JPH11223701A - 光学材料 - Google Patents

光学材料

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JPH11223701A
JPH11223701A JP10330490A JP33049098A JPH11223701A JP H11223701 A JPH11223701 A JP H11223701A JP 10330490 A JP10330490 A JP 10330490A JP 33049098 A JP33049098 A JP 33049098A JP H11223701 A JPH11223701 A JP H11223701A
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バーググレン マグナス
Ananth Dodabalapur
ドダバラパー マナンス
Michael Louis Steigerwald
ルイス ステイジャーワルド マイケル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波数及び広範囲波長で動作できる電子光
学的変調器で使用できる高ピーク吸光度差及び高ピーク
屈折率差変化を示す優れた結晶物質を提供する。 【解決手段】 III-V,II-VI又はIV半導体微小結晶から
なる結晶物質をポリマー材料中に埋封することにより、
高ピーク吸光度差又は高ピーク屈折率差を示す光学材料
が得られる。結晶物質は、直径が５．８ｎｍ未満、好ま
しくは、直径が約４ｎｍ未満のサイズを有するＣｄＳｅ
結晶であり、ポリ（ビニルピリジン）に埋封される。２
個の電極間に挟装された結晶物質は光変調器を画成す
る。１０％の結晶がポリマー中に埋封された結晶物質は
１００Ｖの印加電圧により、約６１０ｎｍの波長におい
て、約５０ｃｍ-1の吸光度差スペクトル（ΔＡ）と、約
６２５ｎｍの波長において、約１０-4の屈折率差（Δ
ｎ）を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電極間に配設された
固体結晶質光学物質からなる、電気通信システムで使用
される光変調器及びスイッチに関する。更に詳細には、
本発明は、結晶物質がポリマー母材中に埋め込まれた周
期律表の第III-V，II-VI又はIV族の半導体ナノ結晶（半
導体微少結晶）からなる光変調器に関する。更に、本発
明は光学結晶物質の製造方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】ますます高速で動作する電子回路を有す
る一層小型の集積回路が製造されている。電子回路の動
作速度が増大するにつれて、集積回路とボードとの間で
電気信号を伝送することがますます困難になっている。
このため、高周波数で動作することができ、集積回路で
使用されているシリコン技術と互換性がある高速光相互
接続技術の開発に対する関心が高まっている。
【０００３】結晶物質は光変調器の製造に有用である。
結晶は、相互に整列された分子に関して特定の有向配列
で存在する構造を有する。電界が印加されると、結晶物
質の屈折率、吸光度又はその他の光学特性は、印加電界
と同一基準の程度まで変化する。これらの変化を使用
し、結晶媒体中を伝搬する光ビームの位相、強度、イラ
ジアンス又はその他の特性を変化させることができる。
【０００４】例えば、図１を参照する。図１の光通信デ
バイス１０は、第１及び第２の電極１４，１６に挟まれ
た結晶ユニット１２と、これらの電極に結合された電源
１５を有する。電力が電極１４，１６に印加されると、
レーザ２０が駆動され、図１に図示された矢線Ｌの方向
にレーザビームを放射する。レーザは半導体レーザ、Ｈ
ｅＮｅレーザ（６３２ｎｍ）などである。結晶ユニット
１０は印加された電界により影響を受け、結晶ユニット
内を通過する光の強度または位相が変化する。
【０００５】図２に示されるように、変調器１０が検出
器１８に結合されている。検出器１８は、光を受光し、
