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技術 屈折率調整方法、屈折率調整可能な光導波路および該光導波路を用いた屈折率調整光導波路の製造方法

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 吉田卓史有島功一海老沢文博星野光利助川健島田俊之平塚廣明
出願日 1995年11月22日 (25年0ヶ月経過) 出願番号 1995-304853
公開日 1997年6月6日 (23年5ヶ月経過) 公開番号 1997-145942
状態 拒絶査定
技術分野 光集積回路 光の変調 光集積回路
主要キーワード アボガドロ定数 距離部分 ポリラジカル トリミング幅 カップリング部分 マトリックスポリマ トリミング素子 金属ヒータ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年6月6日)のものです。
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図面 (7)

課題

光導波路屈折率を簡便に調節し、しかも得られた屈折率を維持するのに何らエネルギーを必要としない、自己保存型の屈折率調整方法、屈折率調整可能な光導波路および該光導波路を用いた屈折率調整光導波路の製造方法を提供すること。

解決手段

光導波路のコアまたはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線照射電圧印加電流印加、加熱、冷却、加圧減圧磁場印加物質含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設ける。前記操作の少なくとも一つを行うことにより該有機化合物の屈折率を変化させる。この有機化合物を光導波路のコアおよび/またはクラッドに設けて屈折率調整可能な光導波路を作製し、さらに前記操作の少なくとも一つを行うことにより屈折率調整光導波路が得られる。

概要

背景

シリコン(Si)に代表される基板上に設けられた、コアクラッド構造を持つ光導波回路PLC:Planar LightwaveCircuit)は、次世代の光通信光コンピューティング支える基本技術の一つである。

このPLCには、単純な光の通り道である導波路だけでなく、光回路を構成する光素子がある。光素子としては、3dBカプラ、MZ型干渉計形光スイッチ、アレイ光導波路リングレーザなど、多種類に及ぶ。これらの光素子を数多く混載した光回路が、現在開発されている。

上記のような光素子が搭載、あるいは混載された光回路では、目的の異なった、機能を異にする光素子(3dBカプラ、MZ型干渉計形光スイッチ、アレイ形光導波路、リングレーザなど)が一体化されて作製されることになるため、それぞれの光素子に要求されている(機能を充分に発揮できる)設計値通りに光素子を作製させ光回路を完成させることは困難である。

その理由は、それぞれの光素子は、要求されている設計値を満たすように、寸法や位置関係が決められるものであり、また、コアやクラッドにそれぞれ多種類のドーパントが複雑な組成混入するよう求められており、それら多種類のドーパントを含めた作製条件(温度や加熱時間、加工条件等)もそれぞれの光素子によって最適な条件があるからである。

これらの光素子を組み合わせた光回路を作製する場合には、加工時の歪みや屈折率予期しない分布揺らぎが生じるが、これらを全て制御して加工することは無理があり、結局、これら光素子作製条件の平均的な条件を採用するしかなく、従って光素子に求められている設計値通りの機能を引き出すように作製することは困難である。

すなわち、光回路に組み込まれているすべての素子の設計値を満たすような組成と作製条件を見出すことは非常に困難であり、また仮に見出すことに成功したとしても、見出した光回路に、別の新たな光素子を追加したい要求が生じた場合には、その光回路全体の作製条件と組成をすべて見直さなければならず、実用的ではない。このような設計値からのずれ(設計屈折率のずれ、加工寸法のずれ、位置精度のずれ、加工した導波路形状のずれ等を含む)は、光導波路長の実効的な誤差を生じ、結果として光導波路を通る光の位相設計通りに制御できない結果となる。また、3dBカプラ素子では光の分割比がずれ、遅延回路では遅延誤差となる。

例えば、アレイ形光導波路素子などは、一つの光導波路中伝搬してきた波長の異なる光を波長毎に分割して、別々の異なった数本の光導波路へ振り分けたり、逆に数本の光導波路を伝搬してきた波長の異なる光をまとめて一つの光導波路へ導くことのできる光素子であるが、このアレイ導波路素子に接続している多数の光導波路を設計値通りに作製することは非常に困難である。また、3dBカプラは光を分岐させる基本的な素子であり、他の機能素子と混載して使われる場合が多い。このような3dBカプラを混載した光回路の場合には、作製条件を他の光導波路素子に合わせざるを得ないため、3dBカプラの分割比が50:50とはならず、ずれた値をとることになる。

これらの設計値からのずれを調整するために、従来は熱光学(TO)効果を利用したヒータを組み込んだ、いわゆるTO効果型の補正方法が用いられていた。しかしながら、TO効果の利用は各光導波路の温度を個別に制御するためのコンピュータ制御回路が必要、通電用電源が必要不可欠になるなど装置が大がかりとなり、また消費電力も大きくなるとともに、ヒートシンクペルチェ素子も容量の大きなものが必要になるなど実用的には不向きであった。実際、このようなTO効果での導波路実効長の調整、屈折率の調整では常時電力供給が必要であり、また調整幅が小さく、光導波路の大きなずれの補正には不向きである。TO効果で光導波路を長時間強熱して導波路実効長、屈折率の調整を固定することも試みられているが、調整幅の小さいものに留まっている。

概要

光導波路の屈折率を簡便に調節し、しかも得られた屈折率を維持するのに何らエネルギーを必要としない、自己保存型の屈折率調整方法、屈折率調整可能な光導波路および該光導波路を用いた屈折率調整光導波路の製造方法を提供すること。

光導波路のコアまたはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線照射電圧印加電流印加、加熱、冷却、加圧減圧磁場印加物質含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設ける。前記操作の少なくとも一つを行うことにより該有機化合物の屈折率を変化させる。この有機化合物を光導波路のコアおよび/またはクラッドに設けて屈折率調整可能な光導波路を作製し、さらに前記操作の少なくとも一つを行うことにより屈折率調整光導波路が得られる。

目的

そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決するためのものであり、光導波路の屈折率を簡便に調節し、しかも得られた屈折率を維持するのに何らエネルギーを必要としない、自己保存型の屈折率調整方法、および該方法により製造される光導波路を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

この技術が所属する分野

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請求項1

基板上の光導波路コアまたはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線照射電圧印加電流印加、加熱、冷却、加圧減圧磁場印加物質含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設け、前記操作の少なくとも一つを行うことにより該有機化合物の屈折率を変化させることを特徴とする光導波路のコアおよび/またはクラッドの屈折率調整方法

請求項2

基板上の光導波路のコアまたはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線の照射、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設けたことを特徴とする屈折率調整可能な光導波路。

