(57)【要約】【課題】小型で低電圧駆動であり、高信頼性である有機導波路型光変調器を提供する。【解決手段】光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層４、およびこのコア層４を取り囲むクラッド層８，１２を持つ光導波路３と、コア層４に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器１００において、コア層４とクラッド層８，１２の間のコア層４の周囲に応力緩和層１０が形成されている。【選択図】        図２
2006243376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層、および該コア層を取り囲むクラッド層を持つ光導波路と、前記コア層に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器において、
前記コア層とクラッド層との間の前記コア層の周囲に応力緩和層が形成されている
ことを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項２】
光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層、および該コア層を取り囲むクラッド層を持つ光導波路と、前記コア層に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器において、
前記クラッド層に当該クラッド層より熱伝導性のよい放熱層が形成されている
ことを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項３】
光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層、および該コア層を取り囲むクラッド層を持つ光導波路と、前記コア層に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器において、
前記コア層とクラッド層との間の前記コア層の周囲に応力緩和層が形成されて、
前記クラッド層に当該クラッド層より熱伝導性のよい放熱層が形成されている
ことを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項４】
前記応力緩和層は、前記コア層の周囲に全周にわたって形成されている
ことを特徴とする請求項１または３に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項５】
前記応力緩和層が前記クラッド層を兼ねる
ことを特長とする請求項１，３および４のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項６】
前記応力緩和層が複数形成されている
ことを特徴とする請求項１，３から５のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項７】
少なくとも１層のポリイミド系樹脂からなる前記応力緩和層を有する
ことを特徴とする請求項１，３から６のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項８】
前記放熱層が、高熱伝導率材料が分散された高分子樹脂からなる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項９】
前記放熱層が、炭素材料からなる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項１０】
前記放熱層が、金属または金属酸化物のいずれか一方からなる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の有機導波路型光変調器。
【請求項１１】
前記コア層の有機結晶が４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレートである
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のマルチメディア社会の急速な発展に伴い、より多くの情報を送受信するための大容量高速光通信の要求は高まっている。現在は家庭やオフィス等の情報発振源から、電話回線を通じて送られた電気信号は、長距離通信用の中継局に集まり、電気信号から光信号に変換される。多数の光信号が光ファイバを介して中継局に送られ、そこで再び電気信号に変換され、目的の情報受信源に送られる。
【０００３】
このような光通信を利用する情報は発信源の数的な増加だけではなく、送られる情報がコンピュータのデータファイルや画像ファイル、動画ファイルのようにさらに大容量化し、それらをより高速に送受信することが求められている。また、より高速化のために情報発信源からの電気信号が、光信号化されてきており、より短い光パルスを用いて単位時間辺りの信号量を増加させている。
【０００４】
大容量高速光通信の要求の高まりにより、近年、幹線系のネットワークばかりでなく、ＬＡＮ、ネットワーク端末や電子機器間、ボード間、ＬＳＩチップ間にも光を用いた情報伝達が提案されている。特に、機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インタコネクションにおいて、搭載されているＬＳＩチップの電源電圧は、低電圧化への傾向になってきている。またそのためＬＳＩチップにノイズを与えないように光インタコネクションに用いられるデバイスは低電圧化が必要となっている。また、電気信号に応じて光を変調するＳｉＧｅなどに代表されるドライバも、高速駆動に伴う耐圧の問題から駆動電圧は低電圧化する方向にあり、システム全体の低消費電力の要求とも重なり低電圧化の要求は強くなっている。
【０００５】
