(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ形光素子において、ファイバ被覆が１００℃以上の耐熱性を持ち、透明電極が端面及び側面に設けられた光ファイバから構成され、
前記ファイバの被覆は、金属あるいはポリイミドであり、かつ、前記透明電極は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯのうちいずれか１つからなり、１００℃以上４００℃以下で形成されたものであることを特徴とするファイバ形光素子。
【請求項２】
前記透明電極が端面及び側面に設けられた一対の光ファイバを、その端面の間隔を開けて対向させ、かつ両者の光軸が一致するように配置し、前記光ファイバの端面間のギャップに、電気光学効果、光変調効果を有する材料・素子を充填あるいは挿入し、その光の強度、偏波を制御したり、波長を選択したりすることを特徴する請求項１に記載のファイバ形光素子。
【請求項３】
前記１本の光ファイバが基板に固定され、該光ファイバに垂直な溝を設け、該溝の壁面に透明電極が設けられ、前記溝に電気光学効果・光変調効果を有する材料・素子を充填あるいは挿入し、その光の強度、偏波を制御したり、波長を選択したりすることを特徴する請求項１に記載のファイバ形光素子。
【請求項４】
前記電気光学効果、光変調効果を有する材料が、ネマチック液晶、高分子分散型液晶、ポリマーネットワーク液晶、強誘電性液晶、コレステリックーネマチック相転移液晶、ダイナミックスキャッタリング液晶のいずれか１つ、もしくはエレクトロクロミック材料であり、前記電気光学効果、光変調効果を有する素子が、半導体面型光変調器もしくは電気光学結晶面型光変調器であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のファイバ形光素子。
【請求項５】
前記光ファイバの端面の透明電極上にエレクトロルミネセンス素子、面発光レーザ、面型ディテクタのいずれか１つを有することを特徴とする請求項１に記載のファイバ形光素子。
【請求項６】
前記エレクトロルミネセンス素子は、有機薄膜エレクトロルミネセンス、ＺｎＳ、ＺｎＳｅに発光元素をドープした無機薄膜エレクトロルミネセンス、ＺｎＳ蛍光体をバインダに混合した有機分散型エレクトロルミネセンス、超微粒子Ｓｉ膜のいずれか１つを主とするエレクトロルミネセンスからなることを特徴とする請求項５に記載のファイバ形光素子。
【請求項７】
ファイバ被覆が１００℃以上の耐熱性を持ち、透明電極が端面及び側面に設けられた光ファイバから構成され、前記ファイバの被覆は、金属あるいはポリイミドであるファイバ形光素子の作製方法であって、
前記光ファイバの端面及び側面に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯのうちいずれか１つの材料をスパッタリング又は蒸着することにより透明電極を形成すると共に、前記透明電極は１００℃以上４００℃以下で形成されることを特徴とするファイバ形光素子の作製方法。
【請求項８】
前記透明電極が端面及び側面に形成された一対の光ファイバを、その端面の間隔を開けて対向させ、かつ両者の光軸が一致するように配置し、前記光ファイバの端面間のギャップに、電気光学効果、光変調効果を有する材料・素子を充填あるいは挿入することを特徴とする請求項７に記載のファイバ形光素子の作製方法。
【請求項９】
前記光ファイバを対向させ、光軸を一致させて配置するための治具が、Ｖ溝、光ファイバ接続用スプライス、フェルール及びスリーブからなる光コネクタ、マイクロキャビラリのいずれか１つからなることを特徴とする請求項８に記載のファイバ形光素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ形光素子及びその作製方法に関し、特に、光ファイバの端面及び側面に透明電極を有し、その電極により、電界、電圧、電流を機能材料に印加あるいは注入し、光のロス、偏波、位相を制御したり、あるいは発光・受光したりするファイバ形光素子及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバを用いた光素子、例えば、光のロス、偏波を制御する素子は種々報告され、また市販されている。そのほとんどは光ファイバからの光をレンズでコリメートビームにして自由空間に飛ばし、電気光学効果、光変調効果、フィルタ効果を有する素子に透過させて、さらにレンズで集光して出力光ファイバにカップリングさせるものが多い。
【０００３】
一例をあげれば、２つの対向するコリメータの間にＮＤフィルタや波長フィルタを挿入し、その場所を移動あるいは回転させるタイプの可変光減衰器、可変波長フィルタが開発されている。あるいは透明電極付きの２枚のガラス板で挟んだ液晶層を対向するコリメートファイバで挟んで光のロスを制御する可変光減衰器、可変波長フィルタが開発されており、偏波を制御する偏波制御素子も市販されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの素子は、コリメータを用いるため、光ファイバのアライメントに労力を必要とし、大型になり、アレイ化は困難であるという問題があった。