請求項3

請求項2に記載の光導波路に、さらに前記操作のうち少なくとも一つを行うことにより、前記有機化合物の屈折率を変化させることを特徴とする屈折率調整光導波路の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、シリコン(Si)基板等の基板上に設けられた光導波路コアおよび/またはクラッド屈折率を調整する方法および該方法により製造される光導波路に関する発明である。

背景技術

0002

シリコン(Si)に代表される基板上に設けられた、コア・クラッド構造を持つ光導波回路PLC:Planar LightwaveCircuit)は、次世代の光通信光コンピューティング支える基本技術の一つである。

0003

このPLCには、単純な光の通り道である導波路だけでなく、光回路を構成する光素子がある。光素子としては、3dBカプラ、MZ型干渉計形光スイッチ、アレイ形光導波路、リングレーザなど、多種類に及ぶ。これらの光素子を数多く混載した光回路が、現在開発されている。

0004

上記のような光素子が搭載、あるいは混載された光回路では、目的の異なった、機能を異にする光素子(3dBカプラ、MZ型干渉計形光スイッチ、アレイ形光導波路、リングレーザなど)が一体化されて作製されることになるため、それぞれの光素子に要求されている(機能を充分に発揮できる)設計値通りに光素子を作製させ光回路を完成させることは困難である。

0005

その理由は、それぞれの光素子は、要求されている設計値を満たすように、寸法や位置関係が決められるものであり、また、コアやクラッドにそれぞれ多種類のドーパントが複雑な組成混入するよう求められており、それら多種類のドーパントを含めた作製条件(温度や加熱時間、加工条件等)もそれぞれの光素子によって最適な条件があるからである。

0006

これらの光素子を組み合わせた光回路を作製する場合には、加工時の歪みや屈折率の予期しない分布揺らぎが生じるが、これらを全て制御して加工することは無理があり、結局、これら光素子作製条件の平均的な条件を採用するしかなく、従って光素子に求められている設計値通りの機能を引き出すように作製することは困難である。

0007

すなわち、光回路に組み込まれているすべての素子の設計値を満たすような組成と作製条件を見出すことは非常に困難であり、また仮に見出すことに成功したとしても、見出した光回路に、別の新たな光素子を追加したい要求が生じた場合には、その光回路全体の作製条件と組成をすべて見直さなければならず、実用的ではない。このような設計値からのずれ(設計屈折率のずれ、加工寸法のずれ、位置精度のずれ、加工した導波路形状のずれ等を含む)は、光導波路長の実効的な誤差を生じ、結果として光導波路を通る光の位相設計通りに制御できない結果となる。また、3dBカプラ素子では光の分割比がずれ、遅延回路では遅延誤差となる。

0008

例えば、アレイ形光導波路素子などは、一つの光導波路中伝搬してきた波長の異なる光を波長毎に分割して、別々の異なった数本の光導波路へ振り分けたり、逆に数本の光導波路を伝搬してきた波長の異なる光をまとめて一つの光導波路へ導くことのできる光素子であるが、このアレイ導波路素子に接続している多数の光導波路を設計値通りに作製することは非常に困難である。また、3dBカプラは光を分岐させる基本的な素子であり、他の機能素子と混載して使われる場合が多い。このような3dBカプラを混載した光回路の場合には、作製条件を他の光導波路素子に合わせざるを得ないため、3dBカプラの分割比が50:50とはならず、ずれた値をとることになる。

0009

これらの設計値からのずれを調整するために、従来は熱光学(TO)効果を利用したヒータを組み込んだ、いわゆるTO効果型の補正方法が用いられていた。しかしながら、TO効果の利用は各光導波路の温度を個別に制御するためのコンピュータ制御回路が必要、通電用電源が必要不可欠になるなど装置が大がかりとなり、また消費電力も大きくなるとともに、ヒートシンクペルチェ素子も容量の大きなものが必要になるなど実用的には不向きであった。実際、このようなTO効果での導波路実効長の調整、屈折率の調整では常時電力供給が必要であり、また調整幅が小さく、光導波路の大きなずれの補正には不向きである。TO効果で光導波路を長時間強熱して導波路実効長、屈折率の調整を固定することも試みられているが、調整幅の小さいものに留まっている。

発明が解決しようとする課題

0010

以上のように、従来の技術においては、光導波路の加工における設計値からのずれに対処するため、簡単で、電力等の常時供給が不要で、経済的な調整の方法が待たれていた。

0011

そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決するためのものであり、光導波路の屈折率を簡便に調節し、しかも得られた屈折率を維持するのに何らエネルギーを必要としない、自己保存型の屈折率調整方法、および該方法により製造される光導波路を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

すなわち、上記の課題を解決するための第1の発明は、基板上の光導波路のコアまたはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線照射電圧印加電流印加、加熱、冷却、加圧減圧磁場印加物質含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設け、前記操作の少なくとも一つを行うことにより該有機化合物の屈折率を変化させることを特徴とする光導波路のコアおよび/またはクラッドの屈折率調整方法である。

0013

第2の発明は、基板上の光導波路のコアまたはクラッドの少なくとも一部に、エネルギー線の照射、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより屈折率が変化可能な有機化合物を設けたことを特徴とする屈折率調整可能な光導波路である。

0014

さらに、第3の発明は、上記第2の発明の光導波路に、さらに前記操作のうち少なくとも一つを行うことにより、前記有機化合物の屈折率を変化させることを特徴とする屈折率調整光導波路の製造方法である。

0015

エネルギー線の照射、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸またはドープによって、またはこれらの操作を2つ以上組み合わせることによって、有機化合物は劣化したり、酸化したり、有機結合が切断されたり、逆に有機結合が作製されたり、重合したり、電荷を帯びたり、圧縮膨張したり、配向したり、密度変化したり、物質の出入りが生じたりして化学状態物理状態が変化する。また、この変化に伴って有機化合物自身の屈折率も変化する。この有機化合物を光導波路のコア、あるいはクラッドとしてコア近傍に搭載する。クラッドとして搭載してもコア内の光はエバネッセント波として近傍の有機化合物内をも伝搬するので、この有機化合物の屈折率変化を敏感に感じとり、光導波路の実効長や光の伝搬を変えることができる。

0016

すなわち、有機化合物の屈折率が変化すると光導波路内を伝搬している光の位相が変化/影響を受け、その結果、実効的に導波路長を変えたり、素子の屈折率分布局所的に変えることができ、設計値通りに機能を果たせるように光素子を微調整することが可能となるのである。また、3dBカプラでは、2つの導波路間の距離やカップリング部分の長さを変えたのと同じ効果が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0017

