(57)【要約】  導波路に沿って伝搬する光信号を減衰させ、その位相を遅延させ、それ以外の制御を行う方法を提供する。該方法によれば、可変光減衰構造は、導波路コア（１０）、クラッディング（２０）、光電ポリマ（３０）、及び１組の制御電極（４０）を備えている。コア（１０）、クラッディング（２０）、及び光電ポリマ（３０）は、ポリマ（３０）の屈折率増大により、導波路コア（１０）に沿って伝搬する光信号の大部分が、導波路コア（１０）の上方にある光電ポリマ（３０）の相対的に屈折率が高い領域（３２）に結合し、結合した信号の導波路コア（１０）への復帰を妨げるように構成されている。本発明の別の実施形態は、結合した光信号内に位相遅延を導入し、結合した信号の導波路コア（１０）への戻りを可能にする。更に別の実施形態では、光信号の制御を可能にするリッジ導波路構造を使用する。
2007532952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路に沿って伝搬する光信号を制御する方法であって、
導波路コア、クラッディング、光電ポリマ、及び１組の制御電極を備えた導波路構造を提供するステップであって、
前記光電ポリマは、前記光信号の伝搬方向に直交する方向に高さ部分ｈを画定し、
前記光電ポリマは、前記導波路コア及び前記クラッディングによって、前記高さ部分ｈの両端上に固定されており、
前記光電ポリマは、前記制御電極が発生する適宜の電界の印加の下で、非結合屈折率値ｎＥＯから結合屈折率値ｎＥＯ’の間で変動する屈折率を規定するように構成されており、
前記結合屈折率値ｎＥＯ’は、非結合屈折率値ｎＥＯ及び前記クラッディングの屈折率ｎＣＬＡＤよりも大きく、
前記制御電極、前記高さ部分ｈ、前記導波路コアの前記屈折率のそれぞれ、前記クラッディング、及び前記光電ポリマは、前記光電ポリマの屈折率が増大したときに、前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の高輝度部分が前記光電ポリマに結合されて該光電ポリマ中を伝搬し、そして、前記導波路コアに戻るように構成されている
導波路構造提供ステップと、
前記制御電極に駆動電圧を印加することによって、前記光電ポリマの前記電界を生成するステップと、
前記駆動電圧を制御して、前記光電ポリマの前記屈折率が、前記光電ポリマの高屈折率領域では前記結合屈折率値ｎＥＯ’となるようにするとともに、前記導波路コアを伝搬する光信号の高輝度部分が、前記光電ポリマの前記高屈折率領域に結合し、前記クラッディングによって一端で反射され、そして、前記導波路コアに戻るようにする、駆動電圧制御ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記高さ部分ｈ、前記導波路コアのそれぞれの屈折率、前駆クラッディング、及び前記光電ポリマは、前記結合された光信号が、前記導波路コア及び前記光電ポリマの高屈折率領域において、シングルモードで伝搬するよう構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記光電ポリマは、非ポール（極性）光電ポリマであり、
前記非ポール光電ポリマは、該光電ポリマの前記屈折率が、カー効果によって生じる光電応答によって支配されて増大するように選択されている
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記導波路構造は、前記非結合屈折率ｎＥＯ及び前記結合屈折率ｎＥＯ’の間の差が、
Δｎ＝λ０・Ｋ・Ｅ２
ただし、λ０：光源波長
Ｋ：光電ポリマのカー係数
Ｅ：電圧によって誘導されたＤＣ電界
によって規定されるように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記カー係数は、前記高さ部分ｈを有する前記光電ポリマの特性の関数であり、
前記高さ部分ｈは、Δｎが、前記電圧誘導されたＤＣ電界の印加の下で、前記光電ポリマに少なくとも約４０％の導波路効率によって実現されるよう選択されている
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、
前記カー係数は、前記高さ部分ｈを有する前記光電ポリマの特性の関数であり、
前記高さ部分ｈは、Δｎが、前記電圧誘導されたＤＣ電界の印加の下で、前記光電ポリマに信号損失によって実現されるよう選択されている
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５記載の方法において、前記信号損失は、約１ｄＢ〜約１０ｄＢの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項４記載の方法において、
前記カー係数は、前記高さ部分ｈを有する前記光電ポリマの特性及び該光電ポリマの温度の関数であり、
前記方法は更に、Δｎが、前記電圧誘導されたＤＣ電界の印加の下で、前記光電ポリマに少なくとも約４０％の導波路効率によって実現されるように、前記高さ部分ｈを選択しかつ前記導波路構造の温度を制御するステップを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
前記１組の制御電極及び光電ポリマは、前記光信号の伝搬方向に前記導波路コアの部分に沿って、前記導波路構造の能動領域が延在するように該能動領域を規定し、
前記能動領域における導波路コアは、前記高さ部分ｈにほぼ平行な方向に沿ってコア高さｈｃを備え、該コア高さは、前記能動領域の外側のコアの高さ部分に対応して低減されている
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記低減されたコアの高さｈｃ及び前記高さ部分ｈの組み合わせは、約±２μｍの誤差で、前記能動領域の外側の前記コアの前記対応する高さ部分とほぼ等しいことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法において、前記低減されたコアの高さｈｃは、前記能動領域の外側の前記コアの前記対応する高さ部分よりも少なくとも約２μｍ低いことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法において、前記低減されたコアの高さｈｃは、前記能動領域の外側の前記コアの前記対応する高さ部分よりも約１μｍ〜約５μｍ低いことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、前記１組の制御電極及び光電ポリマは、前記光信号の伝搬方向に前記導波路コアの部分に沿って、前記導波路構造の能動領域が延在するように該能動領域を規定し、前記能動領域は、０．５ｃｍ〜４ｃｍの範囲で延在していることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、前記１組の制御電極及び光電ポリマは、前記光信号の伝搬方向に前記導波路コアの部分に沿って、前記導波路構造の能動領域が延在するように該能動領域を規定し、それぞれの信号遷移領域は、前記能動領域の入力部分及び出力部分の近傍に画定されていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記遷移領域は、前記能動領域の前記入力部分の近傍で断面部分が減少し、前記能動領域の前記出力部分の近傍で断面部分が増大するように傾斜する導波路コアを画定することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の方法において、前記遷移領域は、前記能動領域ぼ前記入力部分の近傍に周期的に区分された導波路コアを画定し、かつ、前記能動領域の前記出力部分の近傍に周期的に区分された導波路コアを画定することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、前記導波路構造は位相遅延構造を備え、前記光電ポリマの高屈折率領域は前記結合された光信号に位相遅延を導入するよう構成されていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、