光ビームの偏光の変動を検出し、光通信システムを画成
する。従って、情報のプレゼンテーション、マニピュレ
ーション及び転送のための光の操作において、及び、効
率的な光通信システムの構築において、印加電界に伴う
結晶の吸光スペクトルの変化を使用することができる。
【０００６】電子光学的変調器で使用する場合、適度な
コストで入手可能な優れた品質の結晶を開発することが
望ましいと思われる。また、光変調器の効率を最適化す
る場合、導波路損失を最小にするために動作波長におい
て吸光度を低く維持すること、及び、印加電界に伴う光
学特性の変化を最大することが望ましい。（電界吸収に
基づく変調器の場合の）高ピーク吸光度差又は（電界屈
折に基づく変調器の場合の）高ピーク屈折率差変化は、
変調に十分な短デバイス長に言い換えられる。結晶ユニ
ットの厚さ又は長さも変調度に影響を及ぼす。
【０００７】従って、大きな差は、小さな容量と、従っ
て、高い速度を意味する。大きな差はまた、低い動作電
圧（従って、低電力）も意味する。これらの目標を達成
するために、適当な結晶物質を選択し、また、単分散又
は殆ど単分散の粒子（すなわち、均一なサイズに加工処
理する微小粒子）を産生する合成方法を選択することが
望ましい。
【０００８】現在、光変調器で使用するものとして、リ
ン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）及びリン酸二水素アルミ
ニウム（ＡＤＰ）結晶が周知である。このような結晶は
比較的安価で大きなサイズで入手できるが、これらの結
晶は水溶性であり、壊れやすく、しかも、大きな半波電
圧(half-wave voltage)を有する（すなわち、最大伝送
のために大きな電圧が必要である）。
【０００９】タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウム
は一層効率的であり、非常に高い周波数の製品に使用さ
れる。しかし、これらとシリコン技術との互換性は未だ
に十分に証明されておらず、しかも、これらは高価であ
るばかりか、製造時に高い不良率を示す。
【００１０】単結晶のテルル化カドミニウム及び砒化ガ
リウム光学材料は周知である。しかし、これらは一般的
に、非常に高い周波数では動作しない。また、シリコン
系回路との集積化にも問題がある。
【００１１】高分子材料中に分散された有機液晶からな
る結晶ユニットを使用する電子光学的変調器は米国特許
第５１３２８１４号明細書及び米国特許第５０１１６２
４号明細書にも記載されている。
【００１２】包封又は高分子分散有機液晶ユニットは様
々な利点を有するが、製造中に液晶複合体を制御するこ
とが困難である。しばしば、液晶液滴は、印加電界に応
答する領域毎に結晶物質が変化するように、不規則なサ
イズと形状を有する。更に、有機液晶は一般的に、感温
性であり、熱的に不安定である。従って、結晶物質は高
温で明澄な液体を生成する。更に、このような変調器は
一般的に、光データ伝送用途で求められる高速では動作
しない。
【００１３】ナノ結晶・ポリマー複合体は、光変調器以
外の用途、すなわち、大抵の用途について高速応答時間
が必須要件ではない発光ダイオード及び光誘電体におけ
る用途が探し求められている。これらについては、例え
ば、Alivisators,“Semiconductor Clusters, Nanocrys
tals and Quantum Dots,”SCIENCE, Vol.271 (Feb. 16,
1996), p.933-936に記載されている。
【００１４】従って、電子光学的変調器で有用な優れた
半導体結晶物質の必要性は依然として存在する。殆ど単
分散(monodisperse)の粒子を得るための合成方法の改良
努力も続けられている。
【００１５】これらについては、例えば、C.B.Murray,
et al.,“Synthesis and Characterization of Nearly