【０００５】
また、光ファイバに半導体レーザや発光ダイオードからの光をカップリングするためには、あるいは光ファイバからの光をディテクタにカップリングさせるためには、これらの素子をマウントに乗せて、レンズなどを配置してアライメントする必要があり、労力を必要とした。
【０００６】
また、光が透明電極を通過する素子では、通常ガラス基板に透明電極であるインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：以下、単に、ＩＴＯと称する）を形成する。透明電極ＩＴＯは可視光においては透過率が高いが、長波長になるに従って透過率が低下し、通信波長帯である近赤外波長帯１.５５μｍにおいては、キャリヤによるプラズマ吸収端の影響で、膜厚４０ｎｍでも透過率が５０％まで低下するという問題があった。
【０００７】
Iｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの透明電極でも同様の問題があった。また、光ファイバにこれらの透明電極を形成すると、光ファイバの被覆の耐熱性が低いため、透過率の高い透明電極を光ファイバの端面に形成することが困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、アライメントが容易であり、小型化、アレイ化が可能な光素子（デバイス）及びその作製方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、透明電極を光ファイバの端面、側面に形成し、前記端面上に発光素子及び受光素子を設けた光ファイバ形素子及びその作製方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、光ファイバの端面及び側面に形成された可視光・近赤外波長帯において透過率の高い透明電極を用いた光ファイバ形素子及び作製方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１３】
（１）ファイバ形光素子において、ファイバ被覆が１００℃以上の耐熱性を持ち、透明電極が端面及び側面に設けられた光ファイバから構成され、前記ファイバの被覆は、金属あるいはポリイミドであり、かつ、前記透明電極は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯのうちいずれか１つからなり、１００℃以上４００℃以下で形成される。
【００１４】
（２）前記手段（１）のファイバ形光素子において、前記透明電極が端面及び側面に設けられた一対の光ファイバを、その端面の間隔を開けて対向させ、かつ両者の光軸が一致するように配置し、前記光ファイバの端面間のギャップに、電気光学効果、光変調効果を有する材料・素子を充填あるいは挿入し、その光の強度、偏波を制御したり、波長を選択したりするものである。
【００１５】
（３）前記手段（１）のファイバ形光素子において、前記１本の光ファイバが基板に固定され、該光ファイバに垂直な溝を設け、該溝の壁面に透明電極が設けられ、前記溝に電気光学効果・光変調効果を有する材料・素子を充填あるいは挿入し、その光の強度、偏波を制御したり、波長を選択したりするものである。
【００１６】
（４）前記手段（２）または（３）のファイバ形光素子において、前記電気光学効果、光変調効果を有する材料が、ネマチック液晶、高分子分散型液晶、ポリマーネットワーク液晶、強誘電性液晶、コレステリックーネマチック相転移液晶、ダイナミックスキャッタリング液晶のいずれか１つ、もしくはエレクトロクロミック材料であり、前記電気光学効果、光変調効果を有する素子が、半導体面型光変調器もしくは電気光学結晶面型光変調器である。
【００１７】
（５）前記手段（１）のファイバ形光素子において、前記光ファイバの端面の透明電極上にエレクトロルミネセンス素子、面発光レーザ、面型ディテクタのいずれか１つを有する。
【００１８】
（６）前記手段（５）のファイバ形光素子において、前記エレクトロルミネセンス素子は、有機薄膜エレクトロルミネセンス、ＺｎＳ、ＺｎＳｅに発光元素をドープした無機薄膜エレクトロルミネセンス、ＺｎＳ蛍光体をバインダに混合した有機分散型エレクトロルミネセンス、超微粒子Ｓｉ膜のいずれか１つを主とするエレクトロルミネセンスからなる。
【００２１】
（７）ファイバ被覆が１００℃以上の耐熱性を持ち、透明電極が端面及び側面に設けられた光ファイバから構成され、前記ファイバの被覆は、金属あるいはポリイミドであるファイバ形光素子の作製方法であって、前記光ファイバの端面及び側面に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯのうちいずれか１つの材料をスパッタリング又は蒸着することにより透明電極を形成すると共に、前記透明電極は１００℃以上４００℃以下で形成される。
