(57)【要約】【課題】光学材料を用いた光誘起表面レリーフ形成を利用して回折光学素子を光導波路に記録して、コスト、量産性に優れた光集積導波路素子を提供する。【解決手段】▲１▼光結合器の場合は、アゾベンゼンポリマー等の有機光学材料の表面に等間隔のレリーフ５を一様に形成する。▲２▼光を反射させる場合は、ポリマーの表面は、入力側の一部に平滑部８を形成し、その延長部は所定のピッチのレリーフ５を形成して、入力光は入力部より反射光として取り出す。▲３▼光の速度を遅くする場合、ポリマーの表面は、入力側の一部に平滑部８を形成し、その延長部は所定のピッチのレリーフ５を形成し、速度νの入力光はレリーフ部５で減速された光となり出力される。▲４▼異なる波長の光を同じ方向に出力する場合、ポリマーの表面に入力側からレリーフの周期を徐々に小さく（大きく）形成する。入力光はポリマー膜の表面のレリーフ５、６、７から異なる波長の光として取り出す。【選択図】            図４
2004294544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス基板またはコーニングガラス基板等に、アゾベンゼンポリマー等の有機光学材料に有機系のクマリンローダミン、ＤＣＭ等のレーザー色素やＮｄ３＋等の希土類イオンもしくは希土類金属錯体の添加物を添加して、有機光学材料薄膜を製膜し、該有機光学材料に所定の光強度の二光束干渉縞の照射をすることにより、該有機光学材料の表面に任意の間隔と高さをもった表面レリーフを形成したことを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項２】
前記有機系の添加物を有機発光体ポリマーＰＰＶ、Ａｌｑ３  としたことを特徴とする請求項１記載の光集積導波路素子。
【請求項３】
前記有機系の添加物の有機光学材料に対する含有量０．１〜１０％程度とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光集積導波路素子。
【請求項４】
基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、平滑部（増幅領域）、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）を形成し、該平滑部に励起光を加えて第２の光結合器から増幅光として出力することを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項５】
基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に第１のＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）の役割の等間隔のレリーフ部、平滑部（増幅領域）、第２のＤＢＲの等間隔のレリーフ部、光結合器を形成し、平滑部（増幅領域）に励起光を加えて第１のＤＢＲと第２のＤＢＲ間で入力光を互いに反射させてリニア共振器として共振させ、光結合器からレーザー出力光として取り出すことを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項６】
基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に平滑部、ＤＦＢ（分布帰還型ブラッグリフレクター）の役割の等間隔のレリーフ部（増幅領域）、平滑部、光結合器を形成し、レリーフ部（増幅領域）に励起光を加えてレリーフ部（増幅領域）内で入力光をリニア共振器として共振させ、光結合器からレーザー出力光として取り出すことを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項７】
基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に平滑部、第１のＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）の役割の等間隔のレリーフ部、平滑部（増幅領域）、第２のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部、平滑部、光結合器を形成し、第１のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部と第２のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部はリング共振器を形成するように配置され、増幅領域の平滑部に励起光を加えて第１のＤＢＲと第２のＤＢＲ間で互いにリング共振を起こして、光結合器からレーザー出力光として取り出すことを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項８】
基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に平滑部、二次元ＤＦＢ（分布帰還型ブラッグリフレクター）の役割の円心円状のレリーフ部（増幅領域）、平滑部を形成し、円心円状のレリーフ部（増幅領域）に上方より入力光を加えて入力光は二次元ＤＦＢを用いた共振器内で共振させ、円心円状のレリーフ部からレーザー出力光として上方に取り出すことを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項９】
基板上に作製される、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、ＱＰＭ（擬似位相整合）のためのレリーフ部、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）を形成し、波長λの入力光がレリーフ部（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部により、入力光の波長λの半分の波長λ／２の光とされ、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）から第２高調波出力光として発生させ、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器として機能することを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項１０】
ＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の他の実施形態を示す。基板上に作製される、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、ＱＰＭ（擬似位相整合）のためのレリーフ部、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）を形成し、波長λの入力光がレリーフ部（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部により、光パラメトリック発生が行われ、ωの入力光をω１  、ω２  に分割し、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）から入力光の波長λに対して波長λ１  、λ２  の光を出力光として発生させ、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器として機能することを特徴とする光集積導波路素子。
【請求項１１】
ＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の他の実施形態を示す。基板上に作製される、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、ＱＰＭ（擬似位相整合）のためのレリーフ部、レリーフの間隔が徐々に拡大し、夫々は等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）、レリーフ部（第３の光結合器）、レリーフ部（第４の光結合器）を形成し、波長λの入力光がレリーフ部（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部により、チャープグレーティングによる各出力光角度補正（色収差補正）付き光パラメトリック発生が行われ、ωの入射光をω１  、ω２  に分割し、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）から入力光の波長λに対してλ＜λ１  ＜λ２  で、かつ、波長λ１  、λ２  の光を出力光として発生させ、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器として機能することを特徴とする光集積導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機光学材料を用いた光誘起表面レリーフを利用して回折光学素子を光導波路に記録した光集積導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信や機器の制御信号への光信号の利用等が拡大し、光制御素子が種々開発されている。そして、半導体素子からなる光導波路構造としては、回折格子が部分的に形成された半導体基板あるいは半導体層上へ、選択ＭＯＶＰＥ成長法によって直接形成された半導体素子光導波路において、回折格子形成領域上とそれ以外の領域上とにおいて導波路幅に不連続性がない半導体光導波路を採用し、電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、光異性化可能であって二色性を示す構成単位を含む樹脂にホログラフィクな露光を行い、光の強弱に応じてマイクロメータオーダーのパターン及び凹凸を表面に形成することにより、回折効率の高い光制御素子を得る技術に関する文献も示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−７５１５７号公報
【特許文献２】
特開２００２−７１９５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体素子からなる光導波路構造では、光導波路に回折効率の高い回折光学素子を組み込むにはエッチング技術や光リソグラフィー技術を利用するため、作業工程が複雑で素子自体のコストを下げるのは困難であり、一度記録した回折光学素子を書き直すことはできなかった。また、光異性化可能であって二色性を示す構成単位に露光の強弱によりパターン及び凹凸を表面に形成し、回折効率の高い光制御素子を得る上記特許文献２の技術も、特定の有機材料の組み合わせにより、単に光制御素子自体を作製することのみが記載され、具体的な光制御素子の構成はなんら開示されていない。
【０００６】
そこで本発明は、有機光学材料を用いた光誘起表面レリーフ形成を利用して回折光学素子を光導波路に記録することにより、デバイス作製技術が簡単で、コスト、量産性に優れ、大気雰囲気中デバイス作製が可能で、真空系の配管等が不要であると共に、回折光学素子の記録消去ができて導波路素子内での光の伝播経路や配線を自在に書き換え可能な光集積導波路素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に係る光集積導波路素子は、石英ガラス基板またはコーニングガラス基板等に、アゾベンゼンポリマー等の有機光学材料に有機系のクマリンローダミン、ＤＣＭ等のレーザー色素やＮｄ３＋等の希土類イオンもしくは希土類金属錯体の添加物を添加して、有機光学材料薄膜を製膜し、該有機光学材料に所定の光強度の二光束干渉縞の照射をすることにより、該有機光学材料の表面に任意の間隔と高さをもった表面レリーフを形成した構成とした。
【０００８】
この発明の請求項２に係る光集積導波路素子は、石英ガラス基板またはコーニングガラス基板等に、アゾベンゼンポリマー等の有機光学材料に有機系の有機発光体ポリマーＰＰＶ、Ａｌｑ３  の添加物を添加して、有機光学材料薄膜を製膜し、該有機光学材料に所定の光強度の二光束干渉縞の照射をすることにより、該有機光学材料の表面に任意の間隔と高さをもった表面レリーフを形成した構成とした。