この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光を導波路型光変調器で外部変調する方法がある。しかし、レーザダイオードの直接変調では１０Ｇｂｐｓ程度の高速変調は困難であり、より高速な信号には、主として外部変調方式が用いられる。
【０００６】
外部変調方式の光変調のひとつに、電気光学効果を用いたものがある。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。
【０００７】
図７は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（以下、ＬＮ）を用いたマッハツェンダ型の光変調器を示す上面図である。光変調器８０は、光導波路８３、制御用電極８５、終端抵抗８６および高周波電源８７を有している。光導波路８３の部分は、適当な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、対称あるいは非対称平面ストリップラインの変調用電極（制御用電極８５）に印加される。入射光は、入口側のＹ分岐で２つのポートに分岐され、ポートを伝搬する光は、電極に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変調を起こす。この位相変調を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐でプラスに合成され、合成波は位相変調に起因して強度変調光となる。
【０００８】
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。例えば、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。
【０００９】
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変調器の一例では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。
【００１０】
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、薄膜化などの加工も比較的容易である。また、大きな電気光学定数を持ち、変調部の作用長を短くすることができる。このため小型、低電圧かつ高速な光変調器を実現できる可能性がある。
【００１１】
なかでも、有機結晶の場合は、有機高分子のような分極処理を必要とせず、さらに分極緩和のような特性の経時劣化はなく、安定であることが知られている。
【００１２】
図８に分子構造式を示す、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（４−Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ：以下ＤＡＳＴ）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と電気光学定数（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（ε1＝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。そこで、例えば、特許文献１〜３等では、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を除去によりコア部分に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を提案している。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１０９４５７号公報
【特許文献２】特開２００４−４５８９１号公報
【特許文献３】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】
【００１４】
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、光の位相を変化させる変調部（電気信号を光信号に変える）の作用長を小さくすることができ、変調器の小型化が可能となる。
【００１５】
しかしその一方で、ＤＡＳＴをはじめとする有機結晶は湿度や熱変化により体積変化が発生するという特質があり、特に連続的に光を入射する光変調器においては、使用時間が長時間にわたる場合に熱による影響が大きくなる。そして、このときクラッド層などの隣接する材料との体積変化率（膨張率）の差が大きい場合には、結晶自身のクラックの発生や、結晶部とクラッド層との剥離が発生してしまい、デバイスの特性に悪影響を及ぼす。
【００１６】
このようなことからＤＡＳＴを始めとする有機結晶を導波路部分（コア層）に用いる場合には、クラッド層との体積変化率（熱膨張率）による問題を解消し、有機材料の利点を生かした、より小型、低電圧、高速駆動とすることが可能で、さらに信頼性の優れた有機導波路型光変調器が必要となっている。
【００１７】
また、このような有機導波路に関しては、屈折率制御性や、作製の容易さの点からクラッド層に、ポリイミド樹脂などの高分子樹脂を用いることが多い。しかしながら、一般に高分子樹脂は熱伝導率（熱伝導率：０．１から４Ｗｍ-1Ｋ-1）が低く、コア層や電極から発生した熱が放熱されにくい。なかでも、連続的に光を入射する光変調器においては、使用時間が長時間にわたる場合にその影響が特に大きくなる。このときクラッド層とコア層の材料の熱膨張係数が異なるため、材料間に異なる応力が発生し、コア層を形成する結晶自身のクラックの発生や、コア層とクラッド層との剥離の発生など、デバイスの特性に悪影響を及ぼす現象が見られる。
【００１８】
このようなことから、ＤＡＳＴを始めとする有機結晶をコア層に適用する場合では、発熱による影響を考慮し、有機材料の利点を生かした、より小型、低電圧、高速駆動が可能で、さらに信頼性の優れた有機導波路型光変調器とする必要がある。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で低電圧駆動であり、高信頼性である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】