本発明において、光導波路のコアおよび/またはクラッドの屈折率を変化させるのに用いられる有機化合物は、エネルギー線の照射、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸またはドープさせることのうち少なくとも一つの操作を行うことにより、その屈折率変化を生じる化合物である。そのような化合物としては、例えば、光開裂性または光酸化性化合物フォトポリマー強誘電性液晶ポリシロキサン昇華(または蒸発)、二量化または吸湿可能な化合物が挙げられる。

0018

このような有機化合物は、そのまま、あるいはポリマーなどの媒体との混合物として、光導波路のコアおよび/またはクラッド、あるいはそれらの一部として用いられる。

0019

本発明の有機化合物が媒体と混合して用いられる場合、その媒体との混合比は、用いる有機化合物の媒体への溶解性、または必要とする屈折率変化量などにより異なる。例えば、本発明の有機化合物が媒体と混合してクラッドとして用いられる場合、その長さが5mmの場合は、その混合比は媒体に対して1〜50重量%である。

0020

以下に、本発明を、3dBカプラとエネルギー線照射を組み合わせ、有機化合物をクラッド層として用いた場合を例に取り、図1(a)〜(c)を参照しながら説明する。

0021

図1(a)は本発明に用いうる3dBカプラの一つの具体例の上面図であり、符号(1)は光導波路のコアを示す。この図1(a)のA−A′断面およびB−B′断面を各々図1(b)および図1(c)に示す。これらの図からもわかるように、この導波路は、シリコン基板(2)、該シリコン基板上に積層されている下部クラッド層(3)、該下部クラッド層(3)の上に形成されるコア(1)、該コア(1)の上周部に形成される本発明の有機化合物からなる上部クラッド層(4)または本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層(5)、および該上部クラッド層(4)および/または(5)の上部に形成される上部カバー層(6)から構成される。

0022

まず、本発明における光素子の形状を説明する。光回路の中には3dBカプラが他の光素子と混載されている場合があり、作製条件は他の光素子に合わせてあるため、3dBカプラの分割比は、ずれていることが多い。図1のように、この3dBカプラのコア(1)の上部に本発明の有機化合物からなるクラッド層(4)を搭載する。図1の例では、3dBカプラは2つの光導波路間も有機化合物または有機化合物と媒体との混合物で充填される。図1に示す3dBカプラにおいて、コア(1)はSi(シリコン)基板(2)上に設けられた下部クラッド(3)上に作製される。ここにおいて、本発明の屈折率が変化する有機化合物からなるクラッド層(4)は、2本のコア(1)が離間している部分において一方のコアの上部周囲に設ける。この有機化合物からなる層(4)の上部に、図1(b)および(c)に示すような上部カバー層(6)を作製する。

0023

本発明の有機化合物で作製されるクラッド層は屈折率変化の大きさとの兼ね合いで任意の厚さに選定して良い。通常、光導波路におけるエバネッセント光導波はクラッド層の厚さ20μm程度あれば良く、屈折率が変化する有機化合物層が十分厚ければ、上部カバー層は作製してもしなくても良い。一般に、本発明における屈折率を変化させる有機化合物の搭載方法は、図1のように、光導波路コアの上部、側部の3方向に作製する他、上方にのみ作製することもできる。

0024

例えば、図2に示すように、上部クラッド層を全て本発明の有機化合物からなる上部クラッド層(4)で形成してもよく、あるいは、図3に示すように、上部クラッド層において、コア(1)の上方にのみ部分的に搭載してもよい。

0025

上記のように本発明の有機化合物を搭載した後、エネルギー線を適宜選択して照射しながらモニタし、分割比を設計値通りとなるようにするが、ここで、搭載する有機化合物は屈折率が一方向に変化する1種類でも良いが、屈折率の上昇と下降が異なるエネルギー線の照射によって制御できるよう2種類あるいは2種類以上の混合有機物の使用が望ましい。例えば2種類の有機化合物を搭載する際には、一つの有機化合物は可視光によって屈折率が減少する有機化合物とし、もう一つの有機化合物は紫外光によって屈折率が増加する有機化合物というように、屈折率が照射するエネルギー線の種類によって増減できるような組み合わせを選ぶようにする。ここにおいて用いられるエネルギー線とは、電磁波、電子線、ガンマ線X線マイクロ波赤外線、紫外光、真空紫外光、可視光、放射線などが挙げられる。

0026

また、エネルギー線照射以外の有機化合物の屈折率を増減させる手段としては、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、加圧、減圧、磁場印加、物質の含浸またはドープさせることが挙げられる。ここにおいて、有機化合物に含浸またはドープさせる物質としては、例えば、水、各種有機溶剤低分子有機化合物等が挙げられる。

0027

本発明において、有機化合物の屈折率を変化させるためのこれらの手段は、2つ以上組み合わせることによっても効果がある。すなわち、加熱しながら紫外線を照射したり、加圧+磁場印加しながら近赤外線を照射する方法である。特に、加熱しながら紫外線を照射する手段は紫外線硬化樹脂熱硬化樹脂の組み合わせの場合等に適した手段といえ、樹脂硬化時間をより短くすることができる。

0028

以上により、屈折率の増減の要求に即座に答え得るばかりでなく、仮にエネルギー線を照射しすぎた場合でも、逆の効果を発揮する異なるエネルギー線を照射すればさらに屈折率増減の微調整が可能となり設計値通りの機能を発揮させることができる。また、屈折率のずれの程度が既知であれば、クラッド内に添加する前記有機化合物の分量を予め所定の屈折率となるように制御し、既知の屈折率ずれを補正することも当然可能である。

0029

以上、3dBカプラのコア近傍に有機化合物を搭載した例を示したが、アレー導波路格子のアレー導波路の一定距離部分をクラッドあるいはコアに有機屈折率調整物で置き換えた屈折率調整光素子にも適用可能であるし、ループバック形アレー導波路格子のループバック用2×2光スイッチに用いる3dB方向性結合器の上部、あるいは側部を含めた部分を有機屈折率調整物に置き換えた屈折率調整光素子にも適用可能である。その他、光導波路の位相調整を要するところであり、上記のような有機化合物の搭載が可能であれば、本発明の適用に制限はない。

0030

屈折率を調整する有機化合物の構成は、エネルギー線照射等本発明の特許請求の範囲で示した方法で屈折率が変化する化合物を高分子化合物中に分散する。あるいは、屈折率が変化する化合物や置換基を高分子化合物に置換基として導入する。あるいは、屈折率が変化する化合物や置換基を高分子化合物に置換基として導入し、ポリマークラッドとして本発明の「屈折率を変化させる有機化合物」とする。あるいは、高分子化合物の主鎖に屈折率が変化する化学構造を持たせ、ポリマークラッドとして本発明の「屈折率を変化させる有機化合物」とする方法もよいが、特に限定されたものではなく、光導波路での光の伝搬が満足できれば、特に高分子化合物を用いなくても良い。また、用いる光導波路が石英製の場合には、これら高分子にはフッ素化したものを用い、前記石英製の光導波路の屈折率とこれら高分子の屈折率とを整合させることが光導波性能を満足する屈折率を得るには有効である。一般に、コアの屈折率とクラッドの屈折率との関係は、コアの方が、0.3〜0.7%クラッドの屈折率より高く設定して損失を低減しているからである。

