(57)【要約】【課題】光損失が少なく、高速性を維持したまま低電圧駆動を可能とし、低コストで信頼性の高い有機導波路型光変調器を実現する。【解決手段】本発明は、光の入射、出射が可能で、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電気光学効果の媒体として有機結晶ＤＡＳＴ４をコア層に持つ光導波路３と、光の位相または強度を変調するための電極５を持つ有機導波路型光変調器１において、前記有機結晶ＤＡＳＴ４を選択的に配置した構成とする。有機結晶ＤＡＳＴ４を、制御電極５によって電圧を印加して屈折率変化によって光変調に寄与する光導波路３の部分にのみ選択的に配置することにより、ＤＡＳＴによる光損失を抑えることができ、電気光学定数が大きく、誘電率が小さい特長を生かした、高速で低電圧駆動を可能とした、低コストで信頼性の高い光変調器を実現することができる。【選択図】　　　　　　　図１
2004109457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射、出射が可能で、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電気光学効果の媒体として、有機結晶４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ　ｔｏｓｙｌａｔｅ（以下、ＤＡＳＴと記す）をコア層に持つ光導波路と、光の位相または強度を変調するための電極を持つ有機導波路型光変調器において、
前記有機結晶ＤＡＳＴを選択的に配置したことを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項２】
請求項１記載の有機導波路型光変調器において、
光変調器は、マッハツェンダー型の光変調器であることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項３】
請求項１記載の有機導波路型光変調器において、
前記有機結晶ＤＡＳＴの屈折率を制御する電極は、進行波型電極であることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項４】
請求項１記載の有機導波路型光変調器において、
干渉により光変調を行う変調器であり、有機結晶ＤＡＳＴは、その干渉の二つの光路ともに選択的に配置されており、その光路長は略等しいことを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項５】
請求項１記載の有機導波路型光変調器において、
選択的に配置されるＤＡＳＴは複数領域に分割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６】
請求項１記載の有機導波路型光変調器において、
電界によって屈折率が変化する有機結晶ＤＡＳＴをコアとする光導波路と光結合する導波路コアとの間に、ＤＡＳＴの屈折率とそれと光結合するコアの屈折率との中間の屈折率を持つ反射低減層を形成することを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の有機導波路型光変調器を用い、該有機導波路型光変調器をモノリシックに形成し、電子機器の出力端子と前記光変調器の制御電極とを電気的に接続することによって発光素子からの光を出力端子からの電気信号に応じた変調光にする光出力部と、前記変調光を伝送する光伝送部を構成要素とすることを特徴とする光集積回路。
【請求項８】
請求項７記載の光集積回路において、
前記集積化した光変調器を複数個含むことを特徴とする光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光変調器に関し、さらに詳細には、電気光学効果を応用し、特に低電圧で駆動する有機導波路型光変調器、及びその有機導波路型光変調器を用いた光集積回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットに代表される情報化社会の急速な進展によって、より多くの情報をやり取りするために、大容量高速の光通信の要求は高まる一方である。そのため、幹線系のネットワークばかりでなく、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ネットワーク端末や電子機器間、ボード間、集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）のチップ間など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は、そこに搭載されているＬＳＩチップの電源電圧は、低電圧化の一途をたどっており、それらにノイズを与えないためにも、光インターコネクションに用いられるデバイスは低電圧化が求められている。また、電気信号に応じて光を変調するドライバも低電圧化しており、システム全体の低消費電力の要求ともあいまって、低電圧化の要求は強い。
