(57)【要約】      （修正有）【課題】より生産性、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供すること。【解決手段】入射光を外部からの電界の強さに応じて出射光の位相または強度を変調し、有機材料をコア層にもつ光導波路の一部または全領域を外部からの電界により制御する有機導波路型光変調器であって、入射光を分岐する分岐部分１０ａと、分岐された入射光を変調する変調部分１０ｂと、この変調された光を合成し出力する合成部分１０ｃと、を有し、変調部分１０ｂは、光の進行方向に対して複数のコア層（ＤＡＳＴ１４）を備えている。【選択図】        図１−１
2006337583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を外部からの電界の強さに応じて出射光の位相または強度を変調し、有機材料をコア層にもつ光導波路の一部または全領域を外部からの電界により制御する有機導波路型光変調器であって、
前記入射光を分岐する分岐部と、分岐された前記入射光を変調する変調部と、この変調された光を合成し出力する合成部と、を有し、
前記変調部は、光の進行方向に対して複数の前記コア層を備えていることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項２】
前記分岐部は、１本の導波路が２本の導波路に分岐され、さらに当該分岐された導波路がそれぞれ２本に分岐され、
前記変調部は、この分岐された導波路における光の進行方向に対して４本の導波路が並列に形成され、
前記合波部は、前記４本の導波路を２本ずつ合波し、さらにこの２本の導波路を１本の導波路で合波され、
前記４本の導波路にそれぞれ前記コア層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項３】
前記コア層は、それぞれ１つの有機単結晶で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項４】
前記有機材料は、４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’―Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項５】
有機導波路型光変調器がマッハツェンダ型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の有機導波路型光変調器。
【請求項６】
前記変調部は、
前記コア層上に積層されたクラッド層の上方に変調信号が印加される信号電極と、
前記コア層に接地電圧を印加する接地電極と、
を備えること特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の有機導波路型光変調器。
【請求項７】
分岐された光導波路の中央に進行波信号電極を配置し、前記光導波路の外側に設置電極を配置したことを特徴とする請求項６に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項８】
前記入射を分岐する分岐部と、分岐された前記入射光を変調する複数個の変調部と、この変調された光を合成し出力する合成部と、を有し、前記分岐部と前記合波部と複前記数個の変調部を別々に作製し、組み合わせて作製する有機導波路型光変調器の作製方法であって、
前記変調部のコア層に有機材料を形成する第一の工程と、
前記分岐部と前記合波部と前記複数個の変調部とを支持基板上に配置し、各光導波路部分が光学的に接続するように張り合わせる第二の工程と、
を含むことを特徴とする有機導波路型光変調器の作製方法。
【請求項９】
前記分岐部と前記合波部と前記複数個の変調部とのそれそれの接合面となる面を平滑にする第三の工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の有機導波路型光変調器の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機材料の電気光学効果を応用し、電気信号により光の強度変調を行う有機導波路型光変調器および有機導波路型光変調器の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光インタコネクションにおいて、電気信号を光信号に変換するためには、レーザダイオードの直接変調によるものとレーザダイオードからのＣＷ光（連続光）を導波路型光変調器で外部変調する方法がある。レーザダイオードの直接変調に関しては、１０Ｇｂｐｓ程度の高速変調は困難であり、より高速の信号には、外部変調方式が用いられる。
【０００３】
上記外部変調方式の光変調のひとつに、電気光学効果（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）を用いたものがある。この電気光学効果は、光学媒体に電界を印加した場合、この媒体の屈折率が変化する現象であり、二次の非線形性に起因する線形電気光学効果（ポッケルス効果）と、三次の非線形性に起因する二次電気光学効果（カー効果）とがある。実用的には二次の非線形定数の方が、三次の非線形定数に比べ数桁大きいため二次の非線形性を利用した電気光学効果（ポッケルス効果）が多く用いられている。
【０００４】
図６に、電気光学効果を用いた変調器の例として、無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ；ニオブ酸リチウム）を用いたマッハツェンダ型の光変調器を示す。光導波路部分は、適当方位で切り出されたＬＮ結晶に、Ｔｉイオンなどを拡散させることで、屈折率の大きな領域をコア層とし、Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶やシリコン酸化膜のバッファ層をクラッド層としている。また、外部からの電場は、ＡｕやＣｕなどの金属からなる進行波電極で、平面ストリップラインの信号電極に印加される。入射光は、入口側のＹ分岐で２つの光導波路に分岐され、光導波路を伝搬する光は、電極に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐で重ね合わさり、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こし、電気信号に対応した光信号に変換される。