Monodisperse CdE (E=S,Se,Te), Semiconductor Nanocr
ystallites,”J. AM. CHEM. SOC. Vol.115, No.19, p.8
706-8715 (1993)に記載されている。
【００１６】この論文中に記載されているように、サイ
ズ及び形状の多分散性により、及び表面欠陥と不完全性
により、周期律表第II-VI族半導体結晶の合成には様々
な困難性が伴う。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高周波数及び広範囲波長で動作できる電子光学的変
調器で使用できる高ピーク吸光度差及び屈折率変化を示
す優れた結晶物質を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】周期律表第III-V,II-VI
又はIV族の半導体ナノ結晶からなる結晶物質をポリマー
材料中に埋封することにより、高ピーク吸光度差又は高
ピーク屈折率差を示す光学材料が得られる。
【００１９】この光学材料は電界吸収又は電界屈折に基
づく変調器に有用であり、シリコン系回路と集積させる
ことができる。好ましい実施態様では、結晶物質は、直
径が５．８ｎｍ未満、更に好ましくは、直径が約４ｎｍ
未満のサイズを有するＣｄＳｅ結晶であり、ポリ（ビニ
ルピリジン）に埋封することが好ましい。
【００２０】２個の電極間に挟装された結晶物質は光変
調器を画成する。１０％の結晶がポリマー中に埋封され
た結晶物質は０．５〜１００Ｖの印加電圧により、約６
００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内の波長において、約５〜
３００ｃｍ-1の吸光度差スペクトル（ΔＡ）と約１０-5
〜１０-3の屈折率差（Δｎ）を示す。この結晶物質は、
結晶をモノマーに溶解させ、次いで、重合させ、ポリマ
ー・ナノ結晶マトリックスを生成することにより製造す
ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】周期律表の第III-V,II-VI又はIV
族の半導体ナノ結晶を合成できることが発見された。こ
の結晶は概ね単分散であり、ポリマー材料中に埋封する
ことにより、室温で明確な励起吸収特性を示す光学装置
で使用するのに適した活性物質が得られる。
【００２２】好ましい実施態様では、この結晶物質はポ
リマー中に埋封された、直径が約４ｎｍのサイズのＣｄ
Ｓｅナノ結晶からなる。好ましくは、ポリマーはポリ
（ビニルピリジン）及びポリスチレンからなる。その他
の結晶物質は、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ
及びＣｄＳからなる。
【００２３】ナノ結晶複合体の電界吸収スペクトルを広
範囲の電界にわたって測定した。印加電界に対する吸収
スペクトルの変化及び屈折率の変化は質的に有意であ
り、更に、結晶のサイズの関数としての予想差分吸収ス
ペクトルは、ナノ結晶が量子ドット又はゼロ次元物質か
らなるという仮定により計算できる。
【００２４】これらの結晶からなる変調器及びスイッチ
は、図１、図２及び図５に示されるような、光学相互接
続システムを生成するために、半導体レーザ及びＳｉ系
光検出器と組合わせて使用することができる。
【００２５】以下、本発明を３つに分けて説明する。パ
ートＡでは、本発明の結晶物質の様々な機能と特性及び
様々な実施態様について説明する。パートＢでは、本発
明の結晶物質の合成方法の具体例について説明する。パ
ートＣでは、本発明の結晶物質の様々な用途の具体例に
ついて説明する。
【００２６】パートＡ：本発明の結晶物質の機能と特性 図３及び図４は、本発明の結晶物質の一例の室温におけ
る吸光度差スペクトル及び屈折率差をそれぞれ示す。図
３のデータは実験的に得た。図４の屈折率データは、当
業者に周知のKramers-Kroning関係を考慮して吸光度デ
ータから算出した。
【００２７】図３のデータは、下記のパートＢで説明す
る実施例により合成された結晶物質を表す。この結晶物