【００２０】
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、光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層、および該コア層を取り囲むクラッド層を持つ光導波路と、前記コア層に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器において、前記コア層とクラッド層の間の前記コア層の周囲に応力緩和層が形成されていることを特徴としている。
請求項２にかかる発明は、光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層、および該コア層を取り囲むクラッド層を持つ光導波路と、前記コア層に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器において、前記クラッド層に当該クラッド層より熱伝導性のよい放熱層が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項３にかかる発明は、光の入射および出射を可能として、外部から制御された電場によって、光の位相または強度を変調する、有機結晶でなるコア層、および該コア層を取り囲むクラッド層を持つ光導波路と、前記コア層に電界を印加して光の位相または強度を変調する制御電極とを有する有機導波路型光変調器において、前記コア層とクラッド層の間の前記コア層の周囲に応力緩和層が形成されて、前記クラッド層に当該クラッド層より熱伝導性のよい放熱層が形成されていることを特徴としている。
請求項４にかかる発明は、請求項１または３に記載の有機導波路型光変調器において、前記応力緩和層は、前記コア層の周囲に全周にわたって形成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項５にかかる発明は、請求項１，３および４のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器において、前記応力緩和層が前記クラッド層を兼ねることを特徴としている。
請求項６にかかる発明は、請求項１，３から５のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器において、前記応力緩和層が複数形成されていることを特徴としている。
請求項７にかかる発明は、請求項１，３から６のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器において、少なくとも１層のポリイミド系樹脂からなる前記応力緩和層を有することを特徴としている。
【００２３】
請求項８にかかる発明は、請求項２または３に記載の有機導波路型光変調器において、前記放熱層が、高熱伝導率材料が分散された高分子樹脂からなることを特徴としている。
請求項９にかかる発明は、請求項２または３に記載の有機導波路型光変調器において、前記放熱層が、炭素材料からなることを特徴としている。
請求項１０にかかる発明は、請求項２または３に記載の有機導波路型光変調器において、前記放熱層が、金属または金属酸化物のいずれか一方からなることを特徴としている。  請求項１１にかかる発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の有機導波路型光変調器において、前記コア層の有機結晶が４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレートであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１にかかる発明によれば、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場により光の光学特性（屈折率）の変調が可能であり、電気光学効果の媒体として有機材料をコア層に持つ有機導波路型光変調器において、コア層とクラッド層の間のコア層の周囲に応力緩和層が形成されていることで、温度や湿度等の環境変化によるコア層に発生するクラック等の劣化を抑制し、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００２５】
請求項２にかかる発明によれば、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場により光の光学特性（屈折率）の変調が可能であり、電気光学効果の媒体として有機材料をコア層に持つ有機導波路型光変調器において、クラッド層に熱伝導性のよい放熱層が形成されていることにより、コア層で発生する熱が効率よく放熱され、コア層部分における温度上昇が抑制される。従って、熱によりコア層に発生するクラック等の劣化を抑制し、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
請求項３にかかる発明によれば、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場により光の光学特性（屈折率）の変調が可能であり、電気光学効果の媒体として有機材料をコア層に持つ有機導波路型光変調器において、温度や湿度等の環境変化によるコア層に発生するクラック等の劣化を抑制するとともに、熱によりコア層に発生するクラック等の劣化を抑制することができ、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００２６】