【０００３】
この光インターコネクションの構成要素の一つに電気光学効果を用いた導波路型光変調器がある。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、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果と、電界の２乗に比例するカー効果とがある。一般には、ポッケルス効果のほうがカー効果より大きいために、ポッケルス効果が用いられている。
【０００４】
従来の光変調器の例として、無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮ結晶と記す）を用いたマッハツェンダー型の光強度変調器がある。光導波路部分は、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、対称もしくは非対称平面ストリップラインの変調用電極に印加される。入射光は、入り口側の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分岐で重ね合わされ、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こす。集中定数型の電極構成で駆動させると、電極の持つ電気容量Ｃにより変調帯域が制限されるために、ストリップラインに変調用マイクロ波電気信号を伝搬させる進行波型の電極構成をとる。この場合、理想的には、電気回路的帯域の制限はない。しかし、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。
【０００５】
今、マイクロ波に対する実効屈折率をｎｍ、光に対する実効屈折率をｎ０、マイクロ波と光の相互作用長をＬとすると、帯域幅ＢＷは、
ＢＷ　∝　１／（Ｌ（ｎｍ−ｎ０））　　　　　　　（１）
ｎｍ＝√εｅｆｆ
の関係がある（下記の非特許文献１参照）。
【０００６】
したがって、ＬＮ結晶の誘電率が約２８と大きいために、マイクロ波の実効屈折率ｎｍが光の実効屈折率ｎ０に対して大きくなり、マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限を受ける。したがって、より高帯域化、つまり高速変調するには、電極の長さを小さくして、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すると、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難しい。実際に、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。さらに、このＬＮ変調器は、一般にデスクリートデバイスで、高コストデバイスである。これは、基本的にＬＮ結晶などの無機材料は高温プロセスであり、電気配線と光導波路が組み込まれるような光集積回路には、ハイブリッド実装するしかなく、また、アライメントなど非常に複雑で高コストとなる。
【０００７】
一方、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、薄膜化が可能で、大きな電気光学定数を持つため、低電圧で高速な光変調器として期待されている。
有機高分子材料は、高分子中に二次光非線形材料を溶解したもの、または、二次光非線形材料を直接またはスペーサー原子団を介して、高分子鎖に結合したものである。これらの高分子材料は、中心対称構造をなし、電気光学効果を発現させるために直流電圧印加やコロナ帯電等による分極処理が必要である。これらの一例として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にアゾ色素をドープしたもの（下記の非特許文献２参照）がある。しかし、これらの高分子材料のガラス転移点は低く、分極が温度や経時変化によって緩和してしまうため、光変調器としての信頼性が劣るという問題がある。
【０００８】
一方、有機結晶に関しては、図７に示す構造式の４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ　ｔｏｓｙｌａｔｅ（以下、ＤＡＳＴと記す）が、東北大学の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、有機結晶特有の低い誘電率（ε１＝５．２）であるために、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波（または、サブミリ波）発生など関心を集めている。また、有機結晶であるため、有機高分子のように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。実際に改良シェア法によってＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変調を行った報告（下記の非特許文献３参照）や、ＤＡＳＴの電気光学効果を用いて、その屈折率変化から信号線を伝搬する電気信号を計測する報告（下記の特許文献１参照）がなされているが、バルクとして用いており、いまのところ、ＤＡＳＴを用いた導波路型光変調器を作製した報告はない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２６２１１７号公報