【０００５】
このような進行波形電極においては、理想的には、電気回路的帯域の制限はないが、実際には、変調信号と光伝搬速度に差があると、この電極構成をとっても、帯域の制限を受ける。たとえばＬＮ結晶の誘電率が約ε１＝４３、ε３＝２８と大きいために、マイクロ波の実効屈折率ｎｍが光の屈折率ｎ０＝２．１５（波長１．３μｍ）に対して大きくなり、マイクロ波と光波の速度不整合により帯域制限を受ける。したがって、より高帯域化、すなわち高速変調するには、電極長さを小さくして、マイクロ波と光波の相互作用長を小さくする必要がある。しかし、電極の長さを小さくした場合、変調のための駆動電圧が高くなり、高速化と低電圧化の両立が困難になる。現状のＬＮ変調器の一例を示すと１０Ｇｂｐｓで５Ｖ駆動と、ＬＳＩチップの電源電圧に比べて、２〜３倍の大きさとなっている。
【０００６】
これに対し、有機結晶や有機高分子材料は、誘電率が無機材料に比べて小さく、上記の速度不整合を改善することが期待できる。また、薄膜化などの加工が比較的容易である。また、大きな電気光学定数を持つため、変調部の作用長を短くすることができるため、より小型、低電圧、高速な光変調器を実現できる可能性がある。なかでも、有機結晶は、有機高分子のような分極処理を必要とせず、分極緩和のような経時変化はなく安定である。
【０００７】
図７に有機結晶であるＤＡＳＴの構造式を示す、４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４'―Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ（以下、ＤＡＳＴと記述する）は東北大学中西研究室において開発され、極めて大きな非線形光学定数（ｄ１１＝１０１０ｐｍ／ｖ（λ＝１．３μｍ））と電気光学定数(ｒ１１＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）)を有し、有機結晶特有の低誘電率（ε＝５．２）であることから、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波発生など関心を集めている。
【０００８】
ＤＡＳＴは、イオン性結晶のため、トルエンやヘキサンなどの一部の無極性有機溶媒を除いて、水やメタノール、エタノール、プロパノール、アセトンなどの溶媒に可溶であるために、フォトリソグラフィーを用いたパターニングが困難で導波路形成が課題となっていた。そこで、下層クラッド部にコア溝を形成し、そこに、電気光学効果を示す有機結晶ＤＡＳＴを埋め込み、ＤＡＳＴの特性を劣化しない溶媒を用いて、化学的機械研磨し、溝部以外のＤＡＳＴを除去、コア部分にＤＡＳＴを形成することによって、低電圧、高速駆動のできる導波路型光変調器が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００９】
このように、ＤＡＳＴをはじめ、ＬＮより電気光学定数の大きな有機材料を用いることで、電気信号を光信号に変えるために、光の位相を変化させる変調部の作用長を小さくでき、変調器の小型化が達成できる。また、その一方で、ＤＡＳＴの結晶成長速度は、結晶成長速度が遅いほど、結晶の光学的均一性が優れていることが知られている。
【００１０】
そこで、有機材料の利点を生かし、より小型で、低電圧、高速駆動ができ、より生産性および信頼性の高い有機導波路型光変調器が必要となっている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０２５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記に示されるように、ＤＡＳＴの結晶成長速度は、結晶成長速度が遅いほど、結晶の光学的均一性が優れているため、高品質のＤＡＳＴ結晶を導波路部分に光変調に必要な大きさ（約１０ｍｍ）に成長させる場合、結晶成長には膨大な時間がかかり生産性が悪化し、高コスト化を招来させることになる。また、１０ｎｍ程度まで成長した場合においても、結晶の大型化に伴って結晶の内部応力が大きくなり、温度変化や衝撃などによりクラックが発生しやすくなる。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より生産性、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、入射光を外部からの電界の強さに応じて出射光の位相または強度を変調し、有機材料をコア層にもつ光導波路の一部または全領域を外部からの電界により制御する有機導波路型光変調器であって、前記入射光を分岐する分岐部と、分岐された前記入射光を変調する変調部と、この変調された光を合成し出力する合成部と、を有し、前記変調部は、光の進行方向に対して複数の前記コア層を備えていることを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、分岐部と変調部と合成部とで有機導波路型光変調器を構成させ、この変調部にのみコア層を形成することにより、少量の有機材料による生産性の向上や、有機結晶性による高品質および信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００１６】