0031

ここで、エネルギー線を照射する装置については、例えば、以下の装置を用い得る。光導波回路全体を覆う薄い金属板スリットを設け、このスリットを屈折率調整用光導波路に沿わせ、該光導波路の所定の部分にだけ制御用の電磁波、電子線、ガンマ線、X線、マイクロ波、赤外線、紫外光、真空紫外光、可視光、放射線を照射できるようにし、かつ、この金属板スリットを調整用の光導波路の上部に可動できるようにした。スリット上部からは紫外線、可視光線などの光を照射するための光源が設置されている。また、通常の光学系や光ファイバ等を用いて所望の部分にエネルギー線を照射することでも良く、その他、通常考えられる方法を用いて良い。

0032

次に、屈折率を増減させる方法とそれに用いる有機化合物について述べる。屈折率の増加は一般にコアまたはクラッドの材料としての有機化合物、あるいは媒体に混入させた有機化合物の密度を上げるか、誘電率を高くすれば良い。また、減少はその逆になる。

0033

光開裂型屈折率変化>有機化合物の屈折率(n)は次の式で表現される。

0034

0035

ここで、Rは分子屈折、Vは分子容である。

0036

これから分かるように、屈折率を大きくするには分子屈折を高め、分子容を小さくすれば良い。さらに、分子屈折と分極率(α)は次の式で現される。

0037

0038

ここで、Naはアボガドロ定数である。

0039

これから分かるように、分極率が高いほど分子屈折は大きくなる。上記の関係から、屈折率は分極率の変化によって変動し、同じ化合物であれば分極率が高いほど屈折率は大きくなる。

0040

一般に有機化合物にエネルギー線を照射すると原子間の結合が切れることが知られている。特に可視光や紫外線は有機化合物に対して捕獲断面積が大きく、反応性が高いため効率的に原子間結合を切断できる。そこで、有機化合物を光などのエネルギー線で結合を切断し、当該化合物の分極率を低下させることができれば、屈折率を低下させることが可能である。また、光エネルギ等で原子や原子団を付加させ、新たな結合を生じさせることによって当該化合物の分極率を増大させ、屈折率を大きくすることもできる。

0041

具体的には、結合を切断し屈折率を低下させるには、当該分子外部エネルギーで結合を切断するだけの弱い結合を持つ必要がある。一般に有機分子結合エネルギーは、日本化学会編“化学便覧基礎編(1975)のp975に記載されているように10eV以下であり、外部エネルギーとして波長100nmの真空紫外光を用いれば十分に結合を切ることができる。また、より弱い結合エネルギーを持つ分子においては、可視光でも十分可能である。結合を切ることによって最も効果的に屈折率を変化させる材料としては、分極率の高い共役系がある。共役部位の結合を切断することによって、共役部位での分極がなくなり分極率が低下し、屈折率が小さくなる。このような共役系を持つ有機化合物としては一般に色素染料顔料などとして知られている。例えば、アクリジン、アゾ、アントラキノンインジゴキサンテンキノリンキナドリン、シアニンスチリルトリフェニルメタンフタロシアニンペリレンなどである。

0042

これらの有機化合物は紫外部から可視光領域にかけて共役に基づく吸収をもっているが、本発明においては、光通信に用いられる近赤外光領域での屈折率変化が重要であり、この吸収の有無は問題はない。これらの化合物のほとんどが紫外光や可視光を照射することによって光励起を受け、原子間の結合を切断(光開裂)することができ、本発明の屈折率制御材料として利用できる。ただし、光開裂に基づく屈折率変化の大きさは材料により大きく異なり、高分子中への含有率1%当たりの屈折率変化(Δn)は最高0.1以上から0.0001以下まで様々である。

0043

光酸化型屈折率変化>上記した光開裂以外の屈折率変化の大きい制御方法として、光照射による光酸化がある。光酸化付加のなかでも芳香族多環化合物への酸化付加はよく知られており、R.Schmidtら(Journal of Physical Chemistry 、86巻、4909ページ、1982)や井口ら(機能材料、59ページ、1983年8月)の報告に見られる。例えば、テトラベンゾペンタセンは625nmの光を照射することによって、酸素付加が起こり吸収が短波長シフトする。この酸素付加によって分子内の共役が切断され、分極状態が変化し屈折率が大きく変動する。代表的な化合物の例を表1に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

0044

0045

次に、媒体に混入した有機化合物の誘電率の上昇による屈折率の制御について説明する。一般に、有機化合物材料を用いる場合には、紫外可視吸収を長波長化することで誘電率の上昇が得られ、屈折率が上昇する。

0046

このため、例えば、本発明の有機化合物としてロイコ色素を用いる場合には、ロイコ色素と、その補助剤としての光酸発生剤とをポリマークラッド内に分散させ、紫外光などにより光酸発生剤から酸を発生させてロイコ色素を発色させ屈折率を変化させた。ロイコ色素は媒体に均質に分散させておくことで、媒体全体の誘電率が上昇して屈折率が高くなる。屈折率の上昇はロイコ色素の反応の程度で決まり、従って、光照射の光量で発生する酸の量で屈折率上昇を制御できる。また、生成したロイコ色素の発色体は通常の環境では安定に存在し、屈折率を自己保持、すなわち、外部エネルギーを必要とせずに、所望の屈折率を維持することができる。

0047

ここにおいて用いられる色素発生補助剤としての光酸発生剤としては(化1)〜(化27)に示すようなハロゲン酸発生剤や、(化28)〜(化53)に示すようなスルホン酸発生剤や、(化54)〜(化57)に示すようなカルボン酸発生剤が例示できる。発生した酸による発色剤としては、(化58)〜(化127)に示すようなフルオラン型や、(化128)〜(化160)に示すようなトリフェニルメタン型や、(化161)〜(化205)に示すようなその他の化合物を例示することができる。用いる場合には、これらの光酸発生剤と発色剤を適宜組み合わせて用いれば良く、また光による酸発生と発色が伴うものであれば、本発明は例示した化合物になんら限定されない。