請求項４にかかる発明によれば、前記応力緩和層は、前記コア層の周囲に全周にわたって形成されていることで、温度や湿度等の環境変化によるコア層に発生するクラック等の劣化を全周にわたってどの方向にも抑制することができ、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００２７】
請求項５にかかる発明によれば、前記応力緩和層が前記クラッド層を兼ねることで、コア層に発生する応力を緩和し、かつ信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
請求項６にかかる発明によれば、応力緩和層が複数形成されていることで、コア層に加わる応力を低減する効果を高めることが可能となり、より信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
請求項７にかかる発明によれば、少なくとも１層のポリイミド系樹脂からなる前記応力緩和層を有することで、優れた耐熱性とともに柔軟性の高い応力緩和層を構成することができ、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
【００２８】
請求項８にかかる発明によれば、放熱層が、高熱伝導率材料が分散された高分子樹脂からなるので、作製が容易かつ信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
請求項９にかかる発明によれば、放熱層が、炭素材料からなるので、信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
請求項１０にかかる発明によれば、放熱層が、金属または金属酸化物のいずれか一方からなるので、より信頼性に優れた有機導波路型光変調器を提供することができる。
請求項１１にかかる発明によれば、電気光学定数（ＥＯ定数）が大きく、誘電率が小さく、かつ耐熱性にも優れた４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）を電気光学効果の媒体に用いることで、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明にかかる有機導波路型光変調器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３０】
実施の形態１．
本実施の形態の有機導波路型光変調器は、有機結晶をコア層に持つ導波路型光変調器において、コア層とクラッド層の間の一部または全領域において、応力緩和層を介在させるものである。応力緩和層を構成する材料としては、光変調器の機能を損なうことなく形成することができ、かつ、弾力性を有し、熱膨張係数がコア層とクラッド層の間に設けることができるものであればよく、例えばポリイミド樹脂、アクリル系樹脂のような高分子材料や、シリコンゴム、各種合成ゴム系樹脂等がそれである。
【００３１】
応力緩和層の厚みは、０．１μｍ〜２０μｍが好ましく、中でも０．５μｍ〜５μｍ程度がより好ましい。薄過ぎると応力緩和層を形成したことによる十分な応力緩和効果を得ることができない。一方、厚過ぎると応力緩和層厚さを均一に形成することが困難となり好ましくない。
【００３２】
この応力緩和層は、スプレーコーティング法、ウエット法、スピンコーティング法などの方法で形成することができる。例えば、ポリイミド樹脂の場合は溶剤を含有するポリイミド樹脂組成物を任意の厚みで塗布し、常圧または減圧下で過熱処理して溶剤を除去する方法などで形成することができる。
【００３３】
そして、応力緩和層は、単層で形成しても、或いは多層で形成されてもよい。例えば、溶液法によりコア層となる有機結晶を作製する場合には、使用する溶媒への耐性により応力緩和層に使用される材料が制約をうけるが、この場合にはコア層に接触する層の材料を選定することで、容易に耐溶媒性と応力緩和効果を両立することが可能となる。
【００３４】
有機結晶としては、従来より用いられ、ＫＨ2ＰＯ4、ＬｉＮｂＯ3などに代表される無機材料に比べ、非線形光学定数が大きい有機材料であれば用いることができ、例えば、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（４−Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ：ＤＡＳＴ）、２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）、メタニトロアニリン（ｍＮＡ）、３−メチル−４−ニトロピリジン−１−オキサイド（ＰＯＭ）、尿素、２−シアノ−３−（２−メトキシフェニル）−２−プロペン酸メチル（ＣＭＰメチル）、Ｌ−アルギニンフォスフェイトモノハイドレイト（ＬＡＰ）、４−（Ｎ，Ｎジメチルアミノ）−３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ）、３、５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール（ＤＭＮＰ）、４’−ニトロベンジリデン−３−アセトアミノ−４−メトキシアニリン（ＭＮＢＡ）等が挙げられる。ここで、極めて大きな非線形光学定数と電気光学定数を有し、有機結晶特有の低い誘電率であることから、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレートであることが好ましい。
【００３５】
実施の形態２．