質はポリ−４−ビニルピリジン中に分散された直径４ｎ
ｍのサイズのＣｄＳｅナノ結晶からなり、ポリマー膜中
におけるＣｄＳｅナノ結晶含有率は１０容量％であっ
た。
【００２８】図３のデータは１００％ＣｄＳｅナノ結晶
について記録され、その後、１０％に秤量したものであ
る。何れにしろ、結晶物質を２枚のインジウム錫酸化物
（ＩＴＯ）被覆ガラスの間に挟み込んだ。ＩＴＯ膜付ガ
ラスは、電極としてＩＴＯ機能を実行するのに関して概
ね透明であり、そして、２枚のＩＴＯ膜付ガラス間に１
００Ｖの電圧を印加した。この印加電圧で、広範囲の波
長について吸光度データを記録した。
【００２９】図３に示されるように、結晶物質は約６２
５ｎｍの波長で、約５０ｃｍ-1の吸光度差（Δ！）を示
した。吸光度（！）は約６２５ｎｍ及びこれ以上の波長
で５０ｃｍ-1のところが最低であった。図４に図示され
ているように、約６２５ｎｍの波長について、約１０-4
の屈折率差（Δｎ）が算出された。
【００３０】図３及び図４から、屈折率変化のピークは
約６２５ｎｍで生じ、吸光度変化のピークは約６１０ｎ
ｍで生じることが理解できる。この屈折率変化ピークの
赤方偏移は好都合な特性である。なぜなら、吸光度（従
って、吸収損失）は波長が広くなるほど、低くなるから
である。
【００３１】約６１０ｎｍの波長で約５０ｃｍ-1のピー
ク吸光度差（Δ！）が前記の特定の実施態様で記録され
たが、本発明により得られた結晶物質の場合、約６００
ｎｍ〜６５０ｎｍの波長で約５ｃｍ-1〜約３００ｃｍ-1
の吸光度差（Δ！）がＣｄＳｅ結晶物質により得られ
た。これは、同様な波長について、約１０-5〜約１０-3
の屈折率差（Δｎ）を表す。
【００３２】Δ！及びΔｎの値は合成方法、及び使用さ
れる特定の結晶物質と粒径により影響を受ける。結晶粒
子の単分散性を高めるために合成方法を変化させるに応
じて、Δ！及びΔｎの値も同様に高まり、更に一層効果
的な電子光学材料が得られる。
【００３３】図３及び図４のデータはＣｄＳｅ結晶及び
ポリ−４−ビニルピリジンホストポリマーを用いて得ら
れたが、その他の材料も使用できる。例えば、アクリレ
ート類又は光重合性モノマー類のポリマー類を使用でき
る。
【００３４】使用可能なその他のポリマー類は、ポリス
チレン及びフッ素化ポリマー類（例えば、フルオロアク
リレート類、フルオロメタクリレート類、フッ素化アク
リルアミド類、フッ素化ウレタン、フッ素化エポキシ
類、フッ素化ビニルエステル類）及びこれらのポリマー
類の共重合体及び混合物などである。
【００３５】その他の周期律表III-V及びII-VI族半導体
ナノ結晶は、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ及びＩｎＧａ
Ａｓなどである。更に、Ｓｉ（周期律表第IV族）ナノ結
晶の使用も企図される。
【００３６】また、所望の波長で変調を得るために、結
晶サイズを変化させることもできる。例えば、６３０〜
８３０ｎｍの光ビームを包含する、ＧａＡｓ系レーザ技
術は周知である。このような波長で動作可能であり、Ｇ
ａＡｓレーザと併用することができる変調器で使用する
のに適した結晶物質を生成することができる。粒子はゼ
ロ次元物質からなるという仮定により、これらの波長に
ついて所望の結晶サイズ及び予想吸収スペクトル特性を
計算することができる。
【００３７】吸収スペクトルの変化は、粒子がゼロ次元
物質からなるとみなすことにより決定することができ
る。個々の半導体ナノ結晶のサイズがボーア(Bohr)半径
の２倍（すなわち、ＣｄＳｅの場合、直径５．８ｎｍ）
未満である場合、この粒子は量子ドット又はゼロ次元物
質とみなすことができる。このようなナノ結晶の多くの
光学特性は時には、同じ物質のバルク固体について劇的
に変化する。エネルギーギャップ（Ｅ）は、量子閉込め
作用により増大する。
【００３８】エネルギーギャップ（Ｅ）は、次の数式
（１）から計算することができる。 Ｅ＝Ｅg＋ｈ2'２：［Ｂ’Ｒ］2−１．７８６ｅ2'εＲ−０．２４８Ｒy * （１） （式中、Ｅgはバルク固体のバンドギャップであり、Ｒ