【非特許文献１】
“光集積回路”オーム社発行、西原ら著ｐ１１６．
【非特許文献２】
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ，　Ｂ４（１９８７）９６８．
【非特許文献３】
Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５．
【非特許文献４】
Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２１（１９９６）１６５５．
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人によるＤＡＳＴを用いた光変調器に関する研究開発として、電気光学効果を示す有機媒体（有機高分子または有機結晶）をコア層に用いた光変調器において、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媒体を埋め込み、有機媒体の特性を劣化しない溶媒を用いて、化学的機械研磨し、溝部以外の有機媒体を除去し、コア部分に有機媒体を形成することによって、作製することが創案されている。そのため、ＤＡＳＴを用いた有機導波路型光変調器を実現することができる。
しかし、この有機導波路型光変調器においては、ＤＡＳＴを屈折率変化させて位相を変化させる以外の部分や、単なる光導波路としての部分にも配置している。ＤＡＳＴは、上記非特許文献４等に報告されているように、波長７５０ｎｍ〜１．６μｍ間の吸収は比較的小さくフラットではあるものの、０．５〜１ｃｍ−１ほどの吸収があり、吸収による光損失が課題となる。
【００１１】
本発明は前述の光インターコネクションなどに用いられる有機導波路型光変調器に関するものであり、その第１の目的は、光損失が少なく、高速性を維持したまま、低電圧駆動を可能とし、低コストで信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することにある。
また、第２の目的は、光損失が少なく、高速性を維持したまま、低電圧駆動を可能とし、低コストで高い信頼性を維持したまま、高い消光比の有機導波路型光変調器を提供することにある。
さらに第３の目的は、光損失が少なく、低電圧駆動を可能とし、低コストで高い信頼性を維持したまま、より高速な有機導波路型光変調器を提供することにある。
さらに第４の目的は、光損失が少なく、高速性を維持したまま、低電圧駆動を可能とし、低コストで高い信頼性を維持したまま、消光比の高い有機導波路型光変調器を提供することにある。
さらに第５の目的は、光損失が少なく、高速で、低電圧駆動を可能とし、低コストで高い信頼性を維持したまま、機械強度の強い有機導波路型光変調器を提供することにある。
さらに第６の目的は、高速性を維持したまま、低電圧駆動を可能とし、低コストで高い信頼性を維持したまま、より低損失な有機導波路型光変調器を提供することにある。
さらに第７の目的は、光損失が少なく、高速性を維持したまま、低電圧駆動を可能とし、低コストな光集積回路を提供することにある。
さらに第８の目的は、光損失が少なく、高速性を維持したまま、低電圧駆動を可能とし、低コストを維持したまま、より広帯域な光集積回路を提供することにある
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、光の入射、出射が可能で、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電気光学効果の媒体として、有機結晶４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ　ｔｏｓｙｌａｔｅ（以下、ＤＡＳＴと記す）をコア層に持つ光導波路と、光の位相または強度を変調するための電極を持つ有機導波路型光変調器において、前記有機結晶ＤＡＳＴを選択的に配置したことを特徴としている。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の有機導波路型光変調器において、光変調器は、マッハツェンダー型の光変調器であることを特徴としている。