本実施の形態の有機導波路型光変調器は、有機結晶をコア層に持つ導波路型光変調器において、高熱伝導率材料を含有する放熱層を設けたものである。この放熱層は、光変調器の機能を損なうことなく形成でき、クラッド層を構成する高分子樹脂（熱伝導率：０．１〜４Ｗｍ-1Ｋ-1）よりも熱伝導性が高ければよく、構成する高熱伝導性材料としては、フラーレン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド、炭素繊維等の炭素材料（熱伝導率：１０００〜２０００Ｗｍ-1Ｋ-1）や、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属等（熱伝導率：８０〜４００Ｗｍ-1Ｋ-1）や、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3などの金属酸化物（熱伝導率：２０〜４０Ｗｍ-1Ｋ-1）を用いることができる。また、このような高熱伝導性材料を分散（均一な割合で混入）する高分子樹脂としては例えばポリイミ樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂等を挙げることができる。
【００３６】
また、放熱層は高熱伝導性材料を分散させた高分子樹脂を、スプレーコーティング法、ウエット法、スピンコーティング法などの方法で形成することができる。例えばポリイミド樹脂の場合は溶剤を含有するポリイミド樹脂組成物をスピンコート法などで任意の厚みで塗布し、常圧または減圧下で過熱処理して溶剤を除去する方法などが挙げられる。
また、放熱層は、単層で形成しても、或いは多層で形成されてもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例をもとに本発明の構成および作製方法について説明する。
［実施例１］
図１は本発明にかかる実施例１の有機導波路型光変調器の概略の上面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿う矢視楯断面図である。光変調器１００は、光導波路３、制御電極５（信号電極５ａ、接地電極５ｂ）、基板２、終端抵抗６および高周波電源７を有している。本実施例においては、平行に形成した２本の光導波路３の変調部分にＤＡＳＴを選択的に配置し、この２本のＤＡＳＴの光路長は等しくされている。
【００３８】
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、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５にあるように、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ＤＡＳＴは、基板平行面内に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を使うために、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させるのがよい。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に対して平行面となるように図１および図２に示したな配置とする。
【００３９】
さらに、各々の分岐光導波路３の中央に進行波信号電極５ａを配置して、分岐光導波路３の外側に接地電極５ｂを配置することで、対をなすＤＡＳＴの夫々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導波路３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ＤＡＳＴ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３では屈折率が大きくなり、他方の光導波路３では屈折率が小さくなることとなる。
【００４０】
この結果、２本に分岐した光導波路３，３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、本実施例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４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５を５０Ωの終端抵抗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。
【００４１】
図３は本実施例の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図である。図３に沿って有機導波路型光変調器１００の製造方法を説明する。
・クラッド層の形成
まず、本実施例においては、図３（ａ）に示すように基礎基板２としてシリコン基板を用いた。そして、この基礎基板２上に、アクリル樹脂をスピンコートして、基板側クラッド層８を形成した。尚、本実施例では基板側クラッド層８の材料にアクリル樹脂を用いているが、基板側クラッド層８の材料としては、後述するコア層の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、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコン系樹脂等の高分子樹脂、シリコン、石英、なども使用することができる。
【００４２】
・コア溝の形成
次いで、図３（ｂ）に示すように、基板側クラッド層８に対して、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、幅１０μｍ、深さ１０μｍのコア溝８ａを作製した。
【００４３】
・応力緩和層の形成
次いで、図３（ｃ）に示すように、溝内応力緩和層１０を形成するために、コア溝８ａが形成された基板側クラッド層８上に、スプレーコーティング法により、コア層よりも屈折率が大きいポリイミド樹脂層を、約２μｍの厚さでコーティングして形成した。このようにして、底面と内側面がポリイミド樹脂層で覆われたコア溝８ａとした。このように、コア層４に対して屈折率が大きいポリイミド樹脂によりコア層４を囲むことにより、コア層４とクラッド層８との間の応力を緩和することができるとともに、低損失な光導波路を形成することができる。
【００４４】
・コア層の形成