前記１組の制御電極及び光電ポリマは、前記導波路コアにおける前記光信号の伝搬方向に沿って延在する能動領域を画定し、
前記可変光減衰構造は、前記導波路コアにおける前記光信号の伝搬方向に沿って一連の区分された能動領域を画定する
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記一連の区分された能動領域は、前記光信号の異なる極性モードで交番するよう構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
導波路に沿って伝搬する光信号の位相を制御する方法において、
導波路コア、クラッディング、光電ポリマ、及び１組の制御電極を備えた導波路構造を提供するステップであって、
前記光電ポリマは、前記制御電極により生成される電界の印加の下で、変動する屈折率を画定し、
前記非ポール光電ポリマは、前記屈折率が、カー効果から生じる光電応答に支配されるように選択され、
前記導波路コア、前記クラッディング、及び前記光電ポリマは、前記光電ポリマの屈折率が増大したときに、前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の殆どの部分が前記光電ポリマの高屈折率領域に結合し、
前記光電ポリマの高屈折率部分は、前記結合された光信号に位相遅延を導入するよう構成されており、
前記導波路コア、前記クラッディング、及び光電ポリマは、前記光信号の結合された部分が前記導波路コアに戻るように構成されている
導波路構造提供ステップと、
前記位相遅延構造を、前記非ポール光電ポリマの発色団が移動する温度で動作させるステップと、
前記制御電極にＤＣ駆動電圧を印加することによって、前記光電ポリマに前記電界を生成するステップと、
前記位相遅延構造の前記動作電圧で前記ＤＣ駆動電圧を変動させることによって、前記光信号の結合を制御するステップであって、前記ＤＣ駆動電圧は、前記発色団の大部分の配向により前記非ポール光電ポリマの屈折率が増大するに十分な最大値と、前記光電ポリマが非配向状態に向かうときの最小値との間で変動される、制御ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項２１】
ほぼ平坦な光波回路における導波路に沿って伝搬する光信号を減衰する方法であって、
導波路コア、クラッディング、光電ポリマ、非ポール光電ポリマ、及び１組の制御電極を備えた可変光減衰構造を提供するステップであって、
前記光電ポリマは、前記制御電極により生成される電界の印加の下で変動する屈折率を画定し、
前記光電ポリマは、前記屈折率が、カー効果から生じる光電応答に支配されるように選択された非ポール光電ポリマであり、
前記導波路コア、前記クラッディング、及び前記光電ポリマは、前記光電ポリマの屈折率が増大したときに、前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の殆どの部分が前記光電ポリマの高屈折率領域に結合し、
前記導波路コア、前記クラッディング、及び光電ポリマは、前記光信号の結合された部分が前記導波路コアに戻らないように構成され、
前記導波路コアは、前記平坦光波回路のコア層を占めるコア厚を画定し、
前記光電ポリマ及び前記制御電極は、前記コア層の上に前記高屈折率領域を画定する
減衰構造提供ステップと、
前記制御電極に駆動電圧を印加することによって、前記光電ポリマに前記電界を生成するステップと、
前記駆動電圧を変動させることによって、前記可変光減衰構造における減衰を制御するステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、該方法は更に、
前記可変減衰構造を、前記非ポール光電ポリマの発色団が移動する温度で動作させるステップと、
ＤＣ駆動電圧を印加することによって、前記電界を生成するステップと、
前記可変光減衰構造の前記動作電圧で前記ＤＣ駆動電圧を変動させるステップであって、前記ＤＣ駆動電圧は、前記発色団の大部分の配向により前記光電ポリマの屈折率が増大するに十分な最大値と、前記光電ポリマが非配向状態に向かう最小値との間で変動される、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、前記可変光減衰構造の温度は、ガラス遷移温度以上に保持された場合の前記光電ポリマに関連する発色団移動度にほぼ等しい発色団移動度を前記非ポール光電ポリマが呈する閾値温度以上に保持されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２記載の方法において、前記非ポール光電ポリマは、約７０℃〜約１００℃未満において発色団の移動を呈するように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１記載の方法において、前記光電ポリマは、前記導波路コアの部分にそって延在し、前記クラッディングによって前記導波路コアから離間されていることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２１記載の方法において、前記電界は、前記高屈折率ポリマ領域の大部分が、前記制御電極よりも前記導波路コアから離間する領域に画定されるように生成されることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法において、前記クラッディングは、前記電界から影響を受けない材料で構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の方法において、前記電界は、前記高屈折率ポリマ領域の中央部が、前記導波路コアから約５μｍ〜約１０μｍ離間していることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２１記載の方法において、前記制御電極は、前記光信号の偏光に非応答である光電応答特性を提供する電極／コア組み合わせを画定するように、前記導波路コアに関して構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２１記載の方法において、前記制御電極は、ＴＥ又はＴＭ偏光光に応答する光電応答特性を提供する電極／コア組み合わせを画定するように、前記導波路コアに関して構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２１記載の方法において、複数の可変光減衰構造が共通の光信号出力デバイスに対して提供され、該光信号出力デバイスは、前記複数の可変光減衰構造のそれぞれの駆動電圧の個別制御用に構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法において、前記光信号出力デバイスは、単一光源からの光が前記複数の可変光減衰構造に向かうように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、前記光減衰構造の各々は、該構造で減衰された光信号を前記光信号出力デバイスの複数の出力それぞれに向かわせるように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項２１記載の方法において、