【００２２】
（８）前記手段（７）のファイバ形光素子の作成方法において、前記透明電極が端面及び側面に形成された一対の光ファイバを、その端面の間隔を開けて対向させ、かつ両者の光軸が一致するように配置し、前記光ファイバの端面間のギャップに、電気光学効果、光変調効果を有する材料・素子を充填あるいは挿入する方法である。
【００２３】
（９）前記手段（８）のファイバ形光素子の作成方法において、前記光ファイバを対向させ、光軸を一致させて配置するための治具が、Ｖ溝、光ファイバ接続用スプライス、フェルール及びスリーブからなる光コネクタ、マイクロキャビラリのいずれか１つからなる。
【００２６】
すなわち、本発明のポイントは、光ファイバの端面及び側面に透明電極を形成して、光ファイバのアライメントが容易で、かつアレイ化が可能となるようにするために、通常光ファイバ接続器として用いられている光ファイバ接合用スプライス、Ｖ溝アレイ、マイクロキャビラリ、光コネクタ等を用いたことである。また、光ファイバを溝の中に固定して、それに垂直に溝を設け、その溝の壁面に透明電極を形成して、アライメントを不要としたことである。
【００２７】
さらに、光ファイバ用の光源・受光素子として、前記透明電極を形成した上に電圧、電界、電流によって発光する層もしくは素子あるいは受光する層もしくは素子を形成して設置する構成及び作製方法を開発し、小型、アレイ化、アライメントが容易な方法を実現した。
【００２８】
本発明は、光ファイバとしては、ガラスファイバのみでなく、プラスチックファイバにも適用できる。
【００２９】
さらに、透過率の高い透明電極の形成温度が１００℃から４００℃であることを見いだした。特に、ＩＴＯの場合、ＩＴＯを形成する際の温度及び熱処理温度が１００℃から４００℃にすると、透過率が上がることを見いだした。さらに、基板温度を１００℃にし、熱処理温度を３００℃から３５０℃にすると、可視から近赤外波長帯での透過率が１００％近くまで向上することを見いだした。この方法で作製した２０ｎｍ厚さのＩＴＯの通信波長帯における透過率が９９％以上になる。
【００３０】
透明電極はＩＴＯに限らず、従来知られているＩｎ2０3、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの透明電極でも基板温度及び熱処理温度が１００℃から４００℃が最適であることを見いだした。さらに、通常の光ファイバあるいはフェルールに挿入された光ファイバに前記条件で透明電極を形成すると、通常の被覆層（保護膜）が耐熱性の低いＵＶコートであり、フェルールと光ファイバの接着剤の耐熱性が低いため、ＵＶコート、接着剤が焼け黒化してしまう。本発明では、従来の耐熱性が１００℃以下であるＵＶコートファイバに代えて、被覆材料として金属コート、あるいはポリイミドコートが最適であることを見いだした。
【００３１】
なお、本発明は、前記に限定せず光ファイバの端面及び側面に透明電極を形成したファイバ形光素子全てに適用できるものである。
【００３２】
以下に、本発明について、本発明による実施形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明による実施例１の光減衰器（ファイバ形光素子）の概略構成を示す斜視図、図２及び図３は、図１に示す光減衰器（ファイバ形光素子）の作製方法を説明するための図である。図１乃至図３において、１-１は光ファイバ心線（例えば、ガラスファイバを用いる）、１-２は保護膜が被覆された光ファイバ、１-２Ａは金属あるいはポリイミドからなる保護膜（被覆層）、１-３はファイバ端面及び側面に形成したＩＴＯ透明電極、１-４はガラススプライスホルダ、１-５はＶ溝１-５Ａを有するマイクロガラスキャビラリ、１-６はスプライスの蓋、１-７はファイバ押さえ用金属プレートで、１-８は前記電気光学効果あるいは光変調効果を有する材料（例えば、ポリマーネットワーク液晶、高分子分散型液晶、コレステリックーネマチック液晶等を用いる）、１-９は取り出し電極、１-１０は絶縁フィルムである。
【００３４】
本実施例１の光減衰器（ファイバ形光素子）は、図１乃至図３に示すように、例えば、ガラスファイバからなる光ファイバ心線１-１、金属あるいはポリイミドからなる保護膜（被覆層）１-２Ａが被覆された光ファイバ１-２、光ファイバ１-２の端面及び側面に形成したＩＴＯ透明電極１-３、ガラススプライスホルダ１-４、Ｖ溝１−５Ａを有するマイクロガラスキャビラリ１-５、ガラススプライスホルダ１-４の蓋１-６、ファイバ押さえ用の金属プレート１-７、電気光学効果あるいは光変調効果を有する材料（例えば、ポリマーネットワーク液晶、高分子分散型液晶、コレステリックーネマチック液晶等を用いる）１-８、取り出し電極１-９、及び絶縁フィルム１-１０で構成されている。
【００３５】
本実施例１の光減衰器（ファイバ形光素子）の作製方法は、図２に示すように、まず、図２（ａ）に示すように、光ファイバ心線１-１の周りに例えばポリイミドからなる保護膜（被覆層）１-２Ａが被覆された光ファイバ１-２を用意する。あるいは光ファイバ心線１-１に金属が被覆された光ファイバでもよい。これらの光ファイバ１-２は、信頼性を向上させるために海底用光ファイバとして開発されたものであり、容易に入手が可能である。