次いで、リソグラフィーとエッチングを用いて、コア溝８ａ以外の部分に形成されたポリイミド樹脂を除去した。その後、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、図３（ｄ）に示すように、コア溝８ａ内にコア層４を構成するＤＡＳＴを結晶成長させた。このとき、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２に平行な面内にａ軸及び基板２に垂直方向がｃ軸となるように設置し、２４０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を成長させた。このとき、ＤＡＳＴ単結晶はコア溝８ａ内で約１０ｍｍ成長した。そして、コア溝８ａ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。このようにして、２本のＤＡＳＴが並列に配置されてなるコア層４を形成した。なお、本作製方法では基板に複数個の種結晶を用いることで、同時に複数個のコア層の作製することが容易であり、生産性を向上させることができる。
【００４５】
また、上述の研磨方法の一例として、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う方法がある。この方法により、コア溝８ａ以外のＤＡＳＴを除去してコア溝８ａ内にのみ容易に残すことができる。
【００４６】
また、本実施例では、種結晶を用いた徐冷法によりＤＡＳＴでなるコア層４を形成したが、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５にあるような改良シェア法によってコア層４を形成してもよい。
【００４７】
・応力緩和層の形成
次いで、ポリイミド樹脂を、コア層４を覆うようにスプレーコーティングして、約２μｍの厚さの電極側応力緩和層１１を形成した。その後、電極側応力緩和層１１のさらに上層に、基板側クラッド層８と同じアクリル樹脂をスピンコートして形成し、１０μｍ厚さの電極側クラッド層１２を形成した。
【００４８】
溝内応力緩和層１０および電極側応力緩和層１１を形成するポリイミド樹脂の熱膨張係数は、コア層４を形成するＤＡＳＴ結晶より大きく、電極側クラッド層１２および基板側クラッド層８を形成するアクリル樹脂よりも小さいため、熱変化で発生する層間の応力を緩和することが可能となる。
【００４９】
・制御電極の形成
次いで、メッキ法によりＡｕ電極を作製し、制御電極５を構成する、厚さ５μｍの進行波型信号電極５（５ａ）および接地電極５（５ｂ）の一部を作製した。次いで、分岐光導波路３と交わる部分の引き出し部分も信号電極および接地電極を形成して、終端に５０Ωの終端抵抗６を取り付けて、進行波型電極とした。以上のようにして、図１および図３に示す有機導波路型光変調器１００を作製した。
【００５０】
このようにして作製した有機導波路型光変調器１００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光強度変調を提供することができた。また、２００時間の長時間の連続使用においてもコア層４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を実現することができた。
【００５１】
なお、本実施例においては、熱変化で発生する層間の応力を緩和する手段として、溝内応力緩和層１０および電極側応力緩和層１１が設けられているが、いずれか一方のみが設けられている場合であっても、所定の効果を得ることができる。
【００５２】
［実施例２］
図４は実施例２の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図であり、図４（ｅ）は完成した有機導波路型光変調器の縦断面を示している。図４（ｅ）において、本実施例の有機導波路型光変調器１１０は、シリコン樹脂で作製された基礎基板１３にコア溝１３ａが形成され、このコア溝１３ａ内にアクリル樹脂でなり、基板側クラッド層を兼ねる第１溝内応力緩和層１８が形成され、さらにその内側にポリイミド系樹脂でなる第２溝内応力緩和層２０が形成され、この第２溝内応力緩和層２０の内側にＤＡＳＴでなるコア層４が形成されている。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５３】
図４に沿って有機導波路型光変調器１１０の製造方法を説明する。
・コア溝の形成
図４（ａ）に示すように、本実施例においては、基礎基板１３として、シリコン基板を用いた。そして、その基礎基板１３上に、図４（ｂ）に示すように、導波路パターンマスクを用いたフォトリソグラフィーとＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、２本が平行に並ぶ夫々幅２４μｍ、深さ１７μｍのコア溝１３ａを形成した。
【００５４】
・応力緩和層の形成
次いで、第１溝内応力緩和層１８を形成するため、スプレーコーティング法によりアクリル樹脂を基礎基板１３上に約５μｍの厚さでコーティングした。次いで、第２溝内応力緩和層２０を形成するため、ポリイミド系樹脂を約２μｍの厚さでコーティングした。アクリル系樹脂は選択幅が広く、緩和層に適切な弾力性のものを選択することが容易であり、かつ屈折率の調整が容易なためクラッド層としての機能も容易に両立することができる。そのため熱変化に伴いコア層に発生する応力を緩和することが可能となる。しかし、結晶作製に使用するメタノールに対する耐溶剤性は良好ではないため、耐溶剤性に優れているポリイミド樹脂を２つめの応力緩和層１０として構成した。
【００５５】
・コア層の形成
次いで、リソグラフィーとエッチングを用いて、コア溝１３ａ以外の部分に形成されたアクリル樹脂層、およびポリイミド樹脂層を除去した。このようにして、クラッド層を兼ねる第１溝内応力緩和層１８と、第２溝内応力緩和層２０とを形成した。その後、実施例１と同様の方法で、第２溝内応力緩和層２０の内側にＤＡＳＴでなるコア層４を形成した。
【００５６】
・応力緩和層の形成
次いで、スプレーコーティング法により、アクリル系樹脂を基板上に約１０μｍの厚さでコーティングし、電極側クラッド層を兼ねる電極側応力緩和層２２を形成した。