前記光電ポリマ及び前記制御電極は、前記導波路コアにおいて前記光信号が伝搬する方向に沿って延在する能動領域を画定し、
前記可変光減衰構造は、前記導波路コアにおいて前記光信号が伝搬する方向に沿って一連の区分された能動領域を画定する
ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法において、前記一連の区分された能動領域は、前記光信号の偏光モードが異なっていることを特徴とする方法。
【請求項３６】
ほぼ平坦な光波回路における導波路に沿って伝搬する光信号を減衰する方法において、
導波路コア、クラッディング、光電ポリマ、及び１組の制御電極を備えた可変光減衰構造を提供するステップであって、
前記光電ポリマは、前記制御電極により生成される電界の印加の下で変動する屈折率を画定し、
前記導波路コア及び前記光電ポリマは、前記光電ポリマの屈折率が増大したときに、前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の殆どの部分が前記光電ポリマの高屈折率領域に結合するように、前記導波路コアによって画定されるコア層の部分に沿う共通インターフェースを共有するよう構成されており、
前記導波路コア、前記クラッディング、及び光電ポリマは、前記光信号の結合された部分が前記導波路コアに戻らないように構成されており、
前記導波路コアは、前記平坦な光波回路のコア層を占めるコア厚を画定し、
前記平坦な光波回路の前記コア層は、該回路の平面にほぼ平行に延在しており、
前記光電ポリマ及び前記制御電極は、前記コア層の上に前記高屈折率領域を画定するよう構成されている
可変光減衰構造提供ステップと、
前記制御電極に駆動電圧を印加することによって、前記光電ポリマに前記電界を生成するステップと、
前記駆動電圧を変動させることによって、前記可変光減衰構造での減衰を制御するステップであって、前記光電ポリマは、前記導波路コアの大部分と境界を接している、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３６記載の方法において、前記電界は、前記高屈折率ポリマ領域が前記導波路コアで前記共通インターフェースに対して駆動されるように、生成されることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３６記載の方法において、前記電界は、前記高屈折率ポリマ領域の中央部が前記導波路コアの中央部から約５μｍ〜約１０μｍだけ変位するように、生成されることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３６記載の方法において、前記高屈折率ポリマは、屈折率の変動がカー効果から生じる光電応答特性によって実現されるように選択された非ポール光電ポリマであり、前記駆動電圧は、
前記光電ポリマに前記光信号を殆ど結合させないＤＣ約５００Ｖ未満の電圧で駆動するステップと、
前記光電ポリマに前記光信号の大部分を結合させるＤＣ約５００Ｖ以上の電圧で駆動するステップと、
前記光電ポリマに前記光信号のほぼ全てを結合させるＤＣ約１０００Ｖ〜約１５００Ｖの電圧で駆動するステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項４０】
導波路に沿って伝搬する光信号を減衰する方法であって、
導波路コア、クラッディング、非ポール光電ポリマ、及び１組の制御電極を備えた可変光減衰構造を提供するステップであって、
前記非ポール光電ポリマは、前記制御電極に発生される電界の印加の下で変動する屈折率を画定するように構成されており、
前記非ポール光電ポリマは、前記屈折率の前記変動が、カー効果によって生ずる光電応答によって支配されるように選択され、
前記コア、前記クラッディング、前記光電ポリマは、前記ポリマの前記屈折率増大により、前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の大部分が前記光電ポリマの相対的に屈折率が高い領域に結合するように構成されており、
前記コア、前記クラッディング、前記光電ポリマは、前記光信号の前記結合された部分が前記導波路コアに戻らないように構成されている
可変光減衰構造提供ステップと、
前記非ポール光電ポリマの発色団が移動可能となる温度において、前記可変光減衰構造を動作させるステップと、
ＤＣ駆動電圧を前記制御電極に印加することにより、前記光電ポリマ内に前記電界を発生するステップであって、
前記ＤＣ電圧を変化させることにより、前記可変光減衰構造における減衰を制御するステップであって、
前記可変光減衰構造の前記動作温度において前記ＤＣ駆動電圧を変化させ、
前記発色団の大部分の配向によって前記非ポール光電ポリマの前記屈折率を高めるのに十分な最大電圧値と、前記光電ポリマが配向状態が弱まっていくように構成される最少電圧値との間で、前記位相遅延構造の前記動作温度において、前記ＤＣ駆動電圧を変化させる
制御ステップと
かなることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路内を進行する光信号の操作に関し、更に特定すれば、導波路構造に組み込んだ光学的機能性ポリマ領域の適宜の設計及び操作による、導波路構造に沿って伝搬する光信号の制御に関する。
【発明の開示】
【０００２】
本発明の一実施形態によれば、導波路に沿って伝搬する光信号を減衰させる方法を提供する。この方法によれば、導波路コア、クラッディング、非ポール光電ポリマ、及び１組の制御電極を備えている可変光減衰構造を設ける。コア、クラッディング、及び光電ポリマは、ポリマの屈折率増大により、導波路コアに沿って伝搬する光信号の大部分が、光電ポリマの相対的に屈折率が高い領域に結合し、導波路コアに戻らないように構成されている。非ポール光電ポリマが移動可能となる温度で、可変光減衰構造を動作させる。減衰を制御するために、動作温度において、ポリマの屈折率を高めるのに十分な最大電圧値と、光電ポリマの配向が弱まる最少電圧値との間で、ＤＣ駆動電圧を変化させる。
【０００３】
本発明の別の実施形態によれば、光信号の位相を制御する方法を提供する。この方法によれば、光電ポリマの高屈折率領域は、結合光信号内に位相遅延を導入するように構成されており、光信号の結合部分は導波路コアに戻る。
【０００４】
本発明の更に別の実施形態によれば、光信号を制御する方法を提供し、非ポール光電ポリマが高さ部分ｈを規定し、導波路コア及びクラッディングと、高さ部分ｈの対向する両端において接している。非ポール光電ポリマは、制御電極が発生する適宜の電界の印加の下において、非結合値ｎＥＯから結合値ｎＥＯ’まで変化する屈折率を規定する。非結合値ｎＥＯは、導波路コアの屈折率ｎＣＯＲＥよりも小さい。結合屈折率値ｎＥＯ’は、非結合屈折率値ｎＥＯ及びクラッディングの屈折率ｎＣＬＡＤよりも大きい。高さ部分ｈ、及びそれぞれの屈折率は、ポリマの屈折率の結合屈折率値ｎＥＯ’への増大により、導波路コアに沿って伝搬する光信号の強度が比較的高い部分が、光電ポリマに結合し、光電ポリマに沿って伝搬し、続いて導波路コアに戻るように構成されている。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、導波路構造に組み込んだ光学的機能性ポリマ領域の適宜の設計及び操作によって、導波路構造に沿って伝搬する光信号を制御する方式を提供することである。本発明のその他の目的は、ここに具体化する本発明の説明と照らし合わせることにより明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の具体的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付図面と合わせて読むことにより、最良に理解することができるであろう。図面において、同様の構造は同様の参照番号で示すこととする。