また、請求項２にかかる発明は、前記分岐部は、１本の導波路が２本の導波路に分岐され、さらに当該分岐された導波路がそれぞれ２本に分岐され、前記変調部は、この分岐された導波路における光の進行方向に対して４本の導波路が並列に形成され、前記合波部は、前記４本の導波路を２本ずつ合波し、さらにこの２本の導波路を１本の導波路で合波され、前記４本の導波路にそれぞれ前記コア層を形成したことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、請求項１において、分岐部は１本の導波路が２本の導波路に分岐され、さらにその分岐した導波路がそれぞれ２本に分岐する構成であり、変調部は有機材料をコア層に持ち、光の進行方向に対し４本の導波路が並列になる構成であり、合波部は２本がそれぞれ１本に合波され、されにその各々が１本に合波される構成にすることにより、生産性、信頼性に優れ、高品質な有機導波路型光変調器が実現可能になる。
【００１８】
また、請求項３にかかる発明は、前記コア層は、それぞれ１つの有機単結晶で構成されていることを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、請求項１または２において、コア層として、電気光学定数が大きく、誘電率が小さい有機単結晶を電気光学効果の媒体に用い、１つの単結晶から構成することで、さらに信頼性に優れ、高品質であり、低電圧で高速な有機導波路型光変調器が実現可能になる。
【００２０】
また、請求項４にかかる発明は前記有機材料は、４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４'―Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、請求項１、２または３において、電気光学定数が大きく、誘電率が小さく、かつ熱的に安定な４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４'―Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）を電気光学効果の媒体に用いることで、さらに低電圧で高速かつ信頼性の高い有機導波路型光変調器が実現可能になる。
【００２２】
また、請求項５にかかる発明は、前記有機材料は、有機導波路型光変調器がマッハツェンダ型であることを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つにおいて、マッハツェンダ型の有機導波路光変調器とすることにより、小型で、低電圧での駆動が可能であり、低コスト、高信頼性かつ消光比の高い有機導波路型光変調器が実現可能になる。
【００２４】
また、請求項６にかかる発明は、前記変調部は、前記コア層上に積層されたクラッド層の上方に変調信号が印加される信号電極と、前記コア層に接地電圧を印加する接地電極と、を備えること特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一つにおいて、コア層上に積層されたクラッド層の上方に変調信号が印加される信号電極と、コア層に接地電圧を印加する接地電極と、を備えることにより、電気信号による光の強度変調が可能になる。
【００２６】
また、請求項７にかかる発明は、分岐された光導波路の中央に進行波信号電極を配置し、前記光導波路の外側に設置電極を配置したことを特徴とする。
【００２７】
この請求項７の発明によれば、請求項６において、分岐された光導波路中央に進行波信号電極に配置し、光導波路の外側に接地電極を配置することで、それぞれのＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することが可能になる。その結果、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることが可能になる。
【００２８】
また、請求項８にかかる発明は、前記入射を分岐する分岐部と、分岐された前記入射光を変調する複数個の変調部と、この変調された光を合成し出力する合成部と、を有し、前記分岐部と前記合波部と複前記数個の変調部を別々に作製し、組み合わせて作製する有機導波路型光変調器の作製方法であって、前記変調部のコア層に有機材料を形成する第一の工程と、前記分岐部と前記合波部と前記複数個の変調部とを支持基板上に配置し、各光導波路部分が光学的に接続するように張り合わせる第二の工程と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
この請求項８の発明によれば、分岐部と合波部と複数個の変調部を別々に作製し、組み合わせて作製する光変調器の作製方法において、変調部のコア層に有機材料を形成する工程と、分岐部と合波部と複数個の変調部を支持基板上に配置して光導波路部分を光学的に張り合わせる工程とにより、生産性、信頼性に優れた有機導波路型光変調器の作製方法が実現可能になる。
【００３０】
また、請求項９にかかる発明は、前記分岐部と前記合波部と前記複数個の変調部とのそれそれの接合面となる面を平滑にする第三の工程を含むことを特徴とする。
【００３１】
この請求項９の発明によれば、請求項８において、分岐部および合波部と複数個の変調部のそれそれの接合面となる面を平滑にする工程を設けることにより、信頼性に優れ、かつ高品質な有機導波路型光変調器の作製方法が実現可能になる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明（請求項１）にかかる有機導波路型光変調器は、分岐部と変調部と合成部とで有機導波路型光変調器を構成させ、この変調部にのみコア層を形成することにより、少量の有機材料による生産性の向上や、有機結晶性による高品質および信頼性の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００３３】
また、本発明（請求項２）にかかる有機導波路型光変調器は、請求項１において、分岐部は１本の導波路が２本の導波路に分岐され、さらにその分岐した導波路がそれぞれ２本に分岐する構成であり、変調部は有機材料をコア層に持ち、光の進行方向に対し４本の導波路が並列になる構成であり、合波部は２本がそれぞれ１本に合波され、されにその各々が１本に合波される構成にすることにより、生産性、信頼性に優れ、高品質な有機導波路型光変調器を提供することができるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明（請求項３）にかかる有機導波路型光変調器は、請求項１または２において、コア層として、電気光学定数が大きく、誘電率が小さい有機単結晶を電気光学効果の媒体に用い、１つの単結晶から構成することで、さらに信頼性に優れ、高品質であり、低電圧で高速な有機導波路型光変調器を提供することができるという効果を奏する。