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0253

これらの光酸発生剤と発色剤を混合する高分子媒体としては、両者を溶解するものであれば限定されない。しかし、石英系の光導波路にこれら材料を適用する場合には通常汎用に用いられる高分子媒体よりも屈折率を下げる必要があり、このためにはメチルメタクリレートフッ素化メタクリレートとの共重合体フッ素化エポキシ樹脂等のフッ素化した高分子媒体が好ましい。酸発生に用いられる光の波長は、光酸発生剤の吸収帯のある波長を選択することが良い。一般にこれらは紫外光であるが、より高エネルギーのエネルギー線でも良い。

0254

これらの光酸発生剤と発色剤とを混合した高分子媒体は光導波路の一部として用いられるが、この中にさらに屈折率を低下させる材料と混合して用いると自由に屈折率を上下でき、より有効な使い方ができる。例えば、さらに混合させる、屈折率を低下させる材料としては、本発明に含まれる、光開裂に伴う「色素の退色現象」を持つ材料、例えばベーススチリル色素(具体例は後述の実施例3の<スチリル色素の例>を参照)が挙げられる。色素の退色に使われる光は可視光や紫外光となるが、この時に発色剤の発色波長と該色素の吸収波長の重なりは避けることが望ましい。このためには、上記したような発色色で示したように該退色色素の補色となるような発色剤を選択すればよい。

0255

ここにおいて高分子媒体と用いる各有機化合物の混合比は、用いる高分子媒体の溶解性、酸発生剤や発色剤の高分子媒体への溶解性の良否、また、必要とする屈折率変化量により異なる。典型的な値を例示すると、高分子媒体に対して、酸発生剤は5〜40%、発色剤は2〜20%であり、好適には、酸発生剤は10〜20%、発色剤は5〜10%、酸発生剤と発色剤の混合比は1:2以上で良好な結果が得られる。

0256

上記した光開裂型および光酸化型の屈折率変化以外にも、以下のような手段により屈折率は変化させることが可能である。

0257

すなわち、光によって重合するフォトポリマーをクラッド部分に分散させておき、該フォトポリマーを重合を起こすためのエネルギー線を照射して該フォトポリマーの高分子化に伴う屈折率変化を用いることもできる。このようなフォトポリマーを構成するモノマーを表2に例示する。

0258

0259

また、この場合、フォトポリマーが分散されるクラッドを形成する媒体としては、例えば、表3に示されるような化合物が挙げられる。

0260

0261

さらには、本発明の有機化合物として強誘電性液晶を用い、コアを挟んで1対の電極を設けることにより電圧印加し、液晶相転移ネマチックスメクチック)を用いてもよい。この場合には屈折率が大きく変化するが印加する電圧を微細に制御できるため、詳細に屈折率変化を制御可能である。本発明において用いうる強誘電性液晶の具体例を表4〜表6に示す。

0262

0263

0264

0265

さらに、本発明において用いうる強誘電性液晶ポリマーとして側鎖側液晶ポリマーがある。それらの内のシンナメート骨格液晶ポリマーを表7に示した。

0266

0267

また、環状ポリシロキサン触媒とをクラッド内に分散させておき、加熱することで線状ポリシロキサンへと変化させて屈折率を変化させることもできる。線状ポリシロキサンとしては重合度が数100から数1000のジメチルポリシロキサンジエチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、あるいは繰り返しシロキサン連鎖が3ないし4の1,1,3,3,5,5,−ヘキサメチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサエチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサフェニルトリシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリフェニルトリシロキサンがある。環状ポリシロキサンとしては6員環ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ヘキサエチルシクロトリシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリフェニルシクロトリシロキサン、8員環のオクタメチルシクロテトラシロキサンオクタエチルシクロテトラシロキサン等がある。

0268

これらのポリシロキサンの屈折率を変えるには、ルイス酸ブレンステッド酸等の酸触媒を加え、シロキサンの活性点を作る。所定の屈折率になるように温度をゆっくり変化させることにより、線状/環状間あるいは環状シロキサン化合物間の平衡定数あるいは天井温度をずらして、所望の屈折率に制御する。一定屈折率になった後、塩基性物質を加えて、活性点を消滅させる。活性点の消滅方法は電極などを用いることにより、陰極には陽イオンを、陽極には陰イオンを集めることによりイオン性物質固定化する他の方法を用いることもできる。このような方法により、屈折率を制御でき、所望の屈折率値を得ることができる。

0269

エネルギー線を照射したり、電圧を印加または電流を流すなどして有機化合物の屈折率を変化させる例を示したが、上記例以外でも屈折率が変化するものであれば、それらをコアあるいはクラッドとするかもしくはクラッド内に添加することが可能であり、これらもまた本発明の適用範囲である。

0270

例えばクラッド部分の媒体をポリマーとしておき、そのポリマー中に昇華(もしくは蒸発)しやすい物質(ヨウ素やアントラセンナフタレンなど)を分散させておき、加熱することによりポリマー中の昇華(もしくは蒸発)しやすい物質を昇華(もしくは蒸発)させ、系から除去し、設計値通りの値を示すもしくは求める値の得られた時点で、これらクラッドを含む素子全体を完全に封止し、昇華(もしくは蒸発)を止めるようにすればよい。

0271

また、屈折率の変化は二量化により起こすことも可能である。たとえばフェナントレンは光照射により二量化できる。

0272

同様に、クラッドに吸湿性の材料を添加するかクラッド自身を吸湿性材料で作製し、空気中の水分を含ませた上で、加熱するか、湿度を制御した空気中に置くか、減圧もしくは加圧することによりクラッド中の水分を制御して屈折率を制御し、設計値通りの値を示すか求める値の得られた時点で、同様に吸湿性材料を含む素子を封止すればよい。このような吸湿性化合物の具体例としては、シリカゲルポリメチルメタクリレートPMMA)、ポリスチレンなどが挙げられる。

0273

また、信号光波長域に吸収を待たない有機磁性体などを本発明の有機化合物として用い、これに磁場をかけることによっても屈折率を変化させることができる。本発明において用いうる有機磁性体の具体例としては、2,4,6−トリ−t−ブチルフェノキシルやポリフェニルアセチレンポリラジカルポリジアセチレンポリラジカル、ポリ(1,3−フェニレンエチニレン)ポリラジカル等が挙げられる。

0274

以上、本発明の屈折率の変化可能な有機化合物を光導波路のクラッドに用いた場合について説明した。

0275

次に、光導波路のコアに本発明の屈折率の変化可能な有機化合物を添加した場合について説明する。

0276

クラッドに上記有機化合物を添加した場合は、コアを伝搬する光のエバネッセント波を利用して屈折率変化を感受させ、光導波路の精度を向上させるものであったが、コアに直接上記有機化合物を添加した場合はコアそのものの屈折率を制御することとなり、非常に有効である。したがって、上記有機化合物の添加量も極めて微量で十分な効果(屈折率制御効果)を発揮することが可能である。