【０００７】
平面導波路回路５内の導波路に沿って伝搬する光信号を減衰させる、又はそれ以外の制御を行う方式について、最初に図１を参照しながら例示することができる。ここで、図示の平面導波路回路５は、導波路コア１０、クラッディング２０、光電ポリマ３０、１組の制御電極４０を備えている。光電ポリマ３０は、導波路コア１０の一部に沿って、コア１０が規定する光伝搬方向に延びており、クラッディング２０の一部によってコア１０から離間されている。
【０００８】
光電ポリマ３０は、制御電極４０が発生する適宜の電界の印加の下で変動する屈折率を規定するように構成されている。ポリマ３０は、本発明によれば、ポッケル効果、カー効果、又はその他の何らかの光電効果によって支配されるポール(poled)光電ポリマ又は非ポール(unpoled)光電ポリマで構成することができると考えられるが、ポリマ３０は、カー効果によって生ずる光電応答が屈折率の変動を支配するように選択する。尚、カー効果媒体の方が、ポッケル効果が屈折率の変動を支配する媒体よりも屈折率を遥かに大きく変化させることができる可能性が高いと考えられる。
【０００９】
本発明を規定し説明する目的上、非ポール・ポリマ媒体においては、前述の電界印加の前には材料の永続的又は比較的永続的なバルク・オーダリング(bulk ordering)はないものとする。電界の印加は複屈折状態を誘発し、一方、印加電界を除去すると、材料の比較的急速なその元の状態への緩和が生ずる。カー効果媒体は、支配的光電応答によって特徴付けられる非ポール媒体であり、材料の特性緩和周波数よりも低い周波数で電界を印加すると、伝搬する光信号に複屈折が生じ、これは印加電界の大きさの二乗で変化する。更に具体的には、本発明のカー効果媒体の屈折率によって近似した関数は、以下の式の形態を取ることができる。
【００１０】
Δｎ＝λＫＥ２
ここで、Δｎは、屈折率の変化を表し、λは、カー効果において伝搬する光の波長を表し、Ｋはカー効果媒体のカー定数を表し、Ｅは媒体に印加する電界の大きさを表す。標準的なカー材料では、屈折率は、印加電界の方向に沿って増大し、両直交方向で減少する。しかしながら、カー材料の中には、屈折率が印加電界の方向で減少し、他の２方向で増大するものもある。
【００１１】
本発明によるカー効果媒体は、特に、光学的機能性領域に用いる場合に実質的に配向された状態への能動的な遷移を伴う場合、実質的に配向された状態から実質的に等方状態(isotropic state)に受動的に遷移できなければならない。その結果、本発明は、光学的機能領域が実質的に配向された状態から実質的に等方状態へ、通例約１秒未満、更に好ましくは１ミリ秒未満で遷移できるのに十分な発色団移動度を特徴とするポリマ／発色団配合物を備えている。加えて、非ポール、ポリマ媒体を利用する場合も、特に、光学的機能性領域に用いる場合に実質的に配向された状態への能動的な遷移を伴う場合、発色団移動度は、適した制御信号の印加の下で、実質的に配向された状態への遷移を可能にする程に十分となることができなければならない。
【００１２】
公開米国特許出願第２００４／０１８４６９４Ａ１号に記されているように、カー・デバイスは、低周波及び高周波電界の組み合わせに応答することができる。この特許出願の開示内容は、ここで引用したことにより本願にも含まれるものとする。この場合、低周波（ＤＣ）電界は発色団を配向し、配向された発色団は、ポッケル効果と同様に高周波電界に応答する。しかしながら、カー・コンテキストの場合、ＤＣ電界を除去すると、材料の高周波電界に対する応答が急速に減少する。ＤＣ駆動方式の下では、デバイスの性能を、カー材料の特性配向時間よりもはるかに長い時間期間にわたって事実上一定レベルに維持するように、制御電圧を印加する。この動作方式は、制御信号の時間範囲にわたって事実上一定の配向及び複屈折を付与する。対照的に、ポール材料は、ＤＣ電圧下では、高周波電圧の下におけると同様に振る舞う。何故なら、配向順序(orientational order)が制御信号の印加によって変化しないからである。
【００１３】
ポール材料とは、使用前に材料が配向されており、制御電圧の印加中及び実質的に印加後に秩序度(degree of order)が事実上一定のままである材料のことである。ポール材料の応答特性は、印加した電界に対して線形であり（ポッケル効果）、ＤＣから１０ＧＨｚまでは周波数に依存しない。ポール光電ポリマに関しては、ポリマに制御信号バイアスを印加すると、デバイスの動作寿命全般において配向の劣化が防止できることも有利である。配向緩和が発生する時間範囲によって、バイアスを印加したポール材料とカー材料との間で区別することができる。カー効果に基づくデバイスは、デバイスの動作機構の一部として、高次状態(more highly ordered state)から配向緩和を用いるが、バイアスによるポール・デバイスの配向緩和は、印加したバイアスを除去した後、予期したデバイスの所与の動作状態の期間よりも遥かに長い時間期間にわたって発生する。
【００１４】
コア１０、クラッディング２０、及び光電ポリマ３０は、電圧によって誘発されるポリマ３０の屈折率増大により、導波路コア１０に沿って伝搬する光信号の大部分が光電ポリマ３０の高屈折率領域３２に結合するように構成されている。更に、コア１０、クラッディング２０、及び光電ポリマ３０は、光信号の結合部分がポリマ３０において失われるか、又はコア１０から離れるように誘導され、したがって導波路コア１０には戻らないように構成することができる。
【００１５】
図１及び図２に示すように、導波路コア１０は、平面光波回路５の対応するコア層１２を占めるコアの厚さを規定する。コア層１２は、全体的に、平面光波回路５が規定する光波回路面Ｐに平行に延びる。光電ポリマ３０及び１組の制御電極４０は、コア層１２の実質的に上に高屈折率領域３２を規定するように構成されている。このように、導波路コア１０、光電ポリマ３０、及び１組の電極４０によって規定される能動区域は、通例平面光波回路５内に構成される追加の光構成部品、例えば、アレイ上導波路格子、光スプリッタ、光増幅器等の全体的な配向(orientation)を補う構造を規定する。加えて、本発明のコア／ポリマ／電極構成は、回路及びその種々の構成部品に対する混乱を最少に抑えて、平面光波回路５に形成することができる。更に、平面光波回路５内に可変光減衰器のネットワークを形成するために本発明の構造を構成する場合、本発明の概念は、高密度集積光システム上に実現可能となるような構成を設ける。このような光システムの一例を図１１に示し、以下で論ずる。例えば、そして限定ではなく、６４個まで、又はそれ以上の可変光減衰器を、約５０ｕｍ〜約２５０ｕｍのピッチで平面光波回路内に間隔を置いて配置可能であることを想定している。
【００１６】