さらに請求項３に係る発明は、請求項１記載の有機導波路型光変調器において、前記有機結晶ＤＡＳＴの屈折率を制御する電極は、進行波型電極であることを特徴としている。
さらに請求項４に係る発明は、請求項１記載の有機導波路型光変調器において、干渉により光変調を行う変調器であり、有機結晶ＤＡＳＴは、その干渉の二つの光路ともに選択的に配置されており、その光路長は略等しいことを特徴としている。
さらに請求項５に係る発明は、請求項１記載の有機導波路型光変調器において、選択的に配置されるＤＡＳＴは複数領域に分割されていることを特徴としている。
さらに請求項６に係る発明は、請求項１記載の有機導波路型光変調器において、電界によって屈折率が変化する有機結晶ＤＡＳＴをコアとする光導波路と光結合する導波路コアとの間に、ＤＡＳＴの屈折率とそれと光結合するコアの屈折率との中間の屈折率を持つ反射低減層を形成することを特徴としている。
さらに請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の有機導波路型光変調器を用い、該有機導波路型光変調器をモノリシックに形成し、電子機器の出力端子と前記光変調器の制御電極とを電気的に接続することによって発光素子からの光を出力端子からの電気信号に応じた変調光にする光出力部と、前記変調光を伝送する光伝送部を構成要素とすることを特徴としている。
さらに請求項８に係る発明は、請求項７記載の光集積回路において、前記集積化した光変調器を複数個含むことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用について詳細に説明する。
前述の式（１）に示すように、電気光学媒体を誘電率５．２と小さなＤＡＳＴにすることで、マイクロ波の屈折率ｎｍと光の屈折率ｎ０の差が非常に小さくなり、低電圧で高速の光変調が可能となる。しかし、波長７５０ｎｍ〜１６００ｎｍ間でのＤＡＳＴの吸収係数は０．５ｃｍ−１程度あり、単に光を分波、合波する部分にもＤＡＳＴを使うのは伝送損失が大きくなり好ましくない。結晶品質の向上で、光損失低減の可能性はあるものの、現状では上記程度の吸収はある。また、ＤＡＳＴ分子中のＣ−Ｈ結合のＨを重水素Ｄやフッ素Ｆ置換することで、１．７μｍ付近の吸収位置を長波長側にシフトさせて、より吸収の影響を小さくさせることも可能だが、現状はそのような分子の合成の報告はなく、非線型性の確認も行われていない。
【００１４】
そこで本発明においては、電気光学効果による屈折率変化に必要な部分のみをＤＡＳＴで形成し、その他の部分はより光損失の少ない光導波路で光変調器を形成することで、低損失な光変調器を実現するものである。この低損失な光導波路としては、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂からなるものや、ＳｉＯ２やＳｉ、ＳｉＮなどの無機膜を用いた光導波路、さらには周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶を用いた光導波路でもよい。
【００１５】
ここで、図３は、光変調器の一例として、マッハツェンダー型光変調器と方向性結合型光変調器を示している。図３（ａ）のマッハツェンダー型光変調器の場合は、制御電極に印加されたマイクロ波と、光導波路３のそれぞれのアームに配置されたＤＡＳＴ４が相互作用して屈折率が変化し、Ｙ分岐によって２分された光は、位相が変化する。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分岐で重ね合わされ、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こす。ここでは、ＤＡＳＴ４は光導波路３の両アームに選択的に配置したが、片側だけでもかまわない。両側の場合は、各々逆向きの電界をかけることで、屈折率変化を大きくとることができ有利である。また、その光路長も等しくすることで、吸収による光ロスが等価となり、分岐部分での光強度比の調整も必要なく、高い消光比を得ることができる。
【００１６】
一方、図３（ｂ）の方向性結合型光変調器の場合は、上記のような動作原理とは異なり、分布結合理論に基づく。すなわち、２本の近接した光導波路３間では、一定距離進むと一方に光強度が移行することを利用しており、電圧を印加すると、二つの光導波路３の屈折率が変化するため、伝播定数が変化することとなり、光強度の移行量が減少することによって光変調を行っている。
さらにマッハツェンダー型光変調器の場合は、消光比Ｅｒは、入力側での光強度の分割比ｒｐ＝（｜Ｅａ｜／｜Ｅｂ｜）２を用いて下記の式（２）で表されるため、光強度の分割比がｒｐ＝１の場合、無限大の消光比となり、等分でない場合でも比較的高い消光比が得られる光変調器である。
【００１７】
【数１】
2004109457.tif 000003
【００１８】