【０００９】
この発明の請求項３に係る光集積導波路素子は、石英ガラス基板またはコーニングガラス基板等に、０．１〜１０％程度のアゾベンゼンポリマー等の有機光学材料に有機系のクマリンローダミン、ＤＣＭ等のレーザー色素、有機発光体ポリマーＰＰＶ、Ａｌｑ３  やＮｄ３＋等の希土類イオンもしくは希土類金属錯体の添加物を添加して、有機光学材料薄膜を製膜し、該有機光学材料に所定の光強度の二光束干渉縞の照射をすることにより、該有機光学材料の表面に任意の間隔と高さをもった表面レリーフを形成した構成とした。
【００１０】
これにより、本発明の光集積導波路素子は、有機光学材料に有機系の添加物を加えた新規な材料を用いて、光誘起表面レリーフ形成を利用して、回折光学素子を光導波路に記録するので、ディバイス作製技術が簡単で、従来の光導波路ディバイスと比べ、コスト、量産性に優れる。また、大気雰囲気中でディバイス製作できるので、真空系の配管などが不要となる。また、回折光学素子の記録消去ができるので、導波炉素子内での光の伝播経路や配線を自在に書き替えることができる。
【００１１】
この発明の請求項４に係る光集積導波路素子は、基板上に作製される、有機光学材料アゾベンゼンポリマーに蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料アゾベンゼンポリマー薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、平滑部（増幅領域）、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）を形成し、該平滑部に励起光を加えて第２の光結合器から増幅光として出力する構成とした。
【００１２】
これにより、本発明の光集積導波路素子は、有機光学材料に有機系の添加物を加えた新規な材料を用いて、光誘起表面レリーフ形成を利用して、回折光学素子を光導波路に記録するので、増幅機能を有する素子を簡単なディバイス作製技術で任意の特性に量産することができる。
【００１３】
この発明の請求項５に係る光集積導波路素子は、基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に第１のＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）の役割の等間隔のレリーフ部、平滑部（増幅領域）、第２のＤＢＲの等間隔のレリーフ部、光結合器を形成し、平滑部（増幅領域）に励起光を加えて第１のＤＢＲと第２のＤＢＲ間で入力光を互いに反射させてリニア共振器として共振させ、光結合器からレーザー出力光として取り出す構成とした。
【００１４】
この発明の請求項６に係る光集積導波路素子は、基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に平滑部、ＤＦＢ（分布帰還型ブラッグリフレクター）の役割の等間隔のレリーフ部（増幅領域）、平滑部、光結合器を形成し、レリーフ部（増幅領域）に励起光を加えてレリーフ部（増幅領域）内で入力光をリニア共振器として共振させ、光結合器からレーザー出力光として取り出す構成とした。
【００１５】
この発明の請求項７に係る光集積導波路素子は、基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に平滑部、第１のＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）の役割の等間隔のレリーフ部、平滑部（増幅領域）、第２のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部、平滑部、光結合器を形成し、第１のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部と第２のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部はリング共振器を形成するように配置され、増幅領域の平滑部に励起光を加えて第１のＤＢＲと第２のＤＢＲ間で互いにリング共振を起こして、光結合器からレーザー出力光として取り出す構成とした。
【００１６】
この発明の請求項８に係る光集積導波路素子は、基板上に作製される、有機光学材料に蛍光色素とＮｄ３＋等の希土類イオンを添加した有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に平滑部、二次元ＤＦＢ（分布帰還型ブラッグリフレクター）の役割の円心円状のレリーフ部（増幅領域）、平滑部を形成し、円心円状のレリーフ部（増幅領域）に上方より入力光を加えて入力光は二次元ＤＦＢを用いた共振器内で共振させ、円心円状のレリーフ部からレーザー出力光として上方に取り出す構成とした。
【００１７】
これにより、本発明の光集積導波路素子は、有機光学材料に有機系の添加物を加えた新規な材料を用いて、光誘起表面レリーフ形成を利用して一次元のリニア共振器、二次元のリング共振器あるいは分布帰還型ブラッグリフレクターでなる回折光学素子を光導波路に記録することにより、種々のレーザー機能を有する素子を簡単なディバイス作製技術で量産することができる。
【００１８】
この発明の請求項９に係る光集積導波路素子は、基板上に作製される、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、ＱＰＭ（擬似位相整合）のためのレリーフ部、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）を形成し、波長λの入力光がレリーフ部（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部により、入力光の波長λの半分の波長λ／２の光とされ、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）から第２高調波出力光として発生させ、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器として機能する構成とした。