図示を明確にするために、導波路コア１０に沿った伝搬方向は、全体的に図１及び図２に示す図の印刷面に対して直交となっている。ある種の状況下では、高屈折率ポリマ領域３０から導波路コア１０への結合光信号の全部又は一部の未制御即ち不完全な結合を防止するために、コア１０内における光信号の伝搬方向に沿って光電ポリマ３０及び制御電極４０が規定する能動領域の範囲を、所与の寸法に限定する必要はないと考えられる。更に、制限された寸法の単一能動領域が設ける光路では、本発明のデバイスを動作させる際に所望量の信号減衰を得るには不十分である場合、一連の区分された能動領域を平面光波回路５内に設けてもよい。前述の能動領域セグメントの各々は、同様に、適当な長さの制御電極４０及び光電ポリマ領域３０によって規定することができる。尚、本発明による能動領域セグメントの適当な光路長は、約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍの長さとすることができる。例えば、総能動長が約４ｍｍで、２０ｄＢを超える損失を生ずることが、多くの用途には適している。加えて、前述の能動領域セグメントは、光信号の選択した偏光モードを変化させるように構成することもできる。例えば、光信号のＴＥ偏光モードを変化させるように構成したセグメントを、光信号のＴＭ偏光モードを変化させるように構成したセグメントと交互に配置することができる。
【００１７】
動作において、可変光減衰構造は、非ポール光電ポリマ３０の発色団が移動可能な温度に維持されている。更に、適したＤＣ駆動電圧を制御電極４０に印加することによって、適した電界Ｅを光電ポリマ３０内に発生する。その結果ポリマ３０内に生じた電界Ｅは、ポリマ内の発色団の大部分を配向し、ポリマの一部の屈折率を高めて、ポリマ内に高屈折率領域３２を生成する。その結果ポリマ３０に生ずる屈折率の増大により、導波路コア１０に沿って伝搬する光信号の大部分が、光電ポリマ３０の相対的に屈折率が高い領域３２に結合し、結合信号がシステムから失われる。この屈折率の増大は、特定のカー材料に関して、そしてＴＥ偏光又は他の特定の偏光光についてのみ有効である。
【００１８】
構造の動作電圧においてＤＣ駆動電圧を変動させると、光信号がポリマに結合する度合いも変動する。この結合における対応する変動を用いると、導波路コア１０における光信号の減衰を制御することができる。何故なら、この構造は、結合信号がコア１０から失われるように構成することができるからである。その部分に対して、クラッディングは、電界には比較的応答しない材料で構成されている。
【００１９】
ＤＣ駆動電圧は、ポリマ３０の高屈折率領域３２を形成するのに十分な最大値と、光電ポリマの配向状態が弱まっていく最小値との間で変動可能であることを想定している。限定ではなく例示として、多くのカー効果ポリマの場合、駆動電圧が約５００ＶＤＣ未満であると、光信号の光電ポリマ３０への結合は実質的に生じず、駆動電圧が約５００ＶＤＣよりも高いと、実質的な結合が得られる。尚、駆動電圧は、多くの場合、これらの状態値から大きく変動することを注記しておく。何故なら、これらは本発明にしたがって利用する特定のポリマ材料に依存するからである。実際、動作電圧は、正しい材料及び動作条件を仮定しても、数ボルトという低さになる可能性もある。
【００２０】
電界の発生は、高屈折率領域３２の大部分が、制御電極４０よりも更に導波路コア１０から離れて、導波路コアの上方に間隔を置いて位置するように行われる。例えば、図１における高屈折率領域３２の表現は、その位置及び境界の正確な図を示すことは意図していないが、電界は、相対的に屈折率が高いポリマ領域３２の中央部分が、約５μｍ〜約１０μｍだけ導波路コア１０の中央部分から変位するように発生するとよい。このために、非ポール光電ポリマ３０を、約１μｍ〜約５μｍだけクラッディング２０から離間させることができる。
【００２１】
本発明の光構造の温度は、非ポール光電ポリマ３０が、印加した電界により、デバイスの有用な動作を可能にするのに十分大きな複屈折を誘発できるのに十分な程度の発色団の移動を発生する温度よりも高く維持しなければならない。例えば、限定ではなく、非ポール光電ポリマは、約７０℃〜約１００℃よりも低い温度で、十分な発色団移動度を発生するように構成することができる。本発明の概念は種々の動作温度でも採用することができるが、アレイ状導波路格子は実質的に同じ温度で動作することが多いので、光構造をアレイ状導波路格子の入力又は出力に結合しようとする場合には、この温度範囲は特に有利である。
【００２２】
本発明における使用に適したカー効果媒体は、一般に、ポリマ／発色団配合物、又は発色団を側鎖として結合したポリマから成る。ポリマ／発色団配合物は、例えば、重量百分率が約５％〜約２０％の発色団を含むとよいが、他の適した重量百分率の範囲でも適している可能性がある。限定ではなく例示として、ポリマは、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、及びポリシクロヘクサンから選択したフッ化ポリマ又はポリマを含むとよい。発色団の移動度を高めるために溶剤を用いる場合、適した溶剤は、ＴＨＳ及びクロロフォルムを含むが、これらに限定されるのではない。加えて、カー効果媒体は、大きな光異方性を有する成分が、印加した電界の影響下で再配向するために十分な移動度を有する限り、クロスリンク・ポリマ又はゾル・ゲル・マトリクスの発色団を含んでもよい。また、カー効果媒体は、ホスト・ポリマ内に埋め込まれた液晶分子、又は印加した電界によって複屈折を誘発することができるその他の材料を含んでもよい。
【００２３】
本発明において用いるのに適した発色団は、光異方性（複屈折）及び二極モーメント(dipole moment)を有し、電極を印加した場合に配向を変化することができる分子を含む。例えば、限定ではなく例示として、本発明において用いるのに適した発色団の一種は、供与成分、共役及び／又は芳香成分を含む橋架成分、ならびに受容成分を含む。供与成分は、比較的強い電子供与群を含むことができ、受容成分は比較的強い電子受容群を含むことができる。本発明を記載し規定する目的上、供与成分は電子を供与することができる成分から成り、受容成分は電子を受容することができる成分から成り、橋架成分は供与成分及び受容成分を強力に結合することを注記しておく。また、好ましい発色団は、これらが伝搬信号の周波数において光を吸収する度合いを考慮して選択するとよく、吸収度が低いことが好ましい。
【００２４】
限定ではなく例示として、米国公開公報第ＵＳ２００４−０１８４６９４号に記載されている分子構造を有する発色団が、本発明による使用に適していると思われる。
尚、本発明による非ポール光電ポリマのポリマ媒体は、媒体に可塑剤を混合することにより、又はデバイスの動作温度が媒体のガラス遷移温度に接近することを確実にすることにより、容認できる度合いの発色団移動度及び物理的安定性を備えているとよいことが考えられる。例えば、有効ガラス遷移温度Ｔｇが約１２０℃未満、更には２０℃以下であることを特徴とする非ポール・ポリマ媒体であれば、導波路デバイスを高温に維持することに伴う多くの設計制約を解消するので、特に有利であると考えられる。約７０℃〜約１００℃の動作温度において発色団移動度を呈するポリマ媒体も、これらの温度は、アレイ状導波路格子及びその他の同様の光構成部品の典型的な動作温度と適合するので、特に有利である。
【００２５】