【００３５】
また、本発明（請求項４）にかかる有機導波路型光変調器は、請求項１、２または３において、電気光学定数が大きく、誘電率が小さく、かつ熱的に安定な４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４'―Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳＴ）を電気光学効果の媒体に用いることで、さらに低電圧で高速かつ信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することができるという効果を奏する。
【００３６】
また、本発明（請求項５）にかかる有機導波路型光変調器は、請求項１〜４のいずれか一つにおいて、マッハツェンダ型の有機導波路光変調器とすることにより、小型で低電圧での駆動が実現し、低コスト、高信頼性かつ消光比の高い有機導波路型光変調器を提供することができるという効果を奏する。
【００３７】
また、本発明（請求項６）にかかる有機導波路型光変調器は、請求項１〜５のいずれか一つにおいて、コア層上に積層されたクラッド層の上方に変調信号が印加される信号電極と、コア層に接地電圧を印加する接地電極と、を備えることにより、電気信号による光の強度変調ができるという効果を奏する。
【００３８】
また、本発明（請求項７）にかかる有機導波路型光変調器は、請求項６において、分岐された光導波路中央に進行波信号電極に配置し、光導波路の外側に接地電極を配置することで、それぞれのＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することが可能になる。その結果、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができ、より低電圧で駆動することができるという効果を奏する。
【００３９】
また、本発明（請求項８）にかかる有機導波路型光変調器の作製方法は、分岐部と合波部と複数個の変調部を別々に作製し、組み合わせて作製する光変調器の作製方法において、変調部のコア層に有機材料を形成する工程と、分岐部と合波部と複数個の変調部を支持基板上に配置して光導波路部分を光学的に張り合わせる工程とにより、生産性、信頼性に優れた有機導波路型光変調器の作製方法を提供することができるという効果を奏する。
【００４０】
また、本発明（請求項９）にかかる有機導波路型光変調器の作製方法は、請求項８において分岐部および合波部と複数個の変調部のそれそれの接合面となる面を平滑にする工程を設けることにより、信頼性に優れ、かつ高品質な有機導波路型光変調器の作製方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる有機導波路型光変調器および有機導波路型光変調器の作製方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
（第１の実施の形態）
図１−１、図１−２は、本発明の第１の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の構成を示す説明図である。ここで図１−１は平面図、図１−２は図１−１における光の位相変化を行うＤＡＳＴ部分におけるＡ−Ａ’の断面図である。ここではマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型の光変調器の両分岐光導波路にＤＡＳＴを選択的に配置し、その光路長は等しいものとした。すなわち、この有機導波路型光変調器１０は、Ｙ分岐により２つの光路に分けて変調部を並列に配置してその後合成する、いわゆるマッハツェンダ型の構成をとっている。
【００４３】
なお、ＤＡＳＴは、先に述べたように４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４'―Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅを意味するものである。また、ＤＡＳＴは、４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ  ４  ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅとも記述される。あるいはｔｒａｎｓ−４−[４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）]ｓｔｂａｚｏｌｉｕｍ  ｐ−ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅとも記述される。
【００４４】
これらの図において、符号１０ａは分岐部分、符号１０ｂは変調部分、符号１０ｃは合波部分、符号１１は支持基板、符号１２は基板、符号１３はクラッド層、符号１４はＤＡＳＴ、符号１５は接地電極、符号１６は進行波信号電極、符号１７は電源、符号１８は終端抵抗、符号１９は光導波路である。以下、これらの構成要素について詳述する。
【００４５】
ＤＡＳＴ１４のバルク結晶は、a、ｂ軸方向に大きく、ｃ軸方向に小さい菱形平板状の形状をしている。また、ＤＡＳＴ薄膜結晶の場合も膜面内にａ、ｂ軸があり、ｃ軸は膜面に垂直方向となる。このような幾何学的な構造をもつＤＡＳＴ１４は、基板に平行面内にａ、ｂ軸を形成しやすい。一方、ＤＡＳＴのもっとも大きな電気光学定数ｒ１１を使うため、光はｂ軸に伝播し、ａ軸方向に電界が印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射するのがよい。このため、進行波信号電極１６と接地電極１５によって形成される電界も基板１２と平行面になるように図１−１、図１−２に示すような配置とする。
