JPH11231002A

JPH11231002A - 光センサ素子

Info

Publication number: JPH11231002A
Application number: JP10050152A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 修渡辺; Masaaki Tsuchimori; 正昭土森; Hiroshi Ito; 伊藤　　博; Tadashi Ichikawa; 正市川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】光変調機能とをもつ光センサ素子を提供す
る。【解決手段】入射光を測定電圧に応じて変調出力する
光センサ素子である。この光センサ素子は、前記入射光
を導波するコア部２を含む導波層２４と、前記導波層２
４を保持する基板２０と、前記導波層２４の両面側に、
前記コア部に前記測定電圧を印可するように対向配置さ
れた一対の電極４ｕ，４ｄとを含む。前記コア部２４
は、電磁界により屈折率が変化し、その変化が光学的非
線形性を示す高分子材料で形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧、電磁場強度
等の電磁気量を光学的に測定するために用いる光センサ
素子に関する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】今日のよ
うな高度情報化時代において電磁波は、放送や通信のた
めの情報伝達媒体としてますますその重要度を増し、そ
の強度、周波数は、より高まる傾向にある。

【０００３】一方その電磁波によって引き起こされる電
子機器の機能障害の問題も増えており、このため電磁波
を正確に且つ簡単に評価できるための手法の開発が望ま
れている。

【０００４】従来より、このような電磁波の測定を、光
学的に行う装置の提案がなされている。この装置には、
測定光を電磁波の大きさによって変調出力する光センサ
素子が用いられており、この素子によって変調出力され
た光を測定することにより、電磁界の強度を測定するこ
とができる。

【０００５】図８には、従来の光センサ素子の一例が示
されている。この光センサ素子は、基板１００上に、測
定光を導波する導波構造部１１０が設けられている。そ
して、この導波構造部１１０の上面側に、電極１２０、
１２２を所定間隔で離隔配置し、この電極１２０、１２
２へ、アンテナ等で測定された電磁界強度に応じた電圧
を印加する。

【０００６】導波構造部１１０は、ＬｉＮｂＯ₃などの
電気光学効果の大きい材料を用いてＴｉ拡散等の方法に
より形成されたコアと、その周囲を囲むクラッドとで構
成される。このような構成とすることにより、導波構造
部１１０は光をそのコア内部に閉じこめて導波すること
ができる。

【０００７】このような導波構造部１１０は、電極１２
０、１２２に電圧が印可されると、そのコア内部に伝搬
される測定光を変調する。このため、この光センサ素子
から出力される測定光を測定することにより、アンテナ
等で検出された電磁界強度を光学的に測定することがで
きる。

【０００８】しかし、従来の光センサ素子は、導波構造
部１１０を前述した無機材料を用いて形成していた。こ
のために、以下の問題があった。

【０００９】無機材料を用いた光センサ素子では、導
波路構造１１０を薄くすることが非常に難しく、電極１
２０、１２２の構成として図８に示したように表面装荷
型の電極構造を取らざるを得ない。この場合、低周波電
場あるいは静電場の計測を行おうとすると、材料内に電
荷が発生したり、電極１２０、１２２間にリーク電流が
発生したりし、この結果として、光強度のドリフト、測
定精度の低下等の問題が生じる。

【００１０】さらに無機材料を用いる問題点として誘
電率が大きいことがあげられる。

【００１１】誘電率が大きいと、本発明のような電磁界
を測定する計測器の場合、電磁界に与える影響が大きく
なり、高精度の測定が難しいという問題が生じる。

【００１２】また高周波電場を計測する場合、電極構
成を進行波型電極にする必要が生じるが、その場合に
は、測定電場の位相と導波光の位相を整合させる必要が
生じる。これら位相整合を達成するためには、導波路の
誘電率が低いことが望ましい。しかし、前述したよう
に、従来のセンサは誘電率が大きいため、高周波電場、
特にＧＨ_Zレベルの高周波電場の測定には向かないとい
う問題があった。

【００１３】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は高精度で、且つ静電場を
含めて広い周波数帯域での電磁気量測定が可能な光セン
サ素子を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、入射光を導波するコア部と、前記コア部
の周囲を覆うクラッド部とを含み高分子材料を用いて薄
膜層として形成された導波構造部と、前記薄膜層の両面
に対向配置された電極と、を含み、前記クラッド部の前
記コア部と接する領域の全部若しくは一部及び前記コア
部の少なくとも一方は、電磁界により屈折率が変化し、
その変化が光学的非線形性を示す高分子材料を含む材料
で形成されたことを特徴とする。