また、本発明による非ポール光電ポリマは、媒体内に適した溶剤を加えることにより容認可能な程度の発色団移動度を備えるとよいことも考えられる。発色団及びベース・ポリマを含むポリマ媒体の場合、適した溶剤は発色団及びポリマの双方を溶解する。多くの場合、このような溶剤の使用により、室温又はその付近において適したデバイス動作温度が得られる。本発明を規定し記載する目的上、ここで容認可能な程度の発色団移動度について引用する場合は、特に注記しない限り、問題とするデバイスの動作温度範囲の少なくとも一部において材料がこのような移動を呈することを暗示的に仮定している。
【００２６】
図２及び図３に示す本発明の実施形態を参照すると、非ポール光電ポリマ３０は、図１の実施形態の場合におけるような、導波路コア１０から離間されているのではなく、導波路コア１０の大部分を包囲するように構成するとよい。図２の実施形態では、相対的に屈折率が高いポリマ領域３２の大部分が、制御電極４０及び導波路コア１０によって規定される実質的に三角形の領域内に規定されるように、電界を発生する。限定ではなく一例として、相対的に屈折率が高いポリマ領域３２の中央部分が、約５μｍ〜約１０μｍだけ導波路コア１０の中央部分から変位するように、電界を発生することができる。
【００２７】
図３の実施形態では、電界の強さを増大させ、屈折率が比較的高いポリマ領域３２の中央部分をコア１０に近づくように駆動し、本質的に単一ボード導波路としてのコア１０を破壊する。この実施形態では、高屈折率ポリマ領域３２の屈折率は、コア１０のそれに近づくか、達するか、又は超過し、コア１０を伝搬する信号はシステムから失われる。
【００２８】
ポリマ３０内に結合する光信号が散乱し導波路コア１０に再度入射しない、本発明の実施形態では、比較的大きな本質的損失(intrinsic loss)を呈する光電ポリマを採用すると有利な場合もある。また、屈折率が高くなる程損失率が高くなる光電媒体を採用することが有利な場合もある。このように、光信号は、導波路コア１０から増々引き出されるに連れて、システムから一層効率的に除去される。例えば、限定ではなく、このような材料の周知の例は、ポリマ散乱液晶であり、電界の印加により液晶滴液を配向し、印加した電界に沿って有効屈折率を高め、その結果印加した電界の方向に沿って偏光した光に対する光の散乱が増大する。
【００２９】
非偏光、即ち、水平配向成分ＴＥ及び垂直配向成分ＴＭ双方を含む光信号を誘導することに関して、ＤＣ駆動電圧が発生する輪郭電界(contoured electric)Ｅ内における導波路コア１０の位置決めにより、光電相互作用の伝搬光信号の２つの支配的偏光に対する相対的な効率が変化する。構成の中には、ＴＥ偏光の方がＴＭ偏光よりも変化する場合もある。他の配向では、逆の場合もある。
【００３０】
図８〜図１０を参照すると、制御電極４０は、導波路コア１０に対して光電効果を与えるように構成できることがわかる。この光電効果は、偏光に依存しない（図１０Ａ〜図１０Ｃ）か、あるいは主にＴＥ偏光（図８Ａ〜図８Ｅ）又はＴＭ偏光（図９〜図９Ｃ）を変化させる。更に具体的には、図８Ａ〜図８Ｅに示す電極／コア構成は、主にＴＥ偏光に感応する光電応答を与える例である。程度は少ないが（約１／３）、図８Ａ〜図８Ｅに模式的に示す電界はＴＭ偏光にも影響を及ぼす。同様に、図９Ａ〜図９Ｃに示す電極／コア構成は、主にＴＭ偏光に感応する光電応答を与える例である。程度は少ないが（約１／３）、図９Ａ〜図９Ｃに模式的に示す電界はＴＥ偏光にも影響を及ぼす。ＴＥ及びＴＭ偏光に対する影響間の関係は、通例、カー媒体については異なる。例えば、屈折率がＴＥに対して増加すると、ＴＭの屈折率は、電界が均一であると仮定すると、約１／２に量が減少する。ここに示す電極構成の多くでは、ＴＭモードは電界の湾曲のために殆ど変化を受けない。
【００３１】
図９の実施形態、及び電極４０又はその他の導電性部材が導波路コア１０の下に位置する他のいずれかの実施形態を参照すると、比較的導電性が高いシリコンの領域をクラッディング２０内又はその下に形成することができ、図９Ｃにおいてコア１０の下に示す電極４０と同等に利用できると考えられる。
【００３２】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示す電極／コア構成は、光信号の偏光には実質的に感応しない光電応答を与える例である。しかしながら、図１０における電極パターンは、ＴＥ及びＴＭモードに対して実質的に同じ応答を与えるが、必ずしも偏光不感応性と同一ではない。
【００３３】
本発明を記載し規定する目的上、ＴＥ及びＴＭ偏光は、光信号の２つの独立した電磁モードを表すことを注記しておく。光信号の電界が導波路コアの伝搬の主軸に沿って延びる平面に対して垂直となる電磁界の分布を、横方向電気（ＴＥ）モードと呼ぶ。光信号の磁界が導波路コアの伝搬の主軸に沿って延びる平面に対して垂直となる電磁界の分布を横方向磁気（ＴＭ）モードと呼ぶ。また、図示した種類のチャネル導波路では、伝搬モードは純粋にＴＥ又はＴＭモードだけではない。むしろ、モードは通例一方又は他方に対して優勢であり、一般にそのように指定されている。したがって、ＴＥ偏光モードは、伝搬面に対して平行な電界成分が信号の最も大きな成分である分散を呈するに過ぎないと言うことができる。同様に、ＴＭ偏光モードは、伝搬面に対して平行な磁界が信号の最も大きな分散を呈するに過ぎないと言うことができる。
【００３４】
具体的に図１１を参照すると、光書き込みデバイス７０又はその他の種類の光信号出力デバイスは、ここに記載する種々の態様のいずれかで構成された可変光減衰構造７５を複数個含むアセンブリとして形成すればよいことがわかる。即ち、図示の実施形態では、書き込みデバイスは、例えば、光信号ピッチが約５０μｍであることを特徴とするＤＶＤ書き込みユニットとして構成することができ、全体的に７５で示す複数の可変光減衰構造のそれぞれのＤＣ駆動電圧の独立制御のために構成することができる。このために、制御電極４０及び光導波路コア１０のアレイも図１１に示す。更に、単一の光源７２からの光を、導波路コア１０のネットワークを通じてそれぞれの減衰構造に誘導する。複数の光減衰構造７５における減衰器の各々は、その中で減衰した光信号を光書き込みデバイス７０の別個の出力に誘導するように構成されている。
【００３５】
本発明の先に記した実施形態は、可変光減衰構造に関して説明したが、本発明の概念は、光信号の位相を制御する方式にも適用できることも想定している。具体的には、本発明による導波路構造は、光信号の非ポール光電ポリマ３０の高屈折率領域３２への結合を駆動し、信号の導波路コア１０への復帰を可能にするように構成することができる。高屈折率領域における信号の伝搬の条件は、光信号がコア１０に戻るときに特定の位相遅延を光信号に付与するように個別に設計することができる。例えば、図１２を参照すると、このような位相遅延構造が全体的に８５で表されており、マッハ・ゼンダー干渉計構成８０の一方又は双方のアーム８２、８４に組み込むことができる。各導波路アームに沿って進行する光信号のそれぞれの位相を変化させて干渉計構造からの光信号出力にばらつきを持たせることができるようにする場合、その詳細は本発明の範囲を超えており、マッハ・ゼンダー干渉計及びその他の関連デバイスについて記述する文献から容易に集めることができる。
【００３６】
図４及び図５の「リッジ」導波路構造を参照すると、本発明は、導波路に沿って伝搬する光信号を制御する方式も想定しており、この場合、光電ポリマ３０は限られた高さの部分ｈを規定し、導波路コア１０及びクラッディング２０と高さ部分ｈの対向端において接している。本発明の一実施形態によれば、光電ポリマ３０は導波路構造の上に被着され、導波路コア１０に沿って伝搬する信号のモード形状は、広がって光電ポリマ３０に垂直に結合するように促される。信号が結合状態で導波路構造に沿って伝搬すると、デバイスの構造は信号が導波路コア１０に再度結合するようになる。この種の伝搬に関して更に図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら説明する。