また、図４は、マッハツェンダー型光変調器や方向性結合型光変調器の光導波路３に、２分割してＤＡＳＴ４を配置した例を示している。光導波路３に選択配置するＤＡＳＴ４の長さは、形成する光変調器の帯域や駆動電圧に依存するが、例えば、６ｍｍ程度はある。ＤＡＳＴはイオン結晶のため、他の有機結晶に比べて硬いが、無機結晶に比べるとかなり脆い。従って、選択配置するＤＡＳＴを幾つかのユニットに分割することによって、１つのユニットに対する長さは短くなり、各ユニットにかかる力の絶対値は小さくなるために壊れにくくなる。
【００１９】
さらに図６は、マッハツェンダー型光変調器や方向性結合型光変調器の光導波路３の、屈折率変化を担うＤＡＳＴ４の部分と、単なる光導波路としての導波路コアとの光結合界面に、反射低減層９を設けた例を示している。これは、ＤＡＳＴに関しては最も大きな電気光学定数ｒ１１に対応する光の屈折率ｎ１は、２．４０（波長７８０ｎｍ），２．１６（波長１３００ｎｍ），２．１３（波長１５５０ｎｍ）と大きく、例えば、屈折率１．５のような樹脂導波路に対して３％程度のフレネル反射を持ってしまうが、中間的な屈折率を持つ層を反射低減層９として介在させることで、そのフレネル反射の影響を低減できる。
この光変調器を形成するため、ＳｉＯ２やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料、またはポリイミドなどの有機材料、及びプリント基板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、図示の実施例に基づいて本発明の有機導波路型光変調器および光集積回路の具体的な構成について詳細に説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１は本発明の一実施例を示す有機導波路型光変調器の平面図、図２は図１に示す有機導波路型光変調器のＤＡＳＴ部分を横切る形での断面図を示している。ここではマッハツェンダー型の光変調器１の光導波路３の両アームにのみ有機結晶ＤＡＳＴ４を選択的に配置している。また、その光路長は等しいものとした。ＤＡＳＴ４の最も大きな電気光学定数ｒ１１を有効に使うため、光はｂ軸伝播する様に結晶方位を制御している。また、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している。この例では、結晶のａ軸は基板２に平行方向となるように制御しているため、電界も基板２と平行になるように図１，２のような配置となっている。さらに制御電極５については、変調部を挟んで両側の電極をグランドに接地し、中央の電極に高周波発信器７によりマイクロ波を印加することで、各々のＤＡＳＴ４に逆向きの電界を印加することができ、２倍の位相変化を生じさせ、有効に変調を行っている。また、中央の電極には５０Ωの終端抵抗６を付与し、進行波型電極とすることで、容量の影響をなくし、非常に高速な光変調に対応できる電極構造としている。
【００２２】
この光変調器１を形成する基板２としてはポリイミド基板を用い、その基板上に、光導波路３のクラッド層８として働くポリイミド樹脂をスピンコートする。さらに、マッハツェンダー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。同じく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、低損失な導波路コアを形成する。さらにリソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴ４を選択的に形成する部分だけ、コア溝を再度形成する。
【００２３】
次に導波路コアに形成したコア溝に、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴ４を結晶成長させる。結晶方位については、種結晶によって導波路方向をｂ軸となるようにして、それとほぼ垂直方向がａ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在する。そこで、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行う。研磨は、発泡ウレタンパッドＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ　ＩＶ（ロデール社製）を用い、シリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴを除去することにより、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができる。
【００２４】