【００１９】
この発明の請求項１０に係る光集積導波路素子は、ＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の他の実施形態を示す。基板上に作製される、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、ＱＰＭ（擬似位相整合）のためのレリーフ部、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）を形成し、波長λの入力光がレリーフ部（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部により、光パラメトリック発生が行われ、ωの入力光をω１  、ω２  に分割し、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）から入力光の波長λに対して波長λ１  、λ２  の光を出力光として発生させ、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器として機能する構成とした。
【００２０】
この発明の請求項１１に係る光集積導波路素子は、ＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の他の実施形態を示す。基板上に作製される、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部（第１の光結合器）、ＱＰＭ（擬似位相整合）のためのレリーフ部、レリーフの間隔が徐々に拡大し、夫々は等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）、レリーフ部（第３の光結合器）、レリーフ部（第４の光結合器）を形成し、波長λの入力光がレリーフ部（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部により、チャープグレーティングによる各出力光角度補正（色収差補正）付き光パラメトリック発生が行われ、ωの入射光をω１  、ω２  に分割し、等間隔のレリーフ部（第２の光結合器）から入力光の波長λに対してλ＜λ１  ＜λ２  で、かつ、波長λ１  、λ２  の光を出力光として発生させ、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器として機能する構成とした。
【００２１】
これにより、本発明の光集積導波路素子は、分極配向させるポーリングされた有機光学材料薄膜の表面への光誘起表面レリーフ形成を利用して、光パラメトリック発生あるいはチャープグレーティングによる各出力光角度補正（色収差補正）付き光パラメトリック発生がなされるＱＰＭ（擬似位相整合）でなる回折光学素子を光導波路にを記録するので、異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器を簡単なディバイス作製技術で量産することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光集積導波路素子の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は一般的な有機光学材料についても適用できるが、以下、有機光学材料の一例としてアゾベンゼンポリマーを用いて説明する。図１、図２はアゾベンゼンポリマー素子の構成と機能説明図、図３は本発明のアゾベンゼンポリマーの光異性化反応による表面レリーフの記録状態図、図４は表面レリーフを一次元で用いた場合の回折光学素子としての機能説明図、図５〜図１２は回折光学素子とアゾベンゼンの付加機能を用いたデバイスの例を示す。
【００２３】
図１において、石英ガラス基板またはコーニングガラス基板等１にアゾベンゼンポリマーを、スピンコートあるいはディピング法によりコーティングしてアゾベンゼンポリマー薄膜２を形成してアゾベンゼンポリマー素子を構成する。光はアゾベンゼンポリマー薄膜２の中を通過する。
【００２４】
図２はアゾベンゼンポリマー素子の機能を説明するものであり、アゾベンゼンポリマーに、０．１〜１０％程度の有機系の添加物、即ち、クマリンローダミン、ＤＣＭ等のレーザー色素や希土イオンもしくは希土類金属錯体を添加して、ガラス基板１に薄膜２を製膜したアゾベンゼンポリマー素子を構成する。有機系の添加物としては、他にも有機発光体ポリマーＰＰＶ、Ａｌｑ３  などでも良い。
【００２５】
このアゾベンゼンポリマー素子に、▲１▼光増幅機能を付加する場合、薄膜２に光もしくは電極を付けて電流を注入することにより励起エネルギー３を与えると、入力光は励起エネルギーを得て増幅された出力光が出力される。
【００２６】
次に、▲２▼波長変換機能を付加する場合、アゾベンゼンポリマー素子の両端に電極４により電圧をかけると、コロナ帯電し、アゾベンゼン薄膜２を分極配向（ポーリング）させる。ポリマーが分極配向すると二次の非線形光学効果が現れる。即ち、分極をＰ、電場をＥ、非線形電気感受率をχとすると、Ｐ＝χ（２）Ｅ２  となり、Ｅｏｅｘｐ（ｊｗｔ）ならばＰｏｅｘｐ（２ｊｗｔ）となり、光周波数が倍になる。このように、光の波長を半分に変換することになり、波長変換機能を付加することができる。
【００２７】
図３は本発明のアゾベンゼンポリマーの光異性化反応による表面レリーフの記録状態を示す図である。アゾベンゼンポリマーに、図に示す光強度の二光束干渉縞の照射をすると、アゾベンゼンポリマーの内面には自己組織化現象により矢印の張力が生じる。その結果、アゾベンゼンポリマーのｃｉｓ面が陥没し、ｃｉｓ境界面が隆起して、アゾベンゼンポリマーの表面に任意の間隔と高さをもった凹凸の面（表面レリーフ）を形成することができる。そして、全てのレリーフパターンは二光束干渉もしくは光の二次走査で記録するホログラムである。
【００２８】
このように表面レリーフが形成されたアゾベンゼンポリマー素子を一次元で用いた場合の回折光学素子としての機能を図４により説明する。
▲１▼光結合器の場合は、アゾベンゼンポリマーの表面に等間隔のレリーフ５を一様に形成することにより、入力光はポリマー膜の表面から光を出力させて取り出すことができる。