【００３７】
光電ポリマ３０が規定する屈折率は、非結合値ｎＥＯから制御電極４０が発生する適宜の電界の印加の下における結合値ｎＥＯ’まで変動する。非結合インデックス値ｎＥＯは、通例、導波路コア１０の屈折率ｎＣＯＲＥ未満であるが、非結合インデックス値ｎＥＯは、単一モードの伝搬が維持される限り、屈折率ｎＣＯＲＥよりも大きくなる可能性がある。結合インデックス値ｎＥＯ’は、非結合屈折率地ｎＥＯ及びクラッディングの屈折率ｎＣＬＡＤよりも大きい。したがって、高さ部分ｈは、ポリマの屈折率の結合インデックス値ｎＥＯ’への電圧によって誘発された増大のために、導波路コア１０に沿って伝搬する光信号の高強度部分が光電ポリマ３０に結合するように選択することができる。続いて、信号は光電ポリマ３０に沿って伝搬し、クラッディング２０によって一端縁において反射し、導波路コア１０に戻ってくる。伝搬信号のポリマ３０へ及びポリマ３０からの高強度部分のシフトは、図６Ａ〜図６Ｃに更に詳しく示されており、以下で論ずることにする。
【００３８】
図４及び図５並びに本明細書に記載されているリッジ導波路構造も、ポール光電ポリマを採用することができ、この場合分子の配位は実質的に配向状態に固定され（通例、過熱状態にあるポリマをポールし、続いてこのポリマを冷却することによって）、あるいは非ポール光電ポリマを採用することができ、この場合分子の配位は、印加電界の影響下で、動作の間固定されている。ポール材料に関しては、ＤＣ電圧又はその他の制御信号を利用して、ポール材料の配位安定性を高めることができる。
【００３９】
図６を参照すると、光信号が導波路コア１０に結合及び復帰できるか否かは、制御電極４０及び非ポール光電ポリマ３０によって規定される能動領域５０の長さにある程度依存することがわかる。図６に示すように、能動領域５０の長さｌは、導波路コア１０の一部に沿って延びている。限定ではなく例示として、能動領域５０は、本発明の実施形態の中では、少なくとも約０．５ｃｍ〜約４ｃｍ未満にわたって延びる場合もあることを想定している。図６Ａ〜図６Ｃは、光信号が能動領域５０に入る前（図６Ａ参照）、能動領域５０内部の非ポール光電ポリマ３０内に結合される前（図６Ｂ参照）、そして能動領域５０から出射し導波路コア１０に戻った後（図６Ｃ参照）における光信号の横方向電界強度鉛直断面をそれぞれ示す。信号の中央の高強度部分の図６Ａの座標［０，０］からの３μｍの垂直方向のずれが図６Ｂに示されており、光信号の非ポール光電ポリマ３０への前述の結合を表す。
【００４０】
結合された光信号の導波路コア１０への復帰を促進するために、制御電極４０、高さ部分ｈ、ならびに導波路コア１０、クラッディング２０、及び光電ポリマ３０のそれぞれの屈折率は、結合された光信号が導波路コア１０内の単一モード伝搬及びポリマ３０の高屈折率領域に制約されるように構成されなければならない。本発明を実施する者には、これらのパラメータに対して種々の具体的な値を相応しく組み合わせれば、コア１０及びポリマにおいて単一モード伝搬が生ずることは当然認められよう。しかしながら、限定ではなく例示として、高さ部分ｈは、約１μｍ〜約４μｍとなるように選択するとよい。あるいは、本実施形態の導波路構造は、高さ部分ｈとコアの対応する高さ部分との組み合わせが約３μｍ〜約１２μｍに該当するように構成してもよい。
【００４１】
また、能動領域内におけるコアの高さを、能動領域５０の外側におけるその高さに対して縮小し、能動領域５０内部に部分的コアを形成してもよい。この場合、非ポール光電ポリマ３０の高さ部分ｈは、コアの縮小高さを補償するように選択され、光電ポリマ層が導波路構造の一体部分のように形成され、縮小高さコア１０及びポリマ３０を含む構造に光が結合し、この構造から光が出射できるようにする。信号損失を最小限に抑えることは、光信号が能動領域に入射及び出射する際に、能動領域５０におけるモードの中心を、能動領域５０のモードの中心に一直線状に維持することによって可能となると考えられる。例えば、能動領域５０におけるコア１０の高さを約２μｍ縮小し、約２μｍの非ポール光電ポリマ層３０を設けることによって、縮小した高さを補償することが好ましい場合がある。このような構成は、多くの場合、能動領域５０の有効性を高めることができる。何故なら、伝搬光信号は、特にＤＣ駆動電圧がポリマに印加されている場合には、ある程度ポリマ３０内を伝搬するように促進されるからである。
【００４２】
コアの高さを縮小することに関して、単一モード伝搬を維持するためには、特にポリマ３０の屈折率がコアの屈折率よりも著しく高い場合、導波路コアの幅を縮小することが好ましい場合もある。尚、図６を参照して以下で論ずる漸減導波路部分は、単一モード伝搬を維持するための代替手段を表している。
【００４３】
先に論じた部分的コア構成を更に例示するために、更に別の例として、縮小コア高さ部分ｈＣ及び高さ部分ｈは、能動領域５０の外側におけるコア１０の対応する高さ部分に、ある特定の範囲内で、例えば、±２μｍ以下でほぼ等しくなるように選択すれば十分である場合もある。縮小コア高さｈＣを約１μｍ〜約５μｍだけ能動領域の外側におけるコアの対応する高さ部分よりも小さくすると、多くの場合、従来の導波路構造、そして今後開発される導波路構造との互換性が得られる。
【００４４】
また、図６には、能動領域５０の入力部分及び出力部分の近傍に規定したそれぞれの信号遷移領域６０も示されている。図示の実施形態では、遷移領域６０は、能動領域５０の入力部分の近傍において断面寸法が減少し、能動領域５０の出力部分の近傍において断面寸法が増大する漸減導波路コアを規定する。能動領域５０の入力及び出力のそれぞれにおいて徐々に漸減する遷移領域６０は、光モードが伝搬して能動領域５０に入る場合及び能動領域５０から出る場合における光損失を最小限に抑えると考えられる。更に、遷移領域６０は、能動領域５０の入力部分の近傍に周期的区分導波路コア、そして能動領域５０の出力部分の近傍に周期的に区分された導波路コアを規定するように構成してもよい。本発明のリッジ導波路の実施形態において能動領域５０を伝搬して通過する光は決して完全には導波路コア１０から離れないことは、注記すべき重要事項である。
【００４５】
図４及び図５には示さないが、制御電極４０は、必ずしも導波路コア１０の対向する両側に構成しなくてもよい。例えば、本発明の付加的な実施形態によれば、制御電極４０は、図４及び図５に示すコア１０の上下に平行に構成することができる。加えて、ここに記載する、平行に配置した電極４０は、コアの上下において、コア１０と実質的に一直線状となるか、あるいは互いに対して及び／又はコア１０に対してずれることも可能である。図９Ｃに関して先に論じたように、比較的導電性が高いシリコンの領域をクラッディング２０内又はその下に形成するとよく、更にコア１０の下において電極４０と同等に利用できる。
【００４６】
コア１０の具体的な組成は、本発明の多くの実施形態において強調点ではなく、例えば、ドープした又はドープしないシリカ、ドープした又はドープしないシリコン、酸窒化シリコン、ポリマ、及びその組み合わせから成る材料から選択すればよい。しかしながら、非ポール光電ポリマ３０が比較的高い屈折率、例えば、１．６に近い又はこれを超える屈折率を特徴とする場合、酸窒化シリコンのコアが最も適している。
【００４７】