はクラスタ半径であり、：は減少質量であり、ｅは電荷
であり、εは誘電率であり、Ｒy *は有効リュードベリ(R
ydberg)定数である。この定数は当業者に公知であり、
また、C.Kittel,INTRODUCTION TO SOILD STATE PHYSICS
(5th Ed.,John Wiley & Sons)などの文献に記載されて
いる。）バンドギャップ は、周知の通り、吸収スペク
トルの指標であり、この吸収スペクトルを決定するため
に使用できる。
【００３９】また、状態密度も、バルク物質の二次曲線
型状態密度特性から、理想的には、原子におけるよう
な、一連の非連続線に変化する。しかし、理想的なナノ
結晶では、状態密度は、粒子サイズの差、欠陥及びその
他の不完全性により、広くなる。
【００４０】前記の数式（１）におけるエネルギーギャ
ップ（すなわち、最低存在電子とホール（正孔）結合状
態との間のエネルギー差）は、電界を印加することによ
り低下させることができる。この効果は、原子におけ
る、及びナノ結晶のようなゼロ次元固体における、シュ
タルク(Stark)効果と呼ばれる。量子井戸系では、これ
は“量子閉込めシュタルク効果(Quantum-confined Star
k Effect)”と呼ばれる。本発明の結晶物質の領域に対
する吸収スペクトルの変化は、ゼロ次元物質の量子閉込
めシュタルク効果の結果として予想されるものと一致す
る。
【００４１】電界の印加によるバンドギャップの減少
は、吸収スペクトルも電界の印加により変化することを
意味する。吸光度の変化は屈折率の変化を生じる。なぜ
なら、これら２つは当業者に周知のクラマース・クレー
ニッヒ(Kramers-Kronig)関係により相互に関連している
からである。従って、結晶サイズの関数としての吸収ス
ペクトルの変化は、粒子がゼロ次元物質からなるものと
みなす場合に、決定できる。
【００４２】パートＢ：ポリマー分散ナノ結晶の合成 以下、本発明の結晶物質の合成方法の一例について説明
する。しかし、本発明は下記に説明する方法により合成
された結晶物質に限定されるものではない。
【００４３】ポリ−４−ビニルピリジンに埋封されたＣ
ｄＳｅ結晶からなる結晶物質を、トリオクチルホスフィ
ン(trioctylphosphine)、トリオクチルホスフィンオキ
シド(trioctylphosphine oxide)、ジメチルカドミウム
(dimethyl cadmium)、セレン元素(elemental seleniu
m)、メタノール、１−ブタノール及び４−ビニルピリジ
ンにより生成した。これらの材料は市販されている。４
−ビニルピリジンは使用直前に蒸留したが、その他の材
料は特に精製することなく使用した。
【００４４】トリオクチルホスフィンとセレン元素を直
接混合することにより、セレン化トリオクチルホスフィ
ンを先ず生成した。次に２種類の溶液を調製した。一方
の溶液は、０．５ｍｌのジメチルカドミウムと１２．５
ｍｌのトリオクチルホスフィンとからなる溶液であり、
他方の溶液は、セレン化トリオクチルホスフィン対トリ
オクチルホスフィンのモル比が１：１の溶液５ｍｌと追
加のトリオクチルホスフィン７．５ｍｌからなる溶液で
あった。
【００４５】これら２種類の溶液を皮下注射型注射針を
具備した容量５０ｍｌのシリンジのバレル内で混合し
た。別の容器で、真空下で約１５分間加熱することによ
り、トリオクチルホスフィンオキシド１５ｇを脱気し
た。脱気後、トリオクチルホスフィンオキシドの温度を
３００℃に維持した。
【００４６】トリオクチルホスフィンオキシドを激しく
攪拌しながら、ジメチルカドミウムとセレン化トリオク
チルホスフィン溶液を皮下注射針から迅速に注入した。
これらの混合物を約２００℃〜２５０℃の温度で、約２
０分間維持した。その後、室温にまで放冷させた。
【００４７】メタノールを添加することにより結晶固体
を沈殿させ、この固体を１−ブタノールで溶解させ、残