【００４６】
さらに、分岐光導波路１６の中央に進行波信号電極１６を配置し、分岐光導波路の外側に接地電極１５を配置することで、それぞれのＤＡＳＴ１４に逆向きの電界を印加することができる。このとき分岐したそれぞれの光導波路１９に選択的に配置された電気光学効果媒体である有機結晶のＤＡＳＴ１４では互いに反対の方向に屈折率が変化する。すなわち、一方の光導波路１９では屈折率が大きくなり、他方の光導波路１９では屈折率が小さくなることとなる。この結果、光導波路１９を伝搬する信号光は、一方では位相が進み、他方では位相が遅れる。このため、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができるため、より低電圧での駆動を可能にしている。また、電極には５０Ωの終端抵抗１８を付与した進行波型電極とし、高速な光変調に対応できる電極構造としている。
【００４７】
すなわち、分岐光導波路中央に進行波信号電極１６を配置し、分岐光導波路の外側に接地電極を配置することで、それぞれのＤＡＳＴ１４に逆向きの電界を印加することができる。その結果、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができるため、より低電圧での駆動を可能にする。
【００４８】
つぎに、上記有機導波路型光変調器の作製方法について図２を参照し説明する。まず、変調部分１０ｂの作製方法を説明する。変調部分１０ｂを作製する基板１２は、ポリイミド基板を用い、その基板１２上に、光導波路のクラッド層１３として働くポリイミド樹脂をスピンコートする（工程１）。この実施の形態ではクラッド層にポリイミド樹脂を用いているが、コア層を構成する有機材料よりも屈折率が小さいものであれば特に限定するものではなく、たとえば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂を挙げることができる。
【００４９】
続いて、導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した変調部分１０ｂの基板を作製する（工程２）。ここに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴ１４を結晶成長させる（工程３）。結晶方位については種結晶により、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がｃ軸となるように設置し、２４０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を作製する。
【００５０】
このときコア部分には約５ｎｍ成長した。コア溝以外の部分にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在するので、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行った後、ワイヤーソーにより変調部分に適したサイズに切り出しを行い、厚さ６μｍ、長さ５ｍｍのＤＡＳＴコア部を配した変調部分[１]、[２]を作製する（工程４）。本作製方法では基板に複数個の種結晶を用いることで、同時に複数個作製することが容易であり、生産性がよい。
【００５１】
上記研磨の一例は、発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（ロデール製）を用いて、シリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴ１４を除去し、ＤＡＳＴ１４を特定のコア溝にのみ残すことができる。
【００５２】
また、この実施の形態では、ワイヤーソーによる切り出しを行ったが、レーザー加工、エッチング加工等の各種精密加工技術も用いることができる。
【００５３】
また、この実施の形態では、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴコア部を形成したが、改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成してもよい。
【００５４】
続いて分岐部分１０ａおよび合波部分１０ｃの作製方法について説明する。ポリイミド基板上に分岐部分１０ａおよび合波部分１０ｃを作製する（工程５）。すなわち、クラッド層としてポリイミド樹脂をスピンコートし、ついで導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。ついで、コアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路を形成し、分岐部分１０ａ、合波部分１０ｃとする。
【００５５】
これら分岐部分１０ａ、合波部分１０ｃと変調部分１０ｂ[１]、[２]の切断面（端面）はさらに研磨により端面を平滑に加工処理する。このように端面を平滑にすることで接合面での光損失を小さくすることができる。ここでの研磨条件は上述した条件を適用することができる。
【００５６】
続いて、分岐部分１０ａ、合波部分１０ｃと変調部分１０ｂ[１]、[２]を支持基板１１上に図１のように配置した後に、上層に下層のクラッド層と同じポリイミドをスピンコートして形成し、２μｍ厚さの上部クラッド層とした。ついでメッキ法によりＡｕ電極を作製し、厚さ５μｍの進行波信号電極１６および接地電極１５の一部を作成した。ついで、分岐された光導波路１９と交わる部分の引き出し部分に進行波信号電極１６および接地電極１５を形成し、終端に５０Ωの終端抵抗１８を取り付け、進行波型電極とした。こうしてマッハツェンダ型の有機導波路型光変調器１０を作製する（図１−１、図１−２参照）。
【００５７】