先に図１及び図２の実施形態に関して詳しく論じたように、非ポール光電ポリマ３０はカー効果ポリマとすることができ、カー係数は、限定ではなく、高さ部分ｈを含む非ポール光電ポリマの特性の関数である。本発明の一態様によれば、高さ部分ｈは、電圧誘導ＤＣ電界の印加の下において、ポリマ内に少なくとも約４０％の導波路効率がΔｎによって得られるように選択する。本発明を規定し記載する目的上、この導波路効率パラメータは、伝搬モードにおいて非ポール光電ポリマ３０に達する(experience)光量の尺度となる。例えば、導波路効率が約４０％の場合、伝搬光モードのほぼ半分がポリマ３０に達する。効率値が少なくとも約４０％であれば、本発明による導波路デバイスによって光信号をほぼ制御できる。
【００４８】
図７Ａ及び図７Ｂに移ると、Δｎ及び高さ部分ｈに対して具体的な設計パラメータが与えられると、導波路効率はポリマ３０における光損失に反比例する。したがって、光損失及び導波路効率の容認可能な程度の選択において均衡を取る必要があると考えられる。例えば、高さ部分ｈは、目標Δｎには実質的な信号損失の度合い、例えば、約１ｄＢ〜約１０ｄＢの信号損失が生ずるように選択する必要がある。実際、本発明の多くの実施形態では、能動領域５０における信号損失が約３ｄＢより大きく、この値では、多くの場合、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、４０％を遥かに超える導波路効率が得られる。尚、これらのシミュレーション結果はコアの高さを最大にした構成について得られたのであり、前述したコアの高さを減少する構成では損失特性の向上が考えられる。
【００４９】
尚、ここに開示した種々の導波路構造及び光信号制御方式は、カー効果にしたがって動作する非ポール光電ポリマに限定されるものではない。実際、ここに開示した構造の必須動作特性は、カー効果又はポッケル効果等の下で動作する熱光学素子、磁気光学素子、光電素子の使用によって達成することができる。
【００５０】
本発明を規定し記述する目的のために、「光」又は「光信号」の波長は、電磁スペクトルのいずれの特定の波長又は部分にも限定されない。むしろ、「光」及び「光信号」という用語は、本明細書全体を通じて相互に交換可能に用いられており、主題の異なる集合をその範囲とすることは意図しておらず、ここでは、光導波路内を伝搬可能な電磁放射線のいずれの波長をも包含すると定義する。例えば、電磁スペクトルの可視及び赤外部分における光又は光信号は、双方共、光導波路内を伝搬することができる。光導波路は、適した信号伝搬構造であればいずれのものでも用いることができる。光導波路の例には、限定ではいがく、光ファイバ、スラブ導波路(slab waveguide)、及び、例えば、集積光回路に用いられる薄膜が含まれる。
【００５１】
尚、「好ましくは」、「一般に」、及び「通例」というような用語は、ここでは、特許請求する発明の範囲を限定するためや、ある特徴が特許請求する発明の構造又は機能にとって重大、必須、又は重要でさえあることを暗示するために利用されているのではない。逆に、これらの用語は、単に、本発明の特定的な実施形態において利用してもしなくてもよい、代替的又は付加的な特徴を強調することを意図するに過ぎない。
【００５２】
本発明を説明し規定する目的のために、「実質的に」という用語は、いずれかの定量的比較、値、測定、又はその他の表現に帰することができる不確実性の固有の度合いを表すためにここでは利用されている。また、「実質的に」という用語は、定量的表現が、問題の主題の基本的機能の変化を生ずることなく、詳述した基準から変動し得る度合いを表すために、ここでは利用されている。
【００５３】
以上、詳細に、そして具体的な実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、添付した特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、変更や変形が可能であることは明白であろう。更に具体的には、本発明の態様の一部は、ここでは、好ましい、典型的な、又は特に有利なものとして特定したが、本発明はかならずしも本発明のこれらの態様に限定される訳ではないことも想定している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態による導波路構造の模式図である。
【図２】２つの異なる電界誘発高屈折率領域を組み込んだ、本発明の別の実施形態による導波路構造の模式図である。
【図３】２つの異なる電界誘発高屈折率領域を組み込んだ、本発明の別の実施形態による導波路構造の模式図である。
【図４】カバー・プレート電極を用いた、本発明によるリッジ導波路構造の模式図である。
【図５】オンチップ電極を用いた、本発明によるリッジ導波路構造の模式図である。
【図６】漸減遷移領域を用いた、本発明によるリッジ導波路構造の模式図である。
【図６Ａ】図６のリッジ導波路構造に沿った異なる地点を伝搬する光信号のそれぞれの横方向電界鉛直断面の模式図である。
【図６Ｂ】図６のリッジ導波路構造に沿った異なる地点を伝搬する光信号のそれぞれの横方向電界鉛直断面の模式図である。
【図６Ｃ】図６のリッジ導波路構造に沿った異なる地点を伝搬する光信号のそれぞれの横方向電界鉛直断面の模式図である。
【図７Ａ】本発明による特定のリッジ導波路構造における光信号損失及び導波路効率のグラフである。
【図７Ｂ】本発明による特定のリッジ導波路構造における光信号損失及び導波路効率のグラフである。
【図８Ａ】主にＴＥ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図８Ｂ】主にＴＥ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図８Ｃ】主にＴＥ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図８Ｄ】主にＴＥ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図８Ｅ】主にＴＥ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図９Ａ】主にＴＭ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図９Ｂ】主にＴＭ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図９Ｃ】主にＴＭ偏光に感応する光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図１０Ａ】実質的に光信号の偏光には不感応な光電応答が得られる光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図１０Ｂ】実質的に光信号の偏光には不感応な光電応答が得られる光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図１０Ｃ】実質的に光信号の偏光には不感応な光電応答が得られる光電応答が得られるように構成した特定の導波路構造の模式図である。
【図１１】本発明による導波路構造を組み込んだ光書き込みデバイスの模式図である。
【図１２】本発明による導波路構造を組み込んだマッハ・ゼンダー・デバイスの模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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