【００５７】
・制御電極の形成
次いで、実施例１と同様な方法により、制御電極５を形成した。以上のようにして、有機導波路型光変調器１１０を作製した。
【００５８】
このように作製した有機導波路型光変調器１１０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光強度変調を提供することができた。また、３００時間の長時間の連続使用においてもＤＡＳＴ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を実現することができた。
【００５９】
［比較例］
実施例１と同様の作製方法で、基板として、シリコン基板を用い、その基板上に、光導波路のクラッド層として働くポリスチレン樹脂をスピンコートした。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。
【００６０】
次いで、コア層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、ＤＡＳＴを選択的に形成する部分となるポリイミド樹脂を除去し、コア溝を再度形成した。ここに、実施例１と同様にメタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させ、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、分岐光導波路に厚さ６μｍ、幅６μｍ、長さ１０ｍｍのＤＡＳＴコア部を配した分岐光導波路を作製した。
【００６１】
このようにして、実施例１と同様に、ポリスチレン樹脂による電極側クラッド層、進行波形信号電極と接地電極の形成、５０Ωの終端抵抗、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を作製した。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、約１５０時間の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。
【００６２】
［実施例３］
図５は実施例３の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図であり、図５（ｄ）は完成した有機導波路型光変調器の縦断面を示している。
図５（ｄ）において、本実施例の有機導波路型光変調器１２０は、シリコン樹脂で作製された基礎基板２３上に、炭素繊維含有ポリイミド樹脂でなる放熱層２１が形成され、さらにこの放熱層２１上に、ポリイミド系樹脂でなる厚さ１３μｍのクラッド層２７が形成され、このクラッド層２７に深さ１０μｍのコア溝２７ａが形成され、このコア溝２７ａ内にＤＡＳＴでなるコア層４が形成されて、コア層４の上方にもさらにポリイミド系樹脂でなるクラッド層３２が形成されている。その他の構成は実施例１と同様である。
【００６３】
図５に沿って有機導波路型光変調器１２０の製造方法を説明する。
・放熱層、クラッド層の形成
まず、本実施例３においては、（ａ）に示すように、基礎基板２３としてシリコン基板を用いる。そして、その基礎基板２３上に、炭素繊維含有ポリイミド樹脂をスピンコート法により１０μｍ厚さに形成して放熱層２１を形成した。次いで、この放熱層２１上に、基板側クラッド層２７として働くポリイミド樹脂をスピンコート法により１３μｍの厚さに形成する。
【００６４】
・コア溝の形成
次いで、（ｂ）に示すように、基板側クラッド層２７に対して、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、幅１０μｍ、深さ１０μｍのコア溝２７ａを作製した。
【００６５】
・コア層の形成
次いで、（ｃ）に示すように、その後、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、コア溝２７ａ内にコア層４を構成するＤＡＳＴを結晶成長させた。このとき、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２３に平行な面内にａ軸、及び基板２３に垂直方向がｃ軸となるように設置し、２４０時間かけてＤＡＳＴ単結晶を成長させた。このとき、ＤＡＳＴ単結晶はコア溝２７ａ内で約１０ｍｍ成長した。そして、コア溝２７ａ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。このようにして、２本のＤＡＳＴが並列に配置されてなるコア層４を形成した。
【００６６】
・クラッド層の形成
次いで、コア層４の上層に先に形成した基板側クラッド層２７と同じポリイミド樹脂をスピンコートして形成し、１０μｍ厚さの電極側クラッド層３２とした。次いで、電極側クラッド層３２の上層に、実施例１と同様な方法により、制御電極５を形成した。以上のようにして、有機導波路型光変調器１２０を作製した。
【００６７】
このようにして作製した有機導波路型光変調器１２０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光強度変調を提供することができた。また、２００時間の長時間の連続使用においてもＤＡＳＴ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を実現できた。
【００６８】
［実施例４］
図６は実施例４の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図であり、図６（ｄ）は完成した有機導波路型光変調器の縦断面を示している。
図６（ｄ）において、本実施例の有機導波路型光変調器１３０は、シリコン樹脂で作製された基礎基板２３上に、アルミナ含有ポリイミド樹脂でなる放熱層３１が形成され、さらにこの放熱層３１上に、厚さ１０μｍのポリイミド系樹脂でなるクラッド層２７が形成され、このクラッド層２７に深さ１０μｍのコア溝２７ａが形成され、このコア溝２７ａ内にＤＡＳＴでなるコア層４が形成されて、コア層４の上方にもさらにポリイミド系樹脂でなるクラッド層３２が形成されている。その他の構成は実施例３と同様である。