このように作製した有機導波路型光変調器１０に、波長１．３μｍのレーザー光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、高速かつ消光比の高い光強度変調を提供できた。また、作製時間も短くなることで作製コストも低くなることが確認できた。また、長時間の継続使用においてもＤＡＳＴ１４部分にクラックなどの発生は見られず、高信頼性な有機導波路型光変調器１０が得られることが検証された。
【００５８】
（第２の実施の形態）
つぎに、上述の有機導波路型光変調器１０とは異なる第２の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器２０の構成および作製方法について図３に示す。この有機導波路型光変調器２０は図１−１の有機導波路型光変調器１０に対し、変調部分２０ｂを[１]、[２]、[３]の３つとしたものである。ここでは、前述と同様の作製方法で、変調部分２０ｂの作製基板は、ポリイミド基板を用い、その基板上に、光導波路のクラッド層として働くポリイミド樹脂をスピンコートし、続いて導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成し、変調部分２０ｂの基板を作製する。
【００５９】
ここに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴ１４を結晶成長させる。結晶方位については種結晶により、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がc軸となるように設置し、１２０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を作製する。このときコア部分には約３μｍ成長した。コア溝以外のＤＡＳＴ１４は研磨により除去を行った後、ワイヤーソーにより変調部分２０ｂの切り出しを行い、厚さ６μｍ、長さ３ｍｍのＤＡＳＴ１４のコア部を配した変調部分２０ｂ[１]、[２]、[３]を作製する。
【００６０】
続いて、分岐部分２０ａおよび合波部分２０ｃを作製する。ポリイミド基板上に分岐部分２０ａおよび合波部分２０ｃを作製する。クラッド層としてポリイミド樹脂をスピンコートし、ついで導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。ついで、コアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路１９を形成し、分岐部分２０ａ、合波部分２０ｃとする。
【００６１】
これら分岐部分２０ａ、合波部分２０ｃと変調部分２０ｂ[１]、[２]、[３]の切断面（端面）はさらに研磨により端面を平滑に加工する。
【００６２】
ついで、分岐部分２０ａ、合波部分２０ｃと変調部分２０ｂ[１]、[２]、[３]を支持基板上に図３に示すように配置した後に、上層に下層のクラッド層と同じポリイミドをスピンコートして形成し、２μｍ厚さの上部クラッド層とした。ついで進行波信号電極１６および接地電極１５を形成した。メッキ法によりＡｕ電極を作製し、厚さ５μｍの進行波信号電極１６、および接地電極１５の一部を作成した。ついで、分岐光導波路と交わる部分の引き出し部分に進行波信号電極１６および接地電極１５を形成し、終端に５０Ωの終端抵抗１８を取り付け、進行波型電極とした。こうしてマッハツェンダ型の有機導波路型光変調器２０を作製する（図３参照）。
【００６３】
上記の有機導波路型光変調器２０に対して、波長１．３μｍのレーザー光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、高速かつ消光比の高い有機導波路型光変調器２０が得られることが検証された。また、作製時間も短くなることで作製コストも低くなる。また、長時間の継続使用においてもＤＡＳＴ１４部分にクラック等の発生は見られず、高信頼性な有機導波路型光変調器２０が実現する。
【００６４】
（比較例）
第１の実施の形態と同様の作製方法で、基板１２として、ポリイミド基板を用い、その基板１２上に、光導波路１９のクラッド層として働くポリイミド樹脂をスピンコートする。さらに、マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。ついでコアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路を形成する。さらにリソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴ１４を選択的に形成する部分となるポリイミドを除去し、コア溝を再度形成する。
【００６５】
ここに、第１の実施の形態と同様にメタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴ１４を結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸、同じく基板１２に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がｃ軸となるように、７２０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を作製する。このときコア部分には約１０ｍｍ成長することが確認できた。コア溝以外のＤＡＳＴ１４は第１の実施の形態と同様に除去し、分岐光導波路に厚さ６μｍ、長さ１０ｍｍのＤＡＳＴ１４のコア部を配した分岐光導波路部を作製する。
【００６６】
第１の実施の形態と同様にポリイミド樹脂による上部クラッド層、進行波形信号電極と接地電極の形成、５０Ωの終端抵抗１８、を順に形成し、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器２０を作製する。
【００６７】
波長１．３μｍのレーザー光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、進行波型電極を用いているため高速の光強度変調を確認できたが、長時間の使用によりＤＡＳＴ結晶にクラックが発生し、光損失が大きくなった。また、この場合、作製時間も第１の実施の形態にくらべ約３倍かかるなど生産性も良好ではない。
