持されて
    おり且つ反対側、即ち上側に遮光用第１バツフアー層を
    備えたほゞ平坦な光伝導層より成る、請求項１−８記載
    の電気光学コンポーネント製造用の半製品であつて、 光伝導層がイオン化照射線下で破壊できる電気光学活性
    を有する物質から成り、該層が未照射の該物質の第１サ
    ブ層と、照射を受け第１バツフアー層を形成している該
    物質の第２サブ層を有していることを特徴とする電気光
    学コンポーネント製造用の半製品。
  16. 【請求項１６】基板に塗布した電極層を光伝導層から離
    しておく第２バツフアー層を有しており、第２バツフア
    ー層が該照射を受けた物質から成ることを特徴とする請
    求項15に記載の半製品。
JP1134841A 1988-05-30 1989-05-30 電気光学コンポーネント及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH0748097B2 (ja)

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