0277

コアに上記有機化合物を添加する場合には、この有機化合物がコアを伝搬してくる信号光の波長域に吸収を持っていないことが重要である。通信に用いられる信号光は1.3μm、1.55μm帯の赤外光であるので、特殊な有機化合物(例えば、赤外吸収色素)でない限り、通常の有機化合物は赤外域に吸収を持たないため、本発明に用いることができる「屈折率を変化させる有機化合物」の種類は多い。

0278

コアに添加した場合の屈折率調整方法は、クラッドに添加した場合と同じであって、添加した部分の垂直上部から電磁波を照射したり、あるいは前記電磁波をコア伝搬させて添加した部分に到達させたり、電圧印加、電流印加、加熱、冷却、減圧、磁場印加、他物質の含浸またはドープなどで調整することができる。

0279

なお、上記においては、基板上の光導波路を例にとって本発明を説明したが、本発明は、基板を持たないコア/クラッド構造を有する光導波路、例えば光ファイバーに対しても十分適用可能である。

0280

以下、具体的な例を挙げて説明する。

0281

〔実施例1〕<光酸発生剤とロイコ色素の例>
光酸発生剤として前記(化2)、(化28)および(化54)の化合物、発色剤とし前記(化103)の化合物を選び、ポリメチルメタクリレートの10%溶液溶剤メチルイソブチルケトン)に溶解して表8の組成になるようにした。これを、スピンコート法でシリコン基板の上に塗工して膜厚2.5μmの膜とした。この膜を十分乾燥後、Xe−Hgランプ(100W、バンドルファイバ付き)からの光を10分間照射(バンドルファイバの光射出口からの距離15cm)した。また、屈折率を光照射前後で測定して屈折率の増加を算出した。結果を同じく表8にまとめて示した。PMMA1重量部に対して光酸発生剤0.1重量部、発色剤0.1重量部を加えた例での屈折率変化の具体例を示すと、光照射前の屈折率は1.5003であったが、光照射後には1.5033となった。なお、屈折率の測定は1.5μmの光波長で行った。各試料を室温、室内光下で1週間放置したが、屈折率の変化はなく増加した屈折率は保持された。

0282

0283

〔実施例2〕<光酸発生剤とロイコ色素の例>
光酸発生剤として前記(化56)の化合物、発色剤として前記(化94)、(化104)、(化118)、(化126)、(化129)、(化134)、(化137)、(化160)、(化163)、(化184)および(化206)の化合物を選び、ポリメチルメタクリレートの10%溶液(溶剤:メチルイソブチルケトン)に溶解して表9の組成になるようにした。これを、スピンコート法でシリコン基板の上に塗工して膜厚2.5μmの膜とした。この膜を十分乾燥後、Xe−Hgランプ(100W、バンドルファイバ付き)からの光を10分間照射(バンドルファイバの光射出口からの距離15cm)した。また、屈折率を光照射前後で測定して屈折率の増加を算出した。結果を表9にまとめて示した。PMMA1重量部に対して光酸発生剤0.2重量部、発色剤0.1重量部を加えてた例での屈折率変化の具体例を示すと、光照射前の屈折率は1.5103であったが、光照射後には1.5123となった。なお、屈折率の測定は1.5μmの光波長で行った。各試料を室温、室内光下で1週間放置したが、屈折率の変化はなく増加した屈折率は保持された。

0284

0285

〔実施例3〕<スチリル色素の例>
光開裂型有機化合物として、スリチル色素である4[2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]ブテニル]キノリンを用いた例を示す。

0286

本実施例において用いる導波路はマッハツェンダ形干渉計の導波路である。このマッハツェンダ形干渉計を図4に示す。

0287

このマッハツェンダ形干渉計は、シリコン基板(2)上に形成されたコア(1)、該コア(1)を2本組み合せてなる2個の3dBカプラ(13)、2個の該3dBカプラ(13)間に存在する、本発明の有機化合物からなる上部クラッド層を有する直線導波路部分(7)および本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層を有する直線導波路部分(8)から構成される。図4中、符号(9)および(10)は光の入射ポートを示し、符号(11)および(12)は光の出射ポートを示す。

0288

この光開裂型有機化合物40mg、ポリメチルメタクリレート(PMMA)400mgをモノクロルベンゼンとメチルイソブチルケトンとの1:1混合溶媒2.5mlに溶解して塗布溶液を作製する。作製した塗布溶液を直線導波路(7)の上部クラッド部位を長さ5mm、幅50μm、深さ30μm(コア(1)の上面まで)除去した加工溝注入し、厚さ5μmで塗布する。

0289

1.5μmの半導体レーザを光源とし、3dBカプラ(13)2個と2つのアームの内の1つが光路長を20nm以上の精度で調整できる光路長可変装置を組み込んだマッハツェンダ型干渉計の片ポートに、作製した直線導波路素子を挿入した。波長365nmのXe光を照射し、照射前後の出力を光パワーメータで測定した。

0290

Xe光未照射の直線導波路素子を用い、マッハツェンダ干渉計を出力が最大となるように、すなわち両アーム位相差がないように光路長可変装置を駆動させ初期設定後、Xe光照射した素子を測定した。その結果、光出力最大値の23%でこれから見積もられる位相変化量は139°であった。この位相変化は、屈折率の変化によるものである。

0291

一般に、位相シフト幅ΔΦは

0292

ΔΦ=2π×Δneff×L/λ
(式中、Δneffは導波路の実効屈折率の変化、Lはアーム導波路の長さ、λは波長である。)で表される。また、マーカティリ法により解析結果を直線近似すると、
Δneff=0.2Δnp
(式中、Δnpは高分子化合物の屈折率変化幅である。)と表される。以上の式を用いて逆算することにより、位相変化量の値から屈折率変化量を近似的に求めることができる。したがって、上記の位相変化量139°より近似される屈折率変化量は、1.5μmの波長でΔn=5.8×10-4であった。

0293

〔実施例4〕<濃度制御の例>
PMMA400mgに対して、4[2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]ブテニル]キノリンを0.4mg、4mg、40mg添加し、モノクロルベンゼン、メチルイソブチルケトンの1:1混合溶媒2.5mlに溶解させ塗布溶液を作製する。これらの塗布溶液を直線導波路(7)の加工溝にクラッドを形成し、3種類の素子を作製した。