【００３６】
保護膜（被覆層）１-２Ａのない裸光ファイバを用いた場合、光ファイバの側面に傷が入り安く、ＩＴＯ透明電極は４００℃までの温度で形成できるが、折れ安く実用に耐える素子を作製することは困難であり、本発明のように光ファイバには耐熱性の保護膜（被覆層）１-２が必要である。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ心線１-１が数ｃｍ程度出るようにファイバストリッパで光ファイバ１-２のポリイミドコート（保護膜）１-２Ａを剥がす。この時、ストリッパの温度を７００℃と高くしておくと、ポリイミドコート（保護膜）１-２Ａが簡単に剥がれる。あるいは１００℃程度に加熱した硫酸に浸すことによっても保護膜（被覆層）１-２を剥がすことができる。金属コートファイバの場合には塩酸、硫酸などの酸に浸すことによって金属の保護膜（被覆層）１-２Ａを取り除くことができる。
【００３８】
図２（ｂ）に示すように、ファイバカッタで光ファイバ１-２の端面が平坦になるように切断する。望ましくは光ファイバ１-２の端面を研磨するとさらに特性が向上する。
【００３９】
この状態で、ＩＴＯ蒸着装置、あるいはスパッタ装置に入れる。次に、図２（ｃ）に示すように、光ファイバ１-２の端面及び側面にＩＴＯ透明電極１-３が形成されるようにスパッタリングで形成するかあるいは蒸着する。スパッタリングの場合には、端面及び側面全体にＩＴＯ透明電極１-３が形成される。一方、蒸着の場合には端面及び側面の一部にＩＴＯ透明電極１-３が形成される。ポリイミドの耐熱温度は４００℃、金属はそれ以上であるので、透過率を上げるため、基板温度を１００℃とし、ＩＴＯを４０ｎｍ程度スパッタリングで形成し、酸素雰囲気にして光ファイバ１-２の温度を３５０℃、２時間半程度アニールする。
【００４０】
このようにアニールしたことによって、通信波長帯の透明電極の透過率が上がることを図４に示す。図４（ａ）はアニール前の透過スペクトル、図４（ｂ）は３５０℃、１５０分アニールした４０ｎｍのＩＴＯの透過スペクトルを示す。通信波長１.５５μｍにおいて、１.０ｄＢのロスが０.２ｄＢ程度のロスまで改善されることが分かる（本スペクトルは反射ロスも含んでおり、反射ロスを除くと可視域における最大透過率はほぼ１００％の透過率である）。同様の効果が基板温度１００℃から３００℃、アニール温度が２００℃から４００℃で得られた。また、Ｉｎに対してＳｎの割合が０から１０ｗｔ％が望ましい。
【００４１】
さらに、透明電極１-３はＩＴＯに限らず、従来知られているＩｎ2０3、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの透明電極でも基板温度及び熱処理温度が１００℃から４００℃が最適であった。
【００４２】
次に、図２（ｄ）に示すように、一般に光ファイバ接続器として市販されている光ファイバスプライスホルダ１-４を用意する。ここでは４心のものを示したが、１心、４心、８心、１２心のものが市販されている。両側から前記光ファイバをＶ溝１-５Ａ及びマイクロキャビラリ１-５に挿入する。通常光ファイバが対向する部分にはマッチングオイルが塗られているが、マッチングオイルを除去した光ファイバスプライスホルダ（例えば、ガラススプライスホルダ）１-４を用いる。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、マイクロキャビラリ１-５の左右から前記光ファイバ１-２を挿入し、顕微鏡で観測しながら、ギャップ１-８Ａの長さを調整する。光ファイバ１-２のギャップ１-８Ａに前記電気光学効果あるいは光変調効果を有する材料１-８を充填する。材料１-８として、例えば、ポリマー分散型液晶、ポリマーネットワーク型液晶、コレステリックーネマチック相転移液晶、ダイナミックスキャッタリング液晶等を用いる。この際、配向膜を必要とする場合には、あらかじめ光ファイバを配向膜に浸して乾燥させておく。通常前記の液晶の場合は配向膜は必要ない。
【００４４】
高分子分散型あるいはポリマーネットワーク型液晶の場合には紫外線ＵＶを照射して固体化する。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に示すように、電極取り出しのための取り出し電極１-９を光ファイバ１-２の側面のＩＴＯ透明電極１-３から接着剤、導電性ペーストを用いて取り出す。
【００４６】
さらに、図３（ｃ）に示すように、光ファイバ１-２の位置合わせを正確にするため、ガラススプライスホルダ１-４の開口を蓋１-６で蓋して、光ファイバ１-２を金属圧着プレート１-７で押さえ、下側に押しつけるようにする。この際、押しつけの蓋１-６として金属板が用いられている場合には対向する光ファイバ１-２のＩＴＯ透明電極１-３がショートしないように薄い絶縁フィルム１-１０をスペーサとしてかませる。