【００１５】導波構造部を構成する材料は、電磁界によ
り屈折率が変化する材料であることが必要である。この
ような材料としては、ポッケルス効果を有する非線形光
学材料が代表的である。

【００１６】本発明では、このような材料として、電磁
界により屈折率が変化し、その変化が光学的非線形性を
示す高分子材料を含む材料を用いた。このような材料
は、薄膜化が可能な材料であるため、前記導波構造部を
薄膜層として形成することができる。

【００１７】従って、電極を、薄膜化されたコア部を介
して対向配置することが可能で、その電極間距離を十分
に小さくすることができ、しかも両電極間は前記薄膜層
により良好に絶縁される。

【００１８】これにより、本発明によれば、従来のよう
に表面装荷型の電極構成に起因する光強度のドリフト、
測定精度の低下等の問題を考慮することなく、低周波電
場（電圧）あるいは静電場（電圧）を計測することがで
きる。

【００１９】これに加えて、本発明によれば、前記導波
構造部が、高分子材料を含む材料で形成されているた
め、導波構造部の誘電率が小さくなる。

【００２０】これにより、電磁界に影響を与えることな
く、電場（電圧）を計測できる。

【００２１】また、高周波電場（電圧）を計測する場
合、進行波型電極構成とする必要があるが、この場合、
測定電場の位相と導波光の位相整合が、低誘電率材料を
使ったほうが、有利となる。本発明では、前述したよう
に導波構造部の誘電率が低いため、高周波（数十ＧＨ_Z
以上）の電場（電圧）の測定が可能となる。

【００２２】又、本発明によれば、例えばアンテナ等に
より検出された電磁界強度に対応した電圧を、対向配置
された電極間に印加することにより、電磁界強度を電圧
として測定することもできる。又、これ以外に、ある検
出部位に発生する電圧を、前記電極に印加することによ
り、この電圧そのものを測定することもできる。

【００２３】また、本発明においては、前記クラッド部
およびコア部の少なくとも一方を、前述したように光学
的非線形を示す高分子材料を含む材料で形成するもので
あるが、より好ましくは、前記コア部を前述した光学的
非線形性を示す高分子材料を含む材料で形成すればよ
い。これにより、入射光を測定電圧に応じて、より効果
的に変調出力することができる。

【００２４】また、本発明の光センサ素子は、必要に応
じて、前記薄膜層を保持する基体を含むように形成する
ことが好ましい。

【００２５】前記光学的非線形性を発現する高分子材料
の一態様として、電場配向高分子材料がある。この材料
を用いた場合には、コア部あるいはクラッド部を形成後
に、この領域にポーリング処理を施せばよい。これによ
り、このコア部あるいはクラッド部に、前記光学的非線
形性を発現させることができる。

【００２６】もちろん、光学的非線形を発現する高分子
材料であれば他の材料を使用してもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
を説明する。

【００２８】（１）光学的非線形性を示す高分子材料電磁界により屈折率が変化する材料は、ポッケルス効果
を有する非線形光学材料が代表的である。

【００２９】ギガヘルツ以上の周波数の電圧計測を可能
にするような、応答性の速い材料としては、非線形光学
材料が最適である。

【００３０】非線形光学材料は、ニオブ酸リチウムに代
表される無機結晶と、電場配向高分子に代表される有機
材料に大別される。

【００３１】本実施の形態では、電磁界による屈折率の
変化が光学的非線形性により示される材料として、電場
配向高分子材料が一般に選択される。

【００３２】本発明では、電極が導波構造部のコア部を
挟み込むように形成される。この電極間に強い電場が誘
起され、所望の屈折率変化を引き起こすためには、導波
構造部が、電極間距離を十分に小さくできるように薄膜
である必要がある。このために、本実施の形態では、導
波構造部をコア部、クラッド部を含めて厚み１０μｍ程
度までの膜厚の薄膜層として形成する。このような薄膜
を、無機の非線形結晶で作成することは非常に困難であ
る。このような薄膜の材料としては、スピンコート法等
で薄膜が形成可能な高分子材料が適している。

【００３３】更に、本発明では広帯域の電圧測定を目的
としているため、誘電率が低く、光電場と外部電磁波の
位相整合がとりやすく、複雑な素子構造を必要としない
電場配向高分子が、導波層を構成する材料として適して
いる。