留物を除去することにより、ナノ結晶物質を分離した。
更に詳細には、前記の方法により得られた混合物を先ず
室温から約６０℃（溶媒の融点より極僅かに高い温度）
にまで加熱し、そして、メタノールを急速添加した。メ
タノールは結晶性残留物を沈殿させる。
【００４８】この残留物を収集し、１−ブタノールに再
溶解させた。その後、このブタノール溶液を濾過し、濾
過溶液を数倍容量のメタノールに添加し、固形結晶性残
留物を再沈殿させた。固形物をブタノールに再溶解さ
せ、そして、メタノールにより数回、再沈殿させた。こ
の方法により、ＣｄＳｅのナノ結晶と、極僅かな、トリ
オクチルホスフィンとトリオクチルホスフィンオキシド
の残留物が得られた。
【００４９】得られたナノ結晶を次のようにしてポリ−
４−ビニルピリジン中に分散させた。数ｍｇのナノ結晶
を４−ビニルピリジン（蒸留済みのもの）に溶解させ、
少量のアゾビス（イソブチロ）ニトリルをラジカル重合
開始剤として添加した。当業者に周知の通り、その他の
開始剤も当然使用できる。この溶液を７０℃で約１時間
加熱し、重合を開始させ、最後まで遂行させた。得られ
たポリマー・ナノ結晶マトリックスは光学的に明澄であ
った。
【００５０】パートＣ：応用例 以下、本発明の結晶物質を用いた応用例について説明す
る。しかし、本発明は下記に説明される特定の用途に限
定されない。
【００５１】図１を参照する。本発明の結晶性光学材料
を使用し、光学表示装置を製造することができる。この
装置では、一対の電極１４，１６間に配設され、電源１
５に接続された結晶ユニット２からなる結晶物質が使用
される。電極１４，１６は前記のように、インジウム錫
酸化物（ＩＴＯ）膜付ガラスからなる。また、前記のよ
うに、結晶サイズは、企図された特定のレーザ光ビーム
の波長について、ピーク吸光度差を示すように調整する
ことができる。
【００５２】図２に模式的に示されるように、導波路変
調器は検出器に結合させて、光通信システムを構成する
ことができる。
【００５３】図５を参照する。図５は別の応用例を示
す。すなわち、本発明の結晶物質を使用し、プレーナー
型導波路３０を形成する。プレーナー型導波路３０は、
２つの低屈折率クラッド層３４ａ，３４ｂの間に配設さ
れたコア３２からなる。本発明の結晶物質はコアを構成
することが好ましい。
【００５４】しかし、コアに高屈折率材料が使用される
場合、本発明の結晶物質はクラッド層に使用することも
できる。コアはポリスチレン中に分散された厚さ１μｍ
のＣｄＳｅ層からなることが好ましい。また、各クラッ
ド層３４ａ，３４ｂは、厚さ１μｍのポリ（ビニルアル
コール）層からなることが好ましい。電界を印加するた
めの一対の電極３６，３８は、２つのクラッド層の隣に
配置される。電極３６，３８は任意の金属から構成でき
る。
【００５５】図５に示される構造において、印加電界は
コア及びクラッド層の両方の全域で低下される。レーザ
２０は、結晶物質に隣接する導波路変調器の一方の端部
に結合され、そして、光は結晶物質コア又はクラッド層
に直接注入され、変調光ビームとして導波路の他方の端
部から出射される。電界はレーザ光ビームの通路を横切
るように印加される。
【００５６】この構造を変調器について使用する場合、
光変調を実行するために、結晶物質中を移動するための
光の一層長い通路と、一層大きな変調度に対応して、
（図１に示された光学表示装置に比べて）、一層長い装
置が使用される。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波数及び広範囲波長で動作できる電子光学的変調器
で使用できる高ピーク吸光度差及び屈折率変化を示す優
れた結晶物質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶物質を使用することもできる、従
来の光変調器の模式的構成図である。
【図２】本発明の結晶物質が使用された光変調器を有す
る光通信システムの概要ブロック図である。
【図３】１００Ｖの電圧が印加された時の、１０％結晶