【００４７】
前記の工程により作製した光減衰器の特性を図５に示す。光ファイバのギャップは１０μｍ程度であり、充填した液晶はポリマーネットワーク液晶である。１.５Ｖ程度の非常に低い電圧で動作し、消費電力はμＷであり、ロスは１０ｄＢから０.２ｄＢ程度まで制御でき、偏波依存性もない。さらに、１２心までアレイ化も非常に容易で、小型、多心の光減衰器が実現できた。
【００４８】
前記作製工程では、ガラススプライスホルダ（光ファイバスプライスホルダ）１-４を用いて光ファイバ１-２の位置合わせをしたが、Ｓｉ、ガラス、プラスチックのＶ溝アレイの上で光ファイバ１-２を位置合わせしてもよいし、ガラススプライスホルダ１-４からガラスマイクロフェルールを取り出して、位置合わせをしてもよい。また、フェルールに前記光ファイバ１-２を挿入し、光コネクタ用のスリーブの左右から光ファイバ１-２を挿入して位置合わせをしてもよい。
【００４９】
コレステリックーネマチック相転移液晶、高分子分散型液晶、ダイナミックスキャッタリング液晶を用いた場合には駆動電圧は１０Ｖ程度と高くなるが、同様の光減衰器特性が得られた。
【００５０】
前記では液晶材料を溝の中に充填したが、エレクトロクロミック材料でも同様の効果があった。さらにＩｎＰやＧａＡｓなどのIII-Ｖ族半導体面型変調器あるいはＬｉＮｂＯ3を代表とする電気光学結晶などの面型変調器を差し込んで、光ファイバ１-２の端面に形成された透明電極と面型変調器の裏表面の電極とが接触するように、前記変調器を光ファイバ１-２で挟んでも、同様に光を変調、減衰することができた。
【００５１】
（実施例２）
前記実施例１では、光のロスを制御する光減衰器の作製方法を説明したが、本実施例２では、任意の偏波を特定方向の偏波に変換する光偏波制御素子について説明する。
【００５２】
本発明による実施例２の光偏波制御素子（ファイバ形光素子）の作製工程を図６及び図７に示す。図６及び図７において、４-１はポリイミド配向膜、４-２はラビングロール、４-３はラビング方向を示すマーカ、４-４はネマチック液晶である。
【００５３】
光ファイバの用意、端面カッティング及びＩＴＯ蒸着までは、図１と同じ工程をとる。透明電極はＩＴＯに限らず、従来知られているＩｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの透明電極でもよい。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、光ファイバ１-２をポリイミド配向膜溶液に浸し、乾燥、硬化させてポリイミド配向膜４-１を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、ラビングマシン４-２のロールが光ファイバ１-２の先端を接触するように微動台で調整してラビングする。この際、光ファイバ１-２の端面のラビング方向を、光ファイバ側面にマーカ４-３で記入する。
【００５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、ラビングした光ファイバを対向時に反平行、あるいは９０度の向きにしてファイバスプライス（ガラススプライスホルダ１-４）に挿入して実施例１と同様に固定する。次に、図７（ａ）の左図に示すように、液晶はネマチック液晶であり、反平行に光ファイバを対向させると平行配向セルが形成され、９０度の場合にはツイストネマチック配向が形成される。
【００５６】
電圧をオンにすると、図７（ａ）の右図に示すように光軸に平行に配向する。即ち、平行配向セルの場合には、可変の波長板として動作し、ツイストネマチック液晶の場合には偏波を９０度回転する旋光素子として動作する。
【００５７】
図７（ｂ）に示すように、平行配向素子を互いに４５度傾けて２つの素子を接続すると、任意の楕円偏波を特定の方向の直線偏波に変換することができる。また、偏波制御素子は光の位相を変えることも可能であり、可変位相素子としても動作させることができる。
【００５８】
光ファイバ１-２の間のギャップ１-８Ａは数μｍから数１０μｍであり、ＩＴＯの透過率が高いためロスはほぼ０ｄＢであった。本発明では４心の例について図に示したが、１心、４心、８心、１２心の偏波制御素子が市販のスプライスを用いて、実現可能である。
【００５９】
さらに、本実施例２の図には示していないが、光ファイバ１-２の端面のＩＴＯの上にさらに誘電体ミラーを形成すると、ファブリーペロー形のエタロンが形成されて、液晶に電圧を印加させることにより、可変波長のフィルタを実現することも可能である。
【００６０】
以上、液晶を充填した場合について述べたが、電気光学効果を有する光学結晶板を挿入して、透明電極の付いた光ファイバ１-２で挟んでも、偏波を制御することができた。
【００６１】
前記実施例２では、ネマチック液晶の場合について述べたが、その他の液晶、例えば、強誘電性液晶を用いても同様の効果が得られる。
【００６２】
（実施例３）