0294

色素濃度の異なる3種類素子を実施例3と同様にしてマッハツェンダ型干渉計の片ポートに挿入し、初期の出力が0となるように波長可変装置を駆動させた後、波長365nmのXe光を1分照射し、出力を調べた。

0295

その結果、出力から計算した位相変化は0.4mg、4mg、40mg添加に対してそれぞれ2°、18°、180°であり、その時のΔnは1.5μmの波長で各々0.083×10-4、0.75×10-4、7.5×10-4であった。このことから、マトリックスポリマ中の色素濃度で位相シフト量を制御できることがわかった。

0296

〔実施例5〕<照射時間の例>
実施例3と同様に光開裂型有機化合物として、4[2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]ブテニル]キノリンを40mgおよびPMMA400mgをモノクロルベンゼンとメチルイソブチルケトンとの1:1混合溶媒2.5mlに溶解させ塗布溶液を作製する。作製した塗布溶液を、直線導波路(7)の上部クラッド部位を長さ5mm、幅50μm、深さ30μm(コア(1)の上面まで)除去した加工溝に注入し、厚さ5μmで塗布した。

0297

1.5μmの半導体レーザを光源とし、3dBカプラ2個と2つのアームの内の1つが光路長を20nm以上の精度で調整できる光路長可変装置を組み込んだマッハツェンダ型干渉計の片ポートに、作製した直線導波路素子を挿入した。超高圧水銀灯の波長365nmの光を照射しながら、出力を光パワーメータで測定した。その結果、初期に出力が最大となるように光路長可変装置を駆動させ、照射時間とともに光強度が変化し、約1分でほぼ0となり、約2分後に再び最大となった。これにより、光照射光量屈折率が変化し、導波光の位相を180°以上変化させることができ、Δnを1.5μmの波長で7.5×10-4以上変化させることができることが分かった。

0298

〔実施例6〕<PCと酸化劣化色素を組み合わせた例>
光酸化型化合物としてテトラベンゾペンタセンを10mgおよびPMMA400mgをモノクロベンゼンとメチルイソブチルケトンとの1:1混合溶媒2.5mlに溶解させ塗布溶液を作製する。作製した塗布溶液を直線導波路(7)の上部クラッド部位を長さ5mm、幅50μm、深さ30μm(コア(1)の上面まで)除去した加工溝に注入し、厚さ5μmで塗布した。

0299

実施例3と同様の測定装置の片ポートに作製した上記直線導波路を挿入し、初期出力が最大となるように光路調整した後、633nmのHeNe光(5mW)を照射しながら出力を測定した。その結果、光照射時間とともに光出力が変化し、約1分50秒でほぼ0となり、約3分40秒後に再び最大となった。これにより、光照射によって屈折率が変化し、導波光の位相を180°以上変化させることができ、Δnを1.5μmの波長で7.5×10-4以上変化させることができることが分かった。

0300

〔実施例7〕<昇華の例>
高分子フッ素化PMMAに酸化防止剤であるアーノックス1010(チバガイギー株式会社製)を10wt%添加し、これを導波路の高分子クラッド(厚さ20μm)(4)として作製した(図5(a))。これに赤外線ランプ(14)を光を集光させ高分子クラッド(4)に光照射することで(図5(b))屈折率の低下が認められ、導波路長のトリミングが可能となった。トリミング幅位相値で10πラジアンであった。なお、図5(a)は本実施例による導波路の上面図であり、図5(b)は図5(a)におけるA−A′断面図である。

0301

尚、上記実施例3〜7において使用した光導波路の主な仕様は以下のとおりであった。

0302

石英ガラス系PLC(基板Si)
コア断面8×8μm2
高分子クラッド長 5mm
コアの屈折率1.4481
下部クラッド層の屈折率 1.444
屈折率変化クラッド層の屈折率 1.444±Δn
〔実施例8〕<吸湿性材料(シリカゲル等)の例>
光導波路の一部にフッ素化エポキシ樹脂による上部側部クラッド(厚さ15μm)(5)を形成し、さらに同フッ素化エポキシ樹脂に4Aシリガゲル粉末を20%添加した上部クラッド層(4)をさらに50μmの厚さに積層させた(図6(b))。この上に金属ヒータ(15)を形成し、導波路長トリミング素子とした(図6(a))。金属ヒータ(15)に電極(16)を用いて電力(0.3A、5V)を印加すると、下層のフッ素化エポキシ樹脂(5)の屈折率が低下し、導波路長のトリミングができた。この場合のΔnは1.1×10-4であった。トリミング幅は位相値で8πラジアンであった。なお、図6(a)は本実施例による導波路の上面図であり、図6(b)は図6(a)におけるA−A′断面図である。

0303

ヒータ電力を一定にすると、トリミング状態は一定に維持された。ヒータ電力を切ると元の状態に戻った。

0304

また、屈折率が一定となったところで、この素子に光ファイバを接続して完全に封止し水分の出入りを遮断したところ、ヒータ電力を切り温度が下がった状態の屈折率を維持することができた。

0305

以上の実験で使用した光導波路の主な仕様は以下のとおりである。

0306

石英ガラス系PLC(基板Si)
コア断面8×8μm2
高分子クラッド長 5mm
コアの屈折率1.4481
下部クラッド層の屈折率 1.444
屈折率変化クラッド層の屈折率 1.444±Δn
〔実施例9〕<高分子の光酸化劣化の例>
フッ素化エポキシ樹脂を本発明の有機化合物として用いて、上部側部クラッド(4)を形成した(図7(a))。ここに100W高圧水銀灯(17)をバンドルファイバ(18)で導波路上部に導き、紫外線強度1W/cm2 で10分間、同クラッド(4)を照射した(図7(b))。屈折率が変化し、導波路長のトリミングが可能となった。この場合のΔnは1.8×10-4であった。トリミング幅は位相値で10πラジアンであった。なお、図7(a)は本実施例による導波路の上面図であり、図7(b)は図7(a)におけるA−A′断面図である。

0307

照射強度および照射時間を変えることで任意の導波路長のトリミングが可能となった。

0308

以上の実験で使用した光導波路の主な仕様は以下のとおりである。

0309

石英ガラス系PLC(基板Si)
コア断面8×8μm2
高分子クラッド長 5mm
コアの屈折率1.4481
下部クラッド層の屈折率 1.444
屈折率変化クラッド層の屈折率 1.444±Δn
〔実施例10〕<フォトポリマーの例>
63%の媒体であるポリビニルブチラールに25%の2−フェノキシエチルアクリレート、12%のN−ビニルカバゾールの組成のポリマー溶液を実施例1と同様して光路長可変装置を回路の一部に持つマッハツェンダ型平面型光学回路(PLC)に塗布する。光路差平衡を取った後、310nmのX線を照射して、2−フェノキシエチルアクリートN−ビニルカルバゾールを共重合させた。