【００３４】なお、本実施の形態では前記高分子材料と
して、電場配向高分子を例にとり説明しているが、薄膜
化が可能で且つ非線形性を示す高分子材料であれば、前
記電場配向高分子に、本発明に用いられる材料が限定さ
れるものではない。

【００３５】以下に、本実施の形態で使用される光学的
非線形性を発現する材料について詳細に説明する。

【００３６】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。

【００３７】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、導波構造部を構成する薄膜層を加熱しながら行うこ
とが好ましい。

【００３８】なお、上記した性質をもつ材料は、導波損
失性が低いことが好ましい。一般的に光センサ素子とし
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、従って光センサ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。

【００３９】（２）センサ素子の構成本発明の光センサ素子では、コア部、クラッド部の少な
くともどちらか一方は、光学的非線形性を発現する材料
を用いて形成される。そのため、コア部に電場を印加す
ることにより、屈折率の制御が可能である。

【００４０】本実施の形態の光センサ素子では、コア部
が光学的非線形性を示す高分子材料で形成され、コア部
の屈折率を電場の印加に伴い変化させて、コア部を透過
する光の変調を行う光変調器を構成している。なお、コ
ア部を囲むクラッド部の一部の屈折率を電場の印加に伴
い変化させて、コア部を透過する光を変調する光変調器
を構成してよい。その際、コア部は、前記光学的非線形
性を示す高分子材料で構成されてもよく、あるいは、光
学的非線形性を示さない高分子材料で構成されてもよ
い。

【００４１】またコア部は、光照射によるフォトブリー
チ方法でも作成でき、一般的なリアクティブイオンエッ
チングによる方法でも作製できる。

【００４２】前記コア部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。

【００４３】実施形態の光センサ素子の一例の要部を図
１に示す。図２（Ａ）には、その断面が概略的に示され
ている。この例では、基体としての基板２０にアンダー
クラッド層２２が積層され、その上に導波層２４が積層
され、さらにその上にオーバクラッド層５が積層されて
いる。

【００４４】図２（Ａ）は、センサ素子の断面を示す。

【００４５】導波層２４は、光を導波するコア部２と、
コア部２の両側に配置されたサイドクラッド部３、３と
を備えている。これにより、前記コア部２は、その両側
に位置するサイドクラッド部３、３と、その上下に位置
するクラッド層５、２２によりその周囲が囲まれること
になるため、前記導波層２４およびクラッド層５、２２
は、コア部２内に光を閉じ込めて透過させる導波構造部
を構成する。

【００４６】ここにおいて、この導波構造部は、高分子
材料を用いて薄膜層１００として形成されている。基板
２２とアンダークラッド層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。また上
部クラッド層５には、コア部２に対向するように蒸着等
で形成された上部の電極４（４ｕ）が搭載されている。

【００４７】光変調器を形成する場合には、導波層２４
のコア部２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、コア部２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
能なコア部２を作成することができる。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４ｕを設
置してもよい。

【００４８】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、外部電場をコア部２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。

【００４９】ここで例示された直線型導波路での光変調
とはコア部２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。光変調は、このような直線
型導波路の形態での動作に限定させるものではなく、マ
ッハツェンダー型の導波路の形態で干渉を利用した変調
動作であっても、方向性結合器型の導波路の形態での結
合変化を利用した変調動作等でもかまわない。

【００５０】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
方を兼ねることも可能である。

【００５１】本実施の形態では、コア部２のみを、光学
的非線形性を示す高分子材料を用いて形成した場合を例
に取り説明したが、これ以外にも、例えばクラッド領域
３、３、２２、５のコア部２と接する領域の全部または
１部を、前述した、光学的非線形性を示す高分子材料を
用いて形成してもよい。

【００５２】図２（Ｂ）、（Ｃ）には、クラッド領域
に、このような光学的非線形性を示す高分子材料を用い
た場合の一例が示されている。図２（Ｂ）は、オーバク
ラッド層５を、２つの層５ａ、５ｂを積層した構成と
し、導波層２４に接するクラッド層５ａを、光学的非線
形性を示す高分子材料を用いて形成し、上方のクラッド
層５ｂには、通常の高分子材料を用いて形成した。

【００５３】また、これとは逆に、図２（Ｃ）に示すよ
うに、アンダークラッド層２２を、２つの層２２ａ、２
２ｂを積層した構造とし、導波層２４と接するクラッド
層２２ａを光学的非線形性を示す高分子材料を用いて形
成し、下方のクラッド層２２ｂを、通常の高分子材料を
用いて形成している。