【００６８】
（第３の実施の形態）
図４−１、図４−２は、本発明の第３の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器３０の構成を示す説明図である。ここで図４−１は平面図、図４−２は図１−１における光の位相変化を行うＤＡＳＴ部分Ａ−Ａ'の断面図である。ここではマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型の光変調器の両分岐光導波路にＤＡＳＴ１４を選択的に配置し、その光路長は等しいものとした。すなわち、この有機導波路型光変調器１０は、Ｙ分岐により２つの光路に分けて変調部を並列に配置してその後合成する、いわゆるマッハツェンダ型の構成をとっている。
【００６９】
ここでは並列に構成された変調部分の分岐光導波路にＤＡＳＴ１４を選択的に配置し、その光路長は等しいものとした。ＤＡＳＴのバルク結晶は、ａ、ｂ軸方向に大きく、ｃ軸方向に小さい菱形平板状の形状をしている。また、ＤＡＳＴ薄膜結晶の場合も膜面内にa、ｂ軸があり、ｃ軸は膜に垂直方向となる。このような幾何学的な構造をもつＤＡＳＴ１４は、基板平行面内にa、ｂ軸を形成しやすい。一方、ＤＡＳＴ１４のもっとも大きな電気光学定数ｒ１１を使うため、光はｂ軸伝播させ、ａ軸方向に電界が印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射するのがよい。このため、進行波方信号電極と接地電極によって形成される電界も基板１２と平行面になるように図４−１、図４−２に示すような配置とする。
【００７０】
さらに、それぞれの分岐光導波路中央に進行波信号電極１６を配置し、分岐光導波路の外側に接地電極１５を配置することで、それぞれ対となるＤＡＳＴ１４に逆向きの電界を印加することができる。このとき分岐したそれぞれの光導波路１９に選択的に配置された電気光学効果媒体である有機結晶のＤＡＳＴ１４では互いに反対の方向に屈折率が変化する。すなわち、一方の光導波路１９では屈折率が大きくなり、他方の光導波路１９では屈折率が小さくなることとなる。この結果、光導波路１９を伝搬する信号光は、一方では位相が進み、他方では位相が遅れる。このため、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができるため、より低電圧での駆動を可能にしている。また、本発明のように分岐部分を構成とすることで有機材料からなるコア層の長さを短くすることができ、作製時間の短縮、および高品質化が可能となる。また、電極には５０Ωの終端抵抗１８を付与した進行波型電極とし、高速な光変調に対応できる電極構造としている。
【００７１】
つぎに、有機導波路型光変調器３０の作製方法について図５を参照し、説明する。先に変調部分３０ｂの作製方法を記す。変調部分３０ｂの作製基板は、ポリイミド基板を用い、その基板１２上に、光導波路１９のクラッド層として働くポリイミド樹脂をスピンコートする（工程１）。この実施の形態ではクラッド層にポリイミド樹脂を用いているが、コア層を構成する有機材料よりも屈折率が小さいものであれば特に限定するものではなく、たとえば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂を挙げることができる。
【００７２】
ついで導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、並列に構成されたコア溝を形成した変調部分３０ｂの基板を作製する（工程２）。
【００７３】
ここに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴ１４を結晶成長させる。結晶方位については種結晶により、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がｃ軸となるように設置し、２４０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を作製した。このときコア部分には約５ｍｍ成長することが確認できた。コア溝以外の部分にも、結晶成長したＤＡＳＴ１４が存在するので、研磨により不要部分のＤＡＳＴ１４の除去を行った後、ワイヤーソーにより変調部分に適したサイズに切り出しを行い、厚さ１０μｍ、長さ５ｍｍからなる４個の全く同じ結晶方位を持つＤＡＳＴコア部が並列に配置された変調部分を作製した（工程４、５）。本作製方法では基板に複数個の種結晶を用いることで、同時に複数個作製することが容易であり、生産性が向上する。
【００７４】
上記研磨の一例は、発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈロデール製）を用いて、シリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴ１４を除去し、ＤＡＳＴ１４を特定のコア溝にのみ残すことができる。
【００７５】
また、本例では、ワイヤーソーによる切り出しを行ったが、レーザー加工、エッチング加工等の各種精密加工技術も用いることができる。また、本例では、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴコア部を形成したが、改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成してもよい。
【００７６】
続いて、分岐部分３０ａおよび合波部分３０ｃの作製方法について説明する。ポリイミド基板上に分岐部分３０ａおよび合波部分３０ｃを作製した。クラッド層としてポリイミド樹脂をスピンコートし、ついで導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。ついで、コアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路１９を形成し、分岐部分３０ａ、合波部分３０ｃとした（工程５）。
【００７７】