本発明による実施例３では、前記実施例１、２が一対の光ファイバを対向させたのに対して１本の光ファイバに垂直に溝を掘り、その後ＩＴＯを光ファイバの端面と側面に形成した例を示す。
【００６３】
図８及び図９は、本実施例３のファイバ光素子の作製工程を示す図であり、５-１はポリイミドあるいは金属を被覆した保護膜（被覆層）、５-２は光ファイバ心線、５-３はＶ溝５-３Ａが形成された絶縁性基板、５-４は光ファイバを固定するためのポリイミド、５-５はダイシングによって形成された溝、５-６はダイシングソーのブレード、５-７は壁面及び側面に形成されたＩＴＯ透明電極、５-８は溝の中に充填された液晶、５-９は取り出し電極である。
【００６４】
本実施例３のファイバ光素子の作製方法は、図８（ａ）に示すように、まず、保護膜（被覆層）５-１を光ファイバ心線５-２に被覆した光ファイバを用意し、その保護膜（被覆層）５-１の一部を剥がす。剥がす方法については、前記実施例１に記載した。次に、図８（ｂ）に示すように、光ファイバを固定するためのＶ溝５-３Ａを有する絶縁性基板５-３を用意する。次に、図８（ｃ）に示すように、保護膜（被覆層）５-１を剥がした光ファイバ心線５-２をＶ溝５-３Ａに配置し、ポリイミド５-４で、１００℃程度に暖めて溶融させ、３００℃程度で熱硬化させる。ポリイミドの溶融は５０℃から１００℃であり、硬化は２００℃から４００℃である。次に、図８（ｄ）に示すように、ダイシングソーにより５０μｍから１００μｍ程度の幅の溝５-５を形成する。
【００６５】
次に、図９（ａ）に示すように、ＩＴＯ透明電極５-７をスパッタリングにより壁面と側面に形成する。通常スパッタリングでは、溝幅と同程度の深さまでＩＴＯ透明電極５-７が壁面に形成される。したがって、溝幅と深さのアスペクト比を５以上にすれば、ＩＴＯ透明電極５-７は溝５-５の底でショートすることはない。また、光が通過するコアの部分は光ファイバ側面から６０μｍ程度であるので、コアの部分にＩＴＯ透明電極５-７を形成できる。光ファイバの保護膜（被覆層）５-１及び固定剤は金属あるいはポリイミドであるため、スパッタリングの基板温度及び熱処理温度は１００℃以上４００℃まで可能である。ここでは、基板温度１００℃で約２０ｎｍのＩＴＯ透明電極５-７を形成し、その後３５０℃で熱処理した。光ファイバの端面に形成されたＩＴＯ膜は、通信波長帯１.５５μｍ帯において９８％以上の透過率があった。
【００６６】
次に、図９（ｂ）に示すように、液晶を充填する。ここでは、ポリマーネットワーク液晶を充填した。次に、図９（ｃ）に示すように、紫外線ＵＶを照射してポリマーネットワーク液晶を硬化させた。前記実施例１、２に示したように液晶はコレステリックーネマチック相転移液晶、高分子分散型液晶、ダイナミックスキャッタリング液晶であってもよい。
【００６７】
以上の工程で作製した光可変減衰器も図５と同じ特性を示した。本実施例３は、前記実施例１に比べて、光ファイバの挿入固定、位置合わせの必要がないため、より容易に可変光減衰器を実現できる。
【００６８】
（実施例４）
前記実施例１、２では対向する光ファイバの間に液晶を充填した光素子を示したが、本発明による実施例４では、１本の光ファイバの端面上への発光素子の形成について説明する。即ち、通常光ファイバ用の光源としては半導体レーザ、発光ダイオードが用いられるが、低速の光源として光ファイバの先端にエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を形成する方法について説明する。
【００６９】
まず、前記実施例と同様にポリイミド被覆、金属被覆を持つファイバの端面、側面にＥＬの下部電極となるＩＴＯを形成する。ＩＴＯの形成条件は前記実施例１、２と同様である。透明電極はＩＴＯに限らず、従来知られているＩｎ2０3、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの透明電極でも基板温度及び熱処理温度が１００℃から４００℃が最適であった。
【００７０】
ＥＬには種々のタイプのＥＬがある。古くはＺｎＳを母材としてＭｎ、Ｔｂ、Ｓｍなどの発光センタを添加したものを、ＳｉＯ2やＴａ2０5などの絶縁層で挟んだ２重絶縁構造のＡＣ駆動の無機薄膜ＥＬ、透明電極の上に直接ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｍｎを蒸着したＤＣ駆動の無機薄膜ＥＬ、あるいはＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ等の蛍光体を有機バインダに分散したＡＣ駆動の有機分散形ＥＬ等がある。
【００７１】
また、Ｓｉ微粒子薄膜を発光層とするエレクトロルミネセンスがある。Ｓｉ発光素子は、従来単結晶Ｓｉを多孔質化することによって作製されていたが、最近ではＣＶＤや蒸着によってガラス基板上にも発光層を作製できるようになった。
【００７２】
また、新しくはＡ１ｑ3などを代表とする有機発光層からなる有機薄膜ＥＬがある。有機薄膜ＥＬの変調速度は数ＭＨｚであり、非常に安価な光源としてＦＴＴＨ用として利用される。また、最近では、有機薄膜ＥＬは有機発光ダイオードと呼ばれることもあり、これも本発明の範疇に入る。