複合体を含有する本発明の結晶物質の吸光度差スペクト
ル図である。
【図４】図３のデータから計算された本発明の結晶物質
の屈折率変化を示す特性図である。
【図５】本発明の結晶物質が使用されたプレーナー型導
波路の概要断面図である。
【符号の説明】
１０ 光通信装置 １２ 結晶ユニット １４，１６ 電極 １５ 電源 １８ 検出器 ２０ レーザ ３０ プレーナー型導波路 ３２ コア ３４ａ，３４ｂ クラッド層 ３６，３８ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 マナンス ドダバラパー アメリカ合衆国，07946 ニュージャージ ー，ミリントン，ヒルトップ ロード 62 (72)発明者 マイケル ルイス ステイジャーワルド アメリカ合衆国，08836 ニュージャージ ー，マーティンズヴィル，ヴォッセラー アヴェニュー 1037

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマー中に埋封された半導体ナノ結晶
    からなる、電気通信システムの導波路変調器で使用する
    ための光学材料において、 前記ナノ結晶は、固体の結晶性高分子光学材料を提供す
    るために、周期律表の第III-V,II-VI及びIV族の半導体
    ナノ結晶からなる群から選択されることを特徴とする光
    学材料。
  2. 【請求項２】 前記半導体ナノ結晶は、ＣｄＳｅ、Ｃｄ
    Ｔｅ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ及びＣｄＳ結晶から
    なる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載
    の光学材料。
  3. 【請求項３】 前記ポリマーは、(i)ポリ（ビニルピリ
    ジン）、ポリイミド類、アクリレート類、光重合性モノ
    マー類のポリマー類、ポリスチレン、フッ素化ポリマー
    類、フルオロアクリレート類、フルオロメタクリレート
    類、フッ素化アクリルアミド類、フッ素化ウレタン類、
    フッ素化エポキシ類、フッ素化ビニルエステル類及び(i
    i)これらのコポリマー類及び混合物類からなる群から選
    択されることを特徴とする請求項２に記載の光学材料。
  4. 【請求項４】 前記ナノ結晶は前記結晶性高分子光学材
    料の１０重量％からなることを特徴とする請求項３に記
    載の光学材料。
  5. 【請求項５】 前記ナノ結晶の直径は５．８ｎｍ未満で
    あることを特徴とする請求項１に記載の光学材料。
  6. 【請求項６】 室温で、前記結晶性高分子光学材料は、
    ０．５〜１００Ｖの範囲内の印加電圧において、６００
    〜６５０ｎｍの範囲内の波長で、５〜３００ｃｍ-1の吸
    光度差（Δ！）を示すことを特徴とする請求項１に記載
    の光学材料。
  7. 【請求項７】 室温で、前記結晶性高分子光学材料は、
    ０．５〜１００Ｖの範囲内の印加電圧において、６００
    〜６５０ｎｍの範囲内の波長で、１０-5〜１０-3の屈折
    率差（Δｎ）を示すことを特徴とする請求項１に記載の
    光学材料。
  8. 【請求項８】 一対の電極間に挟装された、前記請求項
    １に記載の光学材料からなることを特徴とする光導波路
    変調器。
  9. 【請求項９】 結晶性高分子光学材料により形成された
    コアと、前記コアよりも大きな屈折率を有する光学材料
    により形成された２つのクラッド層と、一対の電極とか
    らなり、 印加電界がコアと２つのクラッド層の両方の全域で低下
    されるプレーナー型導波路変調器を提供するために、前
    記コアは２つのクラッド層の間に挟装され、前記２つの
    クラッド層は前記一対の電極間に挟装されていることを
    特徴とする請求項８に記載の光導波路変調器。
  10. 【請求項１０】 前記コアは、ポリスチレン中に埋封さ