【００５４】このようにすることによっても、コア部２
内を通過する測定光に対し、良好な光変調を行うことが
できる。

【００５５】以上説明したように、本実施の形態におい
て、光センサ素子の電極４ｕ、４ｄは、コア部２Ａを挟
み込むように対向配置される。この構成をとることによ
り、電極４ｕ、４ｄが完全に絶縁されることになり、高
精度の測定が可能となり、更に直流域の電圧を測定する
ことも可能となる。例えば、静電場を測定することも可
能となる。

【００５６】即ち、例えば図８に示す従来の光センサ素
子のように、電極が隣接配置された構成では、静電場が
与えられる時に、表面電流の影響で光強度のドリフトが
起こり、正しく静電場を計測することができない。

【００５７】しかし、本実施の形態のような電極構成を
採用することにより、直流域の電圧、例えば静電場を正
確に測定することができる。

【００５８】光センサ素子においてコア部２は、図１、
図２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、円筒型のコア部及び
クラッド部の構成でもかわまない。

【００５９】図２に示すように、導波層２４の上方にオ
ーバークラッド層５が存在してもよい。この場合、オー
バークラッド層５の材料は横方向のクラッド部３の屈折
率と同じであってもよいし、他の屈折率の材料でもかま
わない。

【００６０】（３）製造方法上記した光センサ素子を製造するにあたっては、光変調
のための分子配向を行うポーリング処理を採用できる。

【００６１】光学的非線形性を発現させるには、導波層
２４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。

【００６２】ポーリング処理の概念図を図３、図４に示
す。図３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４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。

【００６３】（４）他の実施の形態図６には、本発明の光センサ素子の他の実施の形態が示
されている。なお、前記実施の形態と対応する部材には
同一符号を付しその説明は省略する。

【００６４】本実施の形態の光センサ素子の特徴は、図
６に示すように、導波層２４の他端側に光反射部３０を
形成したことにある。これにより、コア部２の一端側か
ら入射した測定光は、コア部２内を伝搬しその他端側で
反射され、再度コア部２の一端側から出力される。従っ
て、このコア部２内を伝搬する測定光は、往復２回の変
調を受け、この結果、小型で且つ高精度の測定が可能な
光センサ素子を実現することができる。

【００６５】なお、本実施の形態において、前記光反射
部３０は、光センサ素子の他端側の研磨面に、例えばＡ
ｌ、Ａｕ等の金属、又は誘電体等の薄膜を、蒸着、スパ
ッタリング等の手法で堆積させて製造することができ
る。

【００６６】更に、前記光変調器を分岐干渉型の光変調
器として形成する場合にも適用することができる。マッ
ハツェンダー型を採用した場合には、導波路（コア部）
を例えば特開平４−１７２２６１号公報に開示されてい
るような構成とすればよい。

【００６７】又、前記導波路（コア部）の作成方法とし
て、前記実施の形態で説明したフォトブリーチ法以外
に、例えば酸素等の反応性ガスを用いたリアクティブイ
オンエッチング法を用いても良い。

【００６８】又、本実施の形態の光センサ素子に用いら
れる測定光の波長は、測定光がコア部２を伝搬する途中
で、計測ができない程度に光強度が損なわなければ、ど
の帯域の波長を用いてもかまわない。通常、可視域から
赤外域の波長が選択される。

【００６９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００７０】まず、実施例で用いたコア部２を構成する
光学的非線形性を有する材料の合成方法を説明し、次に
光センサ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。

【００７１】本実施例の製法は、図１及び図２に示す光
センサ素子を形成する例である。

【００７２】基体として機能する基板２０として、結晶
軸＜１００＞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。

【００７３】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。

【００７４】電極蒸着工程では、ＥＢ蒸着装置（アネル
バ製；ＥＶＤ−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Ａ１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、モードフィルタＡとしても使用を考えて
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。

【００７５】次に、アンダークラッド層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、アンダークラッド層２２とし
た。

【００７６】ガラス上に同一条件で作成した薄膜の厚み
を触針式表面あらさ針（ＳｌｏａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙＣｏｒｐ製；ＤＥＫＴＡＫＩＩ）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
ダークラッド層２２であるポリイミド層の厚みは約７μ
ｍであった。

【００７７】この試料を幅を１０ｍｍに固定、長手方向
は４０ｍｍ以上の適当な長さの長方形になるようダイシ
ングソーを用いて切断した。

【００７８】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（１０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、アンダークラッド層２２上にこの高濃度溶
液を積層した。