【００６９】
図６に沿って有機導波路型光変調器１３０の製造方法を説明する。
・放熱層、クラッド層の形成
まず、本実施例４においては、（ａ）に示すように、基礎基板２３としてシリコン基板を用いる。そして、その基礎基板２３上に、アルミナ含有ポリイミド樹脂をスピンコート法により１０μｍ厚さに形成して放熱層３１を形成した。次いで、この放熱層２１上に、基板側クラッド層２７として働くポリイミド樹脂をスピンコート法により１０μｍの厚さに形成する。
【００７０】
・コア溝の形成
次いで、（ｂ）に示すように、基板側クラッド層２７に対して、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、幅１０μｍ、深さ１０μｍのコア溝２７ａを作製した。
・コア層の形成
次いで、実施例１と同様な方法で、（ｃ）に示すように、コア層４を構成するＤＡＳＴを結晶成長させ、その上層に先に形成した基板側クラッド層２７と同じポリイミド樹脂をスピンコートして形成し、１０μｍ厚さの電極側クラッド層３２とした。次いで、電極側クラッド層３２の上層に、実施例１と同様な方法により、制御電極５を形成した。以上のようにして、有機導波路型光変調器１３０を作製した。
【００７１】
このようにして作製した有機導波路型光変調器１３０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光強度変調を提供することができた。また、２００時間の長時間の連続使用においてもＤＡＳＴ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を実現できた。
【００７２】
［比較例］
実施例３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。
【００７３】
次いで、コア層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、ＤＡＳＴを選択的に形成する部分となるポリイミド樹脂を除去し、コア溝を再度形成した。
【００７４】
ここに、実施例３と同様にメタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させ、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、分岐光導波路に厚さ１０μｍ、幅１０μｍ、長さ１０ｍｍのＤＡＳＴコア部を配した分岐光導波路を作製し、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、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を作製した。この有機導波路型光変調器に対して、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、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、約１５０時間の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。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
機器間、ボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インタコネクションにおいて用いられる有機導波路型光変調器に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明にかかる実施例１の有機導波路型光変調器の概略の上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う矢視楯断面図である。
【図３】実施例１の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図である。
【図４】実施例２の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図である。
【図５】実施例３の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図である。
【図６】実施例４の有機導波路型光変調器の製造工程の概略の工程図である。
【図７】無機強誘電性結晶ＬＮを用いたマッハツェンダ型の光変調器を示す上面図である。
【図８】有機結晶ＤＡＳＴの構造式を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
２、１３，２３  基板（基礎基板）
３  分岐光導波路
４  コア層
５  制御電極
６  終端抵抗
７  高周波電源
８，２７  基板側クラッド層（クラッド層）
１０  溝内応力緩和層（応力緩和層）
１１  電極側応力緩和層（応力緩和層）
１２  電極側クラッド層（クラッド層）
１８  第１溝内応力緩和層（応力緩和層：基板側クラッド層兼用）
２０  第２溝内応力緩和層（応力緩和層）
２１，３１  放熱層
２２  電極側応力緩和層（応力緩和層：電極側クラッド層兼用）
【図１】
2006243376.tif 000003
【図２】
2006243376.tif 000004
【図３】
2006243376.tif 000005
【図４】
2006243376.tif 000006
【図５】
2006243376.tif 000007
【図６】
2006243376.tif 000008
【図７】
2006243376.tif 000009
【図８】
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