ここでは、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴ層を形成したが、前記の非特許文献３に記載のような改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成したり、ＯＶＰＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって薄膜を形成してもよい。
このＤＡＳＴを形成したクラッド層の上層に、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。さらにこの上層に、制御用電極５として、コプレーナ線路型金電極をスパッタ法で形成し、終端に５０Ωの終端抵抗６を取り付け、進行波型電極とした。このようにして、マッハツェンダー型のチャネル型導波路を持つ光変調器１を作製した。
また、比較例として、同様な構成で、全ての導波路コア部がＤＡＳＴからなる光変調器も形成した。
【００２５】
本実施例の光変調器１の光導波路３の一端側から入射光として波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して制御用電極５間に変調信号を入力したところ、約１．５Ｖと低い駆動電圧で光強度変調ができることがわかった。また、比較例の全てのコア部をＤＡＳＴで形成した光変調器に比べ、光強度の減衰が小さい変調器を実現することができた。
図１に示す構成の光変調器１は、マッハツェンダー型光変調器であるため高い消光比が得られ、しかも有機材料を用いているので材料的にも低コストで、また、低温プロセスで形成できるため、低コストな光変調器を実現できる。
【００２６】
尚、パターニングの方法としては、フォトリソグラフィーとエッチングによる半導体微細加工を用いたが、インプリンティングやスタンパーなどの型成形によるもので形成してもよく、ＤＡＳＴ部以外のコア層やクラッド層を感光性樹脂によるもので形成してもよい。
【００２７】
［実施例２］
次に第２の実施例として、実施例１と同様の構成（図１）のマッハツェンダー型光変調器を形成する。ただし、マッハツェンダー型光変調器１の光導波路３の両アームにＤＡＳＴ４を選択的に配置しているが、図４（ａ）のように、その領域は、間にＹ分岐を形成するのと同じコア層で２分割されている。
尚、本実施例でも、ＤＡＳＴ４の最も大きな電気光学定数ｒ１１を有効に使うため、光はｂ軸伝播するように結晶方位を制御している。また、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している。
【００２８】
この光変調器１を形成する基板２としては、熱酸化膜を形成したＳｉ基板を用い、クラッド層８としてエポキシ樹脂を用い、また、ＤＡＳＴ以外の部分のコア層として、クラッド層より屈折率のやや大きなエポキシ樹脂を用いた。実施例１と同様に、公知技術によるフォトリソグラフィーとエッチングによって、光導波路３を形成し、ＤＡＳＴ４を選択的に配置するコア溝を形成する。ここで、実施例１とは異なり、選択的に配置するＤＡＳＴは、図４（ａ）のように、２つの領域に分割している。また、導波路コアとなるエポキシ樹脂のＤＡＳＴ４と光結合する端面は、ＤＡＳＴとエポキシ樹脂の中間の屈折率をもつ硫黄Ｓ含有エポキシ樹脂を選択的に形成している。ここでは、インクジェットのヘッドを用いて斜めから噴射して形成したが、以下に示す膜であれば蒸着などの方法も使うことができる。尚、ＤＡＳＴ４の屈折率ｎ１は２．１６（波長１３００ｎｍ）と大きいので、本実施例では、屈折率変化を担うＤＡＳＴ４の部分と、単なる光導波路としての導波路コアとの光結合界面に、通常の導波路コアの屈折率１．５との中間の値を持つ反射低減層を設けるが、反射低減層としては、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの無機膜、また、イオン注入等によってコア層の一部を高屈折率にした層でもかまわない。
【００２９】
その他は実施例１同様に行い、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軸となるようにした。ＤＡＳＴの形成後、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行うことにより、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができる。
このＤＡＳＴを形成したクラッド層の上層に、下層のクラッド層と同じエポキシ樹脂を形成した。さらにこの上層に、制御用電極５として、金電極をスパッタ法で形成した。このようにして、マッハツェンダー型のチャネル型導波路を持つ光変調器１を作製した。尚、ここでは、ＤＡＳＴの分割数を２としているが、それ以上でもかまわない。
【００３０】