【００７９】スピンコート後、室温にて、約６時間、８
０℃で約２０時間、１５０℃で２時間真空乾燥を行っ
た。得られた導波層２４の膜厚は２．８μｍであった。

【００８０】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−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−２５１Ａ／Ｂ）で、基板上の導波層２４
のコア部２に対応する領域に対して紫外線（ＵＶ）照射
を行った。照射パワーは８０ｍＷ／ｃｍ²であった。光
照射の際には、幅１０μｍのサイズをもつ直線コア部２
を形成するためのパターン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１３０℃
に加熱し、試料の上方よりマスク越しに４時間照射し
た。

【００８１】試料を加熱装置付きＡ１基板上に置き、加
熱しながら上方より針電極により電場配向処理を行っ
た。この処理は、加熱温度１７０℃、電極間距離５０ｍ
ｍ、印加電圧２０ｋＶの条件で行った。これにより、導
波層２４のコア部２を構成する部分に光学的非線形性を
付与した。

【００８２】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−８０５Ａ）をフォトレジ
ストスピナー（共和理研製；Ｋ−３３３５９ＳＤ−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０．６５μｍであっ
た。

【００８３】次に、導波層２４の上方を覆うオーバーク
ラッド層５として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ，Ａｌｄｒｉｃｈ製）をアセトン−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−３３５９ＳＤ−１）を用いて回転数１０００
ｒｐｍで、保護膜を塗布した試料上にスピンコートし
た。続いて真空乾燥器で室温で２時間乾燥した。オーバ
ークラッド層５の膜厚は１．５μｍであった。

【００８４】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。

【００８５】導波路長は２５ｍｍになるように切断し
た。

【００８６】上記した試料の導波路のうちのコア部上
に、ＥＢ蒸着装置（アネルバ製；ＥＶＤ−５００Ｂ）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。試料は、蒸着用マスクでマスクする
ことにより、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。

【００８７】（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
１．３μｍ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
ボールファイバー偏光子（住友大阪セメント製）、光セ
ンサ素子の順に配置し、光センサ素子の一端を入射部と
してラミボールファイバー偏光子に結合し、光センサ素
子の他端を出射部に配置した。

【００８８】光変調実験においては、ラミボールファイ
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モードに相当）と水平方向（ＴＥ
モードに相当）とで等しくなる様に調整し、これを試料
である光センサ素子のコア部２の入射部に結合させた。

【００８９】コア部２反対側の出射端からの出射光は対
物レンズで拡大された後、偏光フィルタを通して光検出
器でその強度を測定した。

【００９０】高周波発信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４ｄ及び上部電
極４Ｕ間に交流電圧を印加した。これにより、光強度の
変化を測定することができた。その変化量は電圧の大き
さに比例しており、電圧を測定できることがわかる。

【００９１】（電磁界測定システム）図５には、本実施
例に係る光センサ素子１を用いて構成された電磁界測定
システムの一例が示されている。

【００９２】このシステムは、測定光を出力する発光部
２００と、光検出器２０２とを含み、発光部２００と光
センサ素子１の導波路を構成するコア部２の一端側とは
入射ファイバー２１０で接続され、前記光センサ素子の
コア部２の他端側と光検出器２０２との間は受光ファイ
バー２１２で接続されている。

【００９３】前記入射ファイバー２１０は、前記ラミポ
ールファイバー偏光子を用い、受光ファイバー２１２
は、先端をフェルールで固定し、その先端部にラミポー
ルファイバー偏光子を張り付けた状態で使用した。

【００９４】前記光センサ素子１の電極４ｕ、４ｄは、
電磁界を検出する一対のダイポールアンテナ２２０とそ
れぞれ接続され、外部の電磁界に対応した電圧が印加さ
れるように構成されている。

【００９５】更に、前記ダイポールアンテナ２２０と光
センサ素子１は、プラスチックパッケージ４３０を用い
て一体的に取付け固定され、前記光集積素子１は、パッ
ケージ４３０内に収納されている。

【００９６】このような測定システムにおいて、前記プ
ラスチックパッケージ４３０をＴＥＭセル内に設置し
て、４００メガヘルツの高周波電界を発生させ、その測
定を行った。この測定の結果、高周波電界の周波数に追
従した光強度の変調を、光検出部２０２で確認すること
ができた。