0310

これに伴い、屈折率を増加させることができた。この場合のΔnは2.1×10-4であった。X線の照射時間を変化させることにより、ポリビニルブチラールの屈折率から約ナトリウムD線で0.380までの任意の屈折率値に増加させ、さらに固定させることができる。本屈折率の変化を上記光学回路の片方の光回路に起こさせることによって、光波長を制御する素子を作製することができた。

0311

〔実施例11〕<光酸発生剤とロイコ色素の例>
光酸発生剤として(化56)の化合物、発色剤として(化137)の化合物を選び、これらを溶解する高分子媒体としてメチルメタクリレートと2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの共重合体(組成比は、2:8)を用いて、実施例1と同様にして、高分子媒体1重量部に対して光発生剤0.2重量部、発色剤0.1重量部の材料を作製した。溶剤には、メチルイソブチルケトンを用い、濃度は高分子媒体が10%になるようにした。これをスピンコート法でシリコン基板の上に塗工して厚さ2μmの膜として、屈折率を測定した。測定した屈折率の値は、1.442となり、この屈折率は石英系光導波路のクラッドの屈折率とほぼ一致した。

0312

次に、図4に示すように両端に3dBカプラ(13)を持つマッハツェンダ型光導波路を作製した。この時、光導波路のアーム部の一部のクラッドを作製しないようにする。このアーム部に一方は、メチルメタクリレートと2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの共重合体(組成比6.5:3.5、屈折率1,443)をクラッドとして塗工し、もう片方には上記で作製した高分子媒体と光酸発生剤、発色剤の混紡物を同様にクラッドとして塗工した。

0313

光導波路の入射ポート9から、1.55μmの光を導入して、出射ポート11および12の出力をモニタしたところ、導波損失は5dBであった。次に、出射ポート11および12の光出力をそれぞれモニタしながら、光導波路のアーム部に紫外光を照射した。出射ポート11および12からの光出力は増加、減少を繰り返す挙動を示し、また、出射ポート11および12からの光出力の和は変化しなかった。この結果は、本発明の材料により光導波路を伝搬する光の位相が変化することを示しており、出射ポート11および12の光出力変化により求めた屈折率の上昇は、0.0028であった。

0314

任意の光出力変化で紫外光の照射を止めて、出射ポート11および12の光出力のモニタを継続したが、100時間後でも光出力は変わらず、屈折率変化は自己保持していることが分かった。

0315

〔実施例12〕<強誘電性液晶の例>
(S)アゾメチン系強誘電性液晶の1つであるSc(スメクチック)*相の2−メチルブチル−p−{p−n−デシロキシベンジリデンアミノ}シンナメート(以下、DOBAMBC略記する)を用い、電極間の配向によって、一定の屈折率を取らせた後、屈折率を固定する。マッハツェンダ型PLCのコア部を覆うような形状に厚さ数μmから10数μmの薄い石英セルの蓋部を形成している。コア部とのスペースに表6ないし表7中の単一または複数の強誘電性液晶を毛細管現象を利用して注入し、密閉する。電界を印加して永久双極子モーメント反転させることにより屈折率値を変化させ特定の値に固定された後、保持することができる。この操作により屈折率の変化量としてΔn=10-4〜10-2が得られた。屈折率変化による位相変化を利用することにより、波長選択性光学素子として用いることができた。

0316

〔実施例13〕<環状ポリシロキサン+触媒→線状シロキサン>
環状ポリシロキサンとしてオクタメチルシクロテトラシロキサン(nD1.3968)、線状シロキサンとして1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサン(nD1.4071)の例を示す。当該環状ポリシロキサンの50%塩化エタン溶液に0.01モル/l濃度の三フッ化硝素エーテル錯体を添加する。本溶液を光路可変装置を組み込んだPLCのコア部の上部にスペーサを持つマッハツェンダ型光学回路の毛細管現象を利用して捜入する。屈折率が所望の値になるような温度に上げ、2時間保持する。本操作によりオクタメチルシクロテトラシロキサンは線状シロキサンである1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサンと環状化合物であるオクタメチルシクロテトラシロキサンの混合物に変化する。このようにして屈折率を変化させた。この操作により屈折率の変化量としてΔn=10-4〜10-3が得られた。さらに固定することにより、任意の波長可変装置として用いることができる。

発明の効果

0317

以上、詳細に説明したように、本発明を用いれば、光導波回路(PLC)の屈折率を簡便に所望の値にすることができ、しかも、得られた屈折率を維持するのになんらエネルギーを必要としない自己保持の屈折率調整ができる。

0318

また、本発明の装置を用いれば、屈折率を調整する部位だけに電磁波を照射できるため、その他の屈折率調整に無関係な部位への影響が少なくすることができる。

0319

さらに、本発明の屈折率調整方法を用いれば、光導波回路を作製した後で、たとえその光導波回路が複雑なものであっても、任意の部位にある特定の光素子だけを選択してその光素子が設計値通りに動作するように所望の屈折率へ電磁波を照射することによって屈折率を増加、あるいは減少させることができるものである。

図面の簡単な説明

0320

図1コアの上部、両側面の3面を本発明の有機化合物クラッド層で覆った3dBカプラを示す図である。
図2コアの上面を上部クラッド層として本発明の有機化合物クラッド層で覆った3dBカプラを示す図である。
図3コアの一部上面に本発明の有機化合物クラッド層を設け、さらにその周囲を上部クラッド層で覆った3dBカプラを示す図である。
図4本発明による光導波路を適用したマッハツェンダ型干渉計を示す図である。
図5コアの上面を本発明の昇華性有機化合物クラッド層で覆い、昇華により屈折率を変化させて導波路長をトリミングした本発明の光導波路を示す図である。
図6コアの上面を本発明の吸湿性有機化合物クラッド層で覆い屈折率を変化させて導波路長をトリミングした本発明の光導波路を示す図である。
図7コアの上周面を本発明の光酸化劣化性有機化合物クラッド層で覆い、光照射により屈折率を変化させて導波路長をトリミングした本発明の光導波路を示す図である。

--

0321

導波路コア
2シリコン(Si)基板
3 下部クラッド層
4 本発明の有機化合物からなる上部クラッド層
5 本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層
6 上部カバー層
7 本発明の有機化合物からなる上部クラッド層を有する直線導波路部分
8 本発明の有機化合物を含有しない上部クラッド層を有する直線導波路部分
9,10入射ポート
11,12出射ポート
133dBカプラ
14赤外線ランプ
15金属ヒータ
16電極
17高圧水銀灯
18ハンドルファイバ

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