本実施例の光変調器１の光導波路３の一端側から入射光として波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して制御用電極５間に変調信号を入力したところ、低い駆動電圧で光強度変調ができる。また、ＤＡＳＴ４と光結合する部分に図５（ａ）に示すような反射低減層９を設けたことで、フレネル反射の影響を小さくでき、低光損失で、ノイズの少ない光変調器を形成できる。また、選択的に配置するＤＡＳＴ４を複数に分割することによって、機械強度に優れた光変調器を形成することができる。
【００３１】
［実施例３］
図６は本発明の一実施例を示す光集積回路の概略斜視図である。この実施例は、ガラスもしくはセラミック、もしくは樹脂フィルム等でできたプリント基板１０上に配置された複数の集積回路（ＩＣ）１１，１２間の光配線を光導波路と光変調器を用いて実現したものである。光配線は速い信号線に用いており、遅い信号線は電気配線（図示せず）である。すなわち、発光素子１４への電源供給や光変調器の制御電極への配線など、このプリント基板１０上には、電気配線と光配線が混在している。
【００３２】
ここでは、光出力部１３に実施例１と同じマッハツェンダー型光変調器１を複数配列した光変調器アレイ１５形成している。本発明の光変調器は前述したように低温での形成が可能であるために、公知技術によってプリント基板１０に電気配線を形成した後に、モノリシックに光変調器アレイ１５を形成できる。
【００３３】
具体的な作製方法としては、プリント基板１０上に、光導波路３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、マッハツェンダー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。同じく、導波路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、発光素子１４から光変調器アレイ１５の各光変調器１へ光を導く部分、光変調器アレイ１５の光変調器１から受光素子アレイ１８の各受光素子１７までの伝送路となる光導波路部分と、マッハツェンダー型光導波路の分波、合波するためのＹ分岐の光導波路部分を、低損失でかつ一体に形成する。さらにフォト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だけ、コア溝を再度形成する。
【００３４】
そして再度形成したコア溝に、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を結晶成長させて形成した後、研磨による選択的な除去を行うことにより、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができる。結晶方位については種結晶によって導波路方向をｂ軸となるようにした。このＤＡＳＴを形成したクラッド層の上層に、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上層のクラッド層を形成し、さらにこの上層に、制御用電極を形成して、複数の光変調器１をアレイ状に配列した光変調器アレイ１５をモノリシックに形成する。その後、発光素子１４や、複数の受光素子１７からなる受光素子アレイ１８をハイブリッドに実装するため、電気配線上にあるポリイミドを除去し、フリップチップ実装を行い光集積回路を形成する。
【００３５】
このようにして作製された光集積回路では、発光素子１４から出た光は、分岐して光導波路３を通して光変調器アレイ１５の各光変調器１に導かれる。ここで、集積回路（ＩＣ）１１（または１２）の複数の出力端子からでた電気信号は、デマルチプレクサ（図示しない）によってデータの統合が行われ、例えば４つの光変調器１に振り分けられ、光変調器ドライバ（図示しない）を介して出力電気信号にしたがって、各光変調器１で変調され、光導波路３を通じて、受光素子アレイ１８の各受光素子１７に導かれ、場合によってはアンプを通して、マルチプレクサ（図示しない）に導かれ、再度もとのビットに変換されて、他の集積回路（ＩＣ）１２（または１１）に伝送される。尚、本実施例ではＩＣの入出力装置が光出力部１３、光入力部１６の二つの機能を備えて、双方向の光伝送を可能にした好ましい例ではあるが、本発明はこのような構成に限定される物ではなく、ＤＡＳＴを選択的に配置した光変調器１を含む光出力部１３を持つ構成であれば、光入力部１６が同一基板上になくてもかまわないし、逆にその他の種々の光学構成要素があっても何ら問題はない。
【００３６】
本発明では、有機導波路型光変調器１は非常に高速変調が可能であるため、マルチプレクサやデマルチプレクサを用いて電気信号の処理を行い、光変調器の高速性を利用して、伝送路の帯域を有効に活用しているが、ＩＣの各出力端に各光変調器を対応させて光変調を行ってもかまわない。