【００９７】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。

【００９８】○ 光学的非線形性を発現する材料とし
て、電場配向高分子材料を用いて基体上に、コア部及び
その周囲を覆うクラッド部を含む導波構造部を薄膜層と
して形成する工程と、前記薄膜層の両面側に、前記コア
部に前記測定電圧を印可するように対向配置された電極
を形成する工程と、前記薄膜層形成後に、そのコア部領
域にポーリング処理を施し、コア部に、光学的非線形性
を発現させ工程と、を含むことを特徴とする光センサ素
子の製造方法。

【００９９】（他の実施例）図７には、図６に示す反射
型の光センサ素子を用いて構成された測定システムの一
例が示されている。なお、図５に示す測定システムと対
応する部材には同一符号を付しその説明は省略する。

【０１００】本実施例において、前記光センサ素子１
は、光ファイバー２１４を介して一端側からコア部２に
入射された測定光を他端側に設けられた光反射部３０で
反射し、再度光ファイバー２１４から出力するように構
成されている。

【０１０１】従って、一本の光ファイバー２１４を用い
るのみで済み、しかもこの光ファイバー２１４を光セン
サ素子１の一端側に接続するという片もち梁構造とする
ことができるため、光センサ素子を用いたセンサ部分を
小型に形成することができる。

【０１０２】本実施例において、光センサ素子１は、プ
ラスチックパッケージ４３０内に一体的に取付け固定さ
れると共に、光ファイバー２１４の端部もプラスチック
パッケージ４３０に一体的に取付け固定されている。

【０１０３】そして、プラスチックパッケージ４３０の
他端側に、電圧測定リード、例えば先端に鰐口クリップ
５０ａ、５０ｂが設けられた一対の測定リード５２ａ、
５２ｂを設ける。そして、この一対の測定リード５２
ａ、５２ｂの他端側を光センサ素子１の各電極４ｕ、４
ｄへそれぞれ接続する。

【０１０４】これにより、以下に説明するように、鰐口
クリップ５０ａ、５０ｂを所定の測定対象物に取付ける
ことにより、その取付け部位間に発生する電圧を光学的
に測定することができる。

【０１０５】このような測定システムでは、発光部２０
０から出力される測定光と、光検出部２０２への測定光
とを分離する必要がある。このために、発光部２００及
び光検出部２０２と、光センサ素子１とを結ぶ光学系
は、ビームスピリッター４４０、レンズ４４２及び光フ
ァイバー２１４を含んで構成されている。

【０１０６】そして、発光部２００から出力される測定
光は、ビームスピリッター４４を用いて、透過方向と、
それと直角の反射方向とに２分して出力される。即ち、
発光部２００から出力される測定光はビームスピリッタ
ー２０４を透過する方向αと、それと直角の反射方向と
に２分され、その内のビームスピリッター４００を透過
する測定光のみがレンズ４４２を介して光ファイバー２
１４へ向け出力される。

【０１０７】また、光センサ素子１から光ファイバー２
１４、レンズ４４２を介して出力される測定光は、ビー
ムスピリッター２４を透過する方向と、それと直角な反
射方向βとに２分され、直角に反射された測定光のみが
光検出器２０２へ入力される。

【０１０８】このようにすることにより、鰐口クリップ
５０ａ、５０ｂが取り付けられた部位の電圧は、その電
圧に応じた変調を受けた測定光として光センサ素子１か
ら出力される。これにより、光検出器２０２では、前記
測定部位の電圧を光学的に測定することができる。

【０１０９】

【図面の簡単な説明】

【図１】光センサ素子の全体の概念を示す斜視図であ
る。

【図２】同図（Ａ）〜（Ｃ）は、光センサ素子の断面説
明図である。

【図３】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４】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５】本実施例の光センサ素子を用いて構成された測
定システムの説明図である。

【図６】光反射部を備えた光センサ素子の概念を示す斜
視図である。

【図７】図６に示す光センサ素子を用いた測定システム
の説明図である。

【図８】従来の光センサ素子の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

２Ａコア部３Ａ、３Ｂサンドクラッド４ｄ、４ｕ電極５、２２クラッド層２０基板２４導電層３０光反射部１００薄膜層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤博愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者市川正愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を導波するコア部と、前記コア部
の周囲を覆うクラッド部とを含み高分子材料を用いて薄
膜層として形成された導波構造部と、前記薄膜層の両面に対向配置された電極と、を含み、前記クラッド部の前記コア部と接する領域の全部若しく
は一部及び前記コア部の少なくとも一方は、電磁界により屈折率が変化し、その変化が光学的非線形
性を示す高分子材料を含む材料で形成されたことを特徴
とする光センサ素子。