    れた厚さ１μｍのＣｄＳｅ層からなり、前記２つのクラ
    ッド層は各々、厚さ１μｍのポリ（ビニルアルコール）
    層からなることを特徴とする請求項９に記載の変調器。
  11. 【請求項１１】 前記請求項８に記載された変調器から
    なることを特徴とする光通信システム。
  12. 【請求項１２】 前記請求項９に記載されたプレーナー
    型導波路変調器からなることを特徴とする光通信システ
    ム。
  13. 【請求項１３】 (a)ポリマー中に埋封された半導体ナ
    ノ結晶からなる結晶性光学材料と、 (b)前記結晶性光学材料の全域に電界を印加するための
    一対の電極とからなり、 前記ナノ結晶は、結晶性光学材料中を伝搬する光ビーム
    を変えるために電界が印加されたときに光学特性の変化
    を示す固体結晶性高分子光学材料を提供するために、周
    期律表の第III-V,II-VI及びIV族のナノ結晶からなる群
    から選択されることを特徴とする電気通信システムで使
    用するための光導波路変調器。
  14. 【請求項１４】 (a)前記半導体ナノ結晶は、ＣｄＳ
    ｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ及びＣｄＳ
    結晶からなる群から選択され、 (b)前記ポリマーは、(i)ポリ（ビニルピリジン）、ポリ
    イミド類、アクリレート類、光重合性モノマー類のポリ
    マー類、ポリスチレン、フッ素化ポリマー類、フルオロ
    アクリレート類、フルオロメタクリレート類、フッ素化
    アクリルアミド類、フッ素化ウレタン類、フッ素化エポ
    キシ類、フッ素化ビニルエステル類及び(ii)これらのコ
    ポリマー類及び混合物類からなる群から選択されること
    を特徴とする請求項１３に記載の光導波路変調器。
  15. 【請求項１５】 室温で、０．５〜１００Ｖの範囲内の
    印加電圧において、６００〜６５０ｎｍの範囲内の波長
    で、前記結晶性高分子光学材料は、５〜３００ｃｍ-1の
    吸光度差（Δ！）と、１０-5〜１０-3の屈折率差（Δ
    ｎ）を示すことを特徴とする請求項１４に記載の光導波
    路変調器。
  16. 【請求項１６】 (a)周期律表の第III-V,II-VI及びIV族
    の半導体ナノ結晶からなる群から選択されるナノ結晶粒
    子を準備するステップと、 (b)前記ナノ結晶をモノマー溶液又はエマルジョンの溶
    解させるステップと、 (c)ポリマー・ナノ結晶複合体を生成するために、前記
    モノマーを重合させるステップとからなることを特徴と
    する光導波路変調器で使用するための光学結晶物質の製
    造方法。
  17. 【請求項１７】 前記モノマーは４−ビニルピリジンか
    らなり、前記ナノ結晶粒子は、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｉ
    ｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ及びＣｄＳ結晶からなる群か
    ら選択されことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記ナノ結晶粒子は、ジメチルカドミ
    ウムとセレン化トリオクチルホスフィンから生成された
    ＣｄＳｅ粒子からなることを特徴とする請求項１７に記
    載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記請求項１３に記載された方法によ
    り生成された光学結晶物質からなることを特徴とする光
    導波路変調器。
  20. 【請求項２０】 前記請求項１９に記載された光導波路
    変調器からなることを特徴とする電気通信システム。
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