【００７３】
これらのＥＬの形成温度は室温から４００℃程度であり、本発明の耐熱性被覆光ファイバ及びその上へのＩＴＯ形成技術を用いる必要がある。
【００７４】
なお、前記電極層、発光層などの形成法については、蒸着、スパッタ法などがあるが、さらに溶液性の材料を用いる方法もあり簡便である。すなわち、例えば電極などの第一層をファイバに形成するために比較的深く溶液に漬けて（ディップ）先ず形成し、次に第二層として例えば発光層となる溶液性の材料にはこれよりも浅く漬けることにより、ファイバ先端から遠く第一層が露出していて電極の取り出しが可能な領域と、前記二つの層が重なった領域を設けることができる。さらに第三層用の例えば電極材料には前記二つの層の場合よりさらに浅く漬けることにより、第一電極とは直接接続しない、間に発光層を挟んだ、電極層を設けることができる。このように、溶液性の材料に漬ける深さを順次浅くしていくことにより、ファイバ上にＥＬ層を持つ発光素子を簡便に形成することができる。この形成法は、前記のように３層から成る場合だけではなく、発光層の両側あるいは片側に、正孔／電子輸送層、正孔／電子注入層、バッファ層などを設ける場合にも適用できるのは明らかである。
【００７５】
本実施例４のファイバ形光素子の要部の代表的な構造を図１０の（ａ）、（ｂ）及び(ｃ）に示す。ここでは代表的なＥＬとしてＡｌｑ3を発光層とする有機薄膜ＥＬの構造を示す。図１０（ａ）は外観図、図１０（ｂ）は（ａ）図に示すＡ−Ａ’で横に切った断面図、図１０(ｃ）は発光状態を示す図であり、６-１はガラスファイバ（光ファイバ）、６-２はポリイミドあるいは金属からなる保護膜（被覆層）、６-３はＩＴＯ透明電極、６-４はＡｌｑ3を代表とする有機発光層を含む層、６-５は背面電極、６-６は背面の取り出し電極、６-７は発光状態、６-８は光ファイバのコアである。上部電極の取り出しはボンディングあるいはプローバを当てて行っている。ここで有機発光層は１層の有機薄膜で示したが、多層の有機薄膜でもよい。また、背面電極には、Ａｌ以外にＭｇ、Ｉｎなどが用いられる。
【００７６】
光ファイバの側面ＩＴＯ電極と該背面電極の間に電圧を印加すると、光ファイバの先端部に形成された発光層が発光し、その光は光ファイバのコアに入って伝送される。ＥＬの応答速度は数ＭＨｚであり、半導体レーザのような高速伝送は不可であるが、アクセス系の低速の光ファイバ網に安価、小型の光源として有効である。
【００７７】
（実施例５）
前記実施例４では、光ファイバ端面の透明電極の上にＥＬ層を形成した発光素子について説明したが、ここでは面発光レーザあるいは面型ディテクタを張り付けた素子の構造及び作製方法について図１１の（ａ）、（ｂ）及び(ｃ）を参照して説明する。ここでは代表的なＥＬとしてＡｌｑ3を発光層とする有機薄膜ＥＬの構造を示す。
【００７８】
図１１は、本発明による実施例５の光ファイバの先端に面発光レーザ、面ＰＤを張り付けた素子の構造を示す図、図１１（ａ）は外観図、図１１（ｂ）は（ａ）図に示すＡ−Ａ’で横に切った断面図、図１１(ｃ）は発光状態を示す図である。図１１において、７-１は光ファイバ（ガラスファイバ）、７-２はＩＴＯ透明電極、７-３は光ファイバ７-１のコア、７-４はポリイミドあるいは金属からなる保護膜（被覆層）、７-５は光ファイバ側面からの取り出し電極、７-６は面発光レーザの発光領域、７-７は面発光レーザの裏面の取り出し電極、７-８は面発光レーザの基板、７-９は面発光レーザの表面の電極につながったハンダバンプあるいは導電性接着剤である。
【００７９】
従来、半導体レーザ、ディテクタと光ファイバをカップリングさせるためには、半導体レーザを専用のマウントに乗せてボンディングにより電極を取り出し、光ファイバとアライメントして光をカップリングしていた。このためモジュールの小型化が困難であり、さらにアライメントに労力を要した。
【００８０】
本発明は、光ファイバの端面及び側面に透明電極を形成し、光ファイバの端面を面発光レーザ、ディテクタのマウントとして使用する。光ファイバの端面と側面に透明電極が形成されているので、端面に面型素子を張り付けてその電極を光ファイバの側面から取り出すことができる。
【００８１】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、面発光レーザのチップ（基板）の表面の電極にハンダバンプあるいは導電性ペースト（導電性接着剤７-９）を付け、ＩＴＯ透明電極７-２が端面及び側面に形成された光ファイバ７-１の先端に張り付ける。ハンダの場合には１００℃から２００℃に加熱して接着し、導電性ペーストの場合には数１０℃から２００℃の温度で接着する。あるいは面発光レーザの発光側（表面側）の電極が発光層より高くなるように電極を形成し、光ファイバ７-１の端面と接するように押しつけて、透明接着剤を光ファイバ７-１と面発光レーザあるいは面型ディテクタの間に充填して、加熱接着する。