このようにＤＡＳＴを選択的に配置した光変調器１をモノリシックに集積した光集積回路を形成することで、光損失の少ない、低コストで高速、低電圧の光集積回路を形成できる。また、光変調器１を複数個アレイ状に並べることで、データ伝送容量を大きく増やすことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明では、有機結晶ＤＡＳＴを、制御電極によって電圧を印加して屈折率変化によって光変調に寄与する光導波路の部分にのみ選択的に配置することによって、ＤＡＳＴによる光損失を抑えることができ、電気光学定数が大きく、誘電率が小さい特長を生かした、高速で、低電圧駆動を可能とした、低コストで信頼性の高い光変調器を実現することができる。
また、請求項２記載の発明では、請求項１の構成及び効果に加え、マッハツェンダー型の光変調器を形成することで、消光比が高く、また、有機結晶ＤＡＳＴを制御電極によって屈折率変化に寄与する部分にのみ選択的に配置することによって、ＤＡＳＴによる光損失を抑えることができ、電気光学定数が大きく、誘電率が小さい特長を生かした、高速で、低電圧駆動を可能とした、低コストで信頼性の高い光変調器を実現することができる。
【００３８】
請求項３記載の発明では、請求項１の構成及び効果に加え、有機結晶ＤＡＳＴの屈折率を制御する電極は、進行波型電極にすることによって、より高速で、光損失が少なく、低電圧駆動を可能とし、低コストで高い信頼性を維持した光変調器を実現ることができる。
また、請求項４記載の発明では、請求項１の構成及び効果に加え、有機結晶ＤＡＳＴを干渉の二つの光路ともに選択的に配置し、その光路長を略等しくすることによって、両光路における光吸収による光損失が等しくなるため、消光比が高く、低損失で高速、低電圧駆動ができ、低コストで高い信頼性を維持した光変調器を実現することができる。
【００３９】
請求項５記載の発明では、請求項１の構成及び効果に加え、選択的に配置されるＤＡＳＴは複数領域に分割することによって、各ユニットにかかる力の絶対値を小さく抑えることができ、機械的強度が強く、低損失で高速、低電圧駆動ができ、低コストで高い信頼性を維持した光変調器を実現することができる。
また、請求項６記載の発明では、請求項１の構成及び効果に加え、電界によって屈折率が変化する有機結晶ＤＡＳＴをコアとする光導波路と光結合する導波路コアとの間に、ＤＡＳＴの屈折率とそれと光結合するコアの屈折率との中間の屈折率を持つ反射低減層を形成することによって、光結合面での反射を低下させることができ、光損失がなく、光反射によるノイズ発生の少ない、低電圧、高速で、低コストで高い信頼性を維持した光変調器を実現することができる。
【００４０】
請求項７記載の発明では、請求項１〜６のいずれか一つに記載の有機導波路型光変調器を用い、該有機導波路型光変調器をモノリシックに形成し、電子機器の出力端子と前記光変調器の制御電極とを電気的に接続することによって発光素子からの光を出力端子からの電気信号に応じた変調光にする光出力部と、前記変調光を伝送する光伝送部を構成要素とすることを特徴とするので、光損失が少なく、低電圧駆動を可能とした低コストで信頼性の高い光集積回路を実現することができる。
また、請求項８記載の発明では、請求項７の構成及び効果に加え、ＤＡＳＴを選択的に配置した光変調器を複数個含むことで、データ伝送容量が大きく、より広帯域な光集積回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す有機導波路型光変調器の平面図である。
【図２】図１に示す光変調器のＤＡＳＴ部分を横切る形での断面図である。
【図３】本発明に係る光変調器の一例を説明するための図であり、（ａ）はマッハツェンダー型光変調器の変調部を模式的に示す図、（ｂ）は方向性結合型光変調器の変調部を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る光変調器の別の例を説明するための図であり、（ａ）はマッハツェンダー型光変調器の変調部を模式的に示す図、（ｂ）は方向性結合型光変調器の変調部を模式的に示す図である。
【図５】本発明に係る光変調器のさらに別の例を説明するための図であり、（ａ）はマッハツェンダー型光変調器の変調部を模式的に示す図、（ｂ）は方向性結合型光変調器の変調部を模式的に示す図である。
【図６】本発明の一実施例を示す光集積回路の概略斜視図である。
【図７】有機結晶ＤＡＳＴの構造式を示す図である。
【符号の説明】
１：有機導波路型光変調器（マッハツェンダー型光変調器）
２：基板
３：光導波路
４：ＤＡＳＴ
５：制御用電極
６：終端抵抗
７：高周波発信器
８：クラッド層
９：反射低減層
１０：プリント基板
１１，１２：集積回路（ＩＣ）
１３：光出力部
１４：発光素子
１５：光変調器アレイ
１６：光入力部
１７：受光素子
１８：受光素子アレイ
【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７】
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