これら分岐部分３０ａ、合波部分３０ｃと変調部分３０ｂの切断面（端面）はさらに研磨により端面を平滑にした。端面を平滑にすることで接合面での光損失を小さくすることができる。ここでの研磨条件は上述した条件を適用することができる。
【００７８】
ついで分岐部分３０ａ、合波部分３０ｃと変調部分３０ｂを支持基板上に図４−１のように配置した後に、上層に下層のクラッド層と同じポリイミドをスピンコートして形成し、２μｍ厚さの上部クラッド層とした。ついでメッキ法によりＡｕ電極を作製し、厚さ５μｍの進行波信号電極１６、および、接地電極１５の一部を作成した。ついで、分岐光導波路と交わる部分の引き出し部分に進行波信号電極１６および接地電極１５を形成し、終端に５０Ωの終端電極１８を取り付け、進行波型電極とした。こうして図４−１、図４−２に示す有機導波路型光変調器３０を作製した。
【００７９】
波長１．３μｍのレーザー光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、高速かつ消光比の高い光強度変調を提供することができた。また、作製時間も短くなり、分岐部分３０ａ、変調部分３０ｂ、合波部分３０ｃの接合面も簡略化できることで作製コストも低くなる。また、長時間の継続使用においてもＤＡＳＴ部分にクラックなどの発生は見られず、高信頼性な有機導波路型光変調器３０を実現できた。
【００８０】
（比較例）
前述と同様の作製方法で、基板として、ポリイミド基板を用い、その基板上に、光導波路のクラッド層として働くポリイミド樹脂をスピンコートする。さらに、マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。ついでコアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路を形成する。更にリソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴ１４を選択的に形成する部分となるポリイミドを除去し、コア溝を再度形成した。ここに、前述と同様にメタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴ１４を結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をb軸、同じく基板に平行な面内にa軸、及び基板に垂直方向がｃ軸となるように、７２０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を作製した。このときコア部分には約１０ｍｍ成長した。コア溝以外のＤＡＳＴ１４は前述と同様に除去し、分岐光導波路に厚さ６μｍ、長さ１０ｎｍのＤＡＳＴコア部を配した分岐光導波路部を作製した。
【００８１】
前述と同様にポリイミド樹脂による上部クラッド層、進行波信号電極１６と接地電極１５の形成、５０Ωの終端抵抗１８、を順に形成し、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器３０を作製する。
【００８２】
波長１．３μｍのレーザー光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、進行波型電極を用いているため高速の光強度変調を確認できたが、長時間の使用によりＤＡＳＴ結晶にクラックが発生し、光損失が大きくなった。また作製時間も前述の実施の形態にくらべ約３倍かかるなど生産性も良好ではない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明にかかる有機導波路型光変調器および有機導波路型光変調器の作製方法は、光インタコネクションなどに有用であり、特に、情報処理、光計測、光ファイバ通信システムにおける変調器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１−１】本発明の第１の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の構成を示す平面図である。
【図１−２】図１−１における光の位相変化を行なうＤＡＳＴ部分におけるＡ−Ａ’の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の作製方法（工程）を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の構成を示す平面図である。
【図４−１】本発明の第３の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の構成を示す平面図である。
【図４−２】図４−１における光の位相変化を行なうＤＡＳＴ部分におけるＡ−Ａ’の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の作製方法（工程）を示す説明図である。
【図６】従来における有機導波路型光変調器の構成を示す平面図である。
【図７】有機材料であるＤＡＳＴを構造式で示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０，２０，３０  有機導波路型光変調器
１０ａ，２０ａ  分岐部分
１０ｂ，２０ｂ  変調部分
１０ｃ，２０ｃ  合波部分
１１  支持基板
１２  基板
１３  クラッド層
１４  ＤＡＳＴ
１５  接地電極
１６  信号電極
１７  電源
１８  終端抵抗
１９  光導波路
【図１−１】
2006337583.tif 000003
【図１−２】
2006337583.tif 000004
【図２】
2006337583.tif 000005
【図３】
2006337583.tif 000006
【図４−１】
2006337583.tif 000007
【図４−２】
2006337583.tif 000008
【図５】
2006337583.tif 000009
【図６】
2006337583.tif 000010
【図７】
2006337583.tif 000011