【００８２】
また、もう一つの張り付け方法として、透明導電性の塗布材を用いる方法もある。すなわち、ＩＴＯ等の透明電極の被覆（コート）してあるファイバ７-２と面発光レーザの基枚７-８間に、面発光レーザの発光領域７-６上も含めて、透明電極材料を塗布・充填し、２００〜４００℃の熱処理のみ、または真空引き処理を併用して焼成し、接着する。この方法によれば、前記の半田バンプや透明接着剤の高い精度での微細マウント・充填などが不要になり、接着工程がより容易になる。
【００８３】
その際、面発光レーザの発光領域７−６と光ファイバ７−１のコア７−３が一致するようにアライメントをする。面発光レーザの大きさは約２５０μｍ角であり、発光領域７−６は１０μｍから５０μｍであり、取り出し電極は１００μｍ角内に配置でき、光ファイバ７−１の端面は通常１２５μｍφであり、十分、光ファイバ７−１の端面領域に張り付けることができる。
【００８４】
さらに、光ファイバとしてコアが５０〜１２００μｍと大きいマルチモードファイバなどを用いる場合には面発光レーザなどをマウントすることはさらに容易になる。すなわち、光ファイバのコアが５０〜１２００μｍであれば、面発光レーザなどを容易にマウンドできる。また、ＩＴＯ等の透明電極がコートされるファイバの端面をあらかじめ加工して平坦ではない構造、例えばコア領域をくぼんだ状態にしておくことにより、面発光レーザのマウント及び接着を容易にし、かつ適切な位置により容易にマウント可能とすることができる。
【００８５】
光ファイバ７-１の側面に付けた電極７-５及び面発光レーザの裏面に付けた電極７-７の間に電流を流すことによって面発光レーザを発光させて、光ファイバ７-１のコア７-３に光を出力させることができる。このように光ファイバ７-１の先端に面発光レーザチップ（基板）を張り付けるだけで容易に小型のモジュールを作製することが可能である。
【００８６】
さらに、面発光レーザアレイ、光ファイバアレイを用いることにより、アレイ化も可能である。ここでは、面発光レーザについてのみ説明したが、面型のＰＤを光ファイバ７-１の先端に張り付けても、小型、アレイ化のメリットがある。
【００８７】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態（実施例）に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態（実施例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００８８】
【発明の効果】
本願において開示される発明によって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００８９】
本発明によれば、光ファイバを対向させて、その間に光変調、電気光学効果を有する材料を挿入する場合に、光ファイバの光軸を容易に一致させるので、小型化、アレイ化が容易にできる。
【００９０】
また、光ファイバの端面に光源・ディテクタを容易に作製できる。また、光ファイバの端面及び側面に透過率の高い透明な電極を形成した光デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による実施例１のファイバ形光素子の概略構成を示す斜視図である。
【図２】  図１に示すファイバ形光素子の作製方法を説明するための図である。
【図３】  図１に示すファイバ形光素子の作製方法を説明するための図である。
【図４】  通信波長帯の透明電極の透過率を示す透過スペクトル図であり、（ａ）はアニール前の透過スペクトル、（ｂ）は３５０℃、１５０分アニールした４０ｎｍのＩＴＯの透過スペクトルを示す。
【図５】  本実施例１のファイバ形光素子である光減衰器の特性を示す図である。
【図６】  本発明による実施例２の光偏波制御素子の作製工程を示す図である。
【図７】  本実施例２の光偏波制御素子の作製工程を示す図である。
【図８】  本発明による実施例３のファイバ光素子の作製工程を示す図である。
【図９】  本発明による実施例３のファイバ光素子の作製工程を示す図である。
【図１０】  本発明による実施例４のファイバ形光素子の要部の代表的な構造を示す図である。
【図１１】  本発明による実施例５の光ファイバの先端に面発光レーザ、面ＰＤを張り付けた素子の構造を示す図である。
【図１】
0003721040.tif 000002
【図２】
0003721040.tif 000003
【図３】
0003721040.tif 000004
【図４】
0003721040.tif 000005
【図５】
0003721040.tif 000006
【図６】
0003721040.tif 000007
【図７】
0003721040.tif 000008
【図８】
0003721040.tif 000009
【図９】
0003721040.tif 000010
【図１０】
0003721040.tif 000011
【図１１】
0003721040.tif 000012