【００２９】
▲２▼光を反射させる場合は（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ；ＤＢＲ；分布型ブラッグミラー）、アゾベンゼンポリマーの表面は、入力側の一部に平滑部８を形成し、その延長部は所定のピッチのレリーフ５を形成することにより、入力光はレリーフ部で反射されて光を入力部より取り出し、反射させることができる。
【００３０】
▲３▼光の速度を遅くする場合、アゾベンゼンポリマーの表面は、入力側の一部に平滑部８を形成し、その延長部には所定のピッチのレリーフ５を形成することにより、速度νの入力光はレリーフ部５で減速されて速度ν’  の光となり出力される。
【００３１】
▲４▼異なる波長の光を同じ方向に出力する場合（Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ）、アゾベンゼンポリマーの表面に入力側からレリーフの周期をレリーフ５、レリーフ６、レリーフ７の順に徐々に小さく（大きく）形成する。入力側より波長λ１  、λ２  、λ３（λ１  ＞λ２  ＞λ３  ）を入力することにより、入力光はポリマー膜の表面のレリーフ５から波長λ１  の出力光として、レリーフ６から波長λ２  の出力光として、レリーフ７から波長λ３  の光を出力させて取り出すことができる。
【００３２】
このように、本発明の光集積導波路素子は、有機光学材料に有機系の添加物を加えた新規な材料を用いて、光誘起表面レリーフ形成を利用して、回折光学素子を光導波路に記録するので、ディバイス作製技術が簡単で、従来の光導波路ディバイスと比べ、コスト、量産性に優れる。また、大気雰囲気中でディバイス製作できるので、真空系の配管などが不要となる。また、回折光学素子の記録消去ができるので、導波炉素子内での光の伝播経路や配線を自在に書き替えることができる。
【００３３】
そして、アゾベンゼンポリマーに様々な有機色素、金属錯体、テンドリマーなどの超分子を分散させることができるので、多様な機能を一枚の導波路素子に集約できる。
【００３４】
次に、図４に示したアゾベンゼンポリマー素子の回折光学素子としての機能を利用した光集積導波路素子の具体的実施形態を、図５〜図１２により説明する。各図の上方に側面図を、下方に上面図を示し、共通の部材には同じ符号を付している。
【００３５】
図５は光増幅器としての実施形態を示す。基板１上に作製される、アゾベンゼンポリマーに蛍光色素と希土類イオンを添加したアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部５（第１の光結合器）、平滑部８（増幅領域）、等間隔のレリーフ部５（第２の光結合器）を形成する。平滑部８に励起光を加え、入力光を第１の光結合器に入射すると、平滑部８で励起光によりエネルギーを付加され、第２の光結合器から増幅光として出力される。
【００３６】
図６はＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）を用いたリニア共振器としてのレーザーの実施形態を示す。基板１上に作製される、アゾベンゼンポリマーに蛍光色素と希土類イオンを添加したアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に第１のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部９、平滑部８（増幅領域）、第２のＤＢＲの等間隔のレリーフ部９、光結合器５を形成する。平滑部８（増幅領域）に励起光を加えると、入力光は励起光によりエネルギーを付加されつつ、第１のＤＢＲ９と第２のＤＢＲ９間で互いに反射されて共振し、光結合器５からレーザー出力光として取り出される。
【００３７】
図７はＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ；分布帰還型ブラッグリフレクター）を用いたリニア共振器としてのレーザーの実施形態を示す。基板１上に作製される、アゾベンゼンポリマーに蛍光色素と希土類イオンを添加したアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に平滑部８、ＤＦＢの役割の等間隔のレリーフ部９（増幅領域）、平滑部８、光結合器５を形成する。レリーフ部９（増幅領域）に励起光を加えると、入力光は励起光によりエネルギーを付加されつつレリーフ部９（増幅領域）内で共振し、光結合器５からレーザー出力光として取り出される。
【００３８】
図８はＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）を用いたリング共振器としてのレーザーの実施形態を示す。基板１上に作製される、アゾベンゼンポリマーに蛍光色素と希土類イオンを添加したアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に平滑部８、第１のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部９、平滑部（増幅領域）、第２のＤＢＲの等間隔のレリーフ部９、平滑部８、光結合器５を形成する。第１のＤＢＲの役割の等間隔のレリーフ部９と第２のＤＢＲの等間隔のレリーフ部９は、上面図に示す様にリング共振器を形成するように配置される。増幅領域の平滑部に励起光を加えると、入力光は励起光によりエネルギーを付加されつつ、第１のＤＢＲ９と第２のＤＢＲ９間で互いにリング共振を起こし、光結合器５からレーザー出力光として取り出される。
【００３９】
図９は二次元ＤＦＢ（分布帰還型ブラッグリフレクター）を用いた共振器としてのレーザーの実施形態を示す。基板１上に作製される、アゾベンゼンポリマーに蛍光色素と希土類イオンを添加したアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に平滑部８、ＤＦＢの役割の円心円状のレリーフ部９（増幅領域）、平滑部８を形成する。円心円状のレリーフ部９（増幅領域）に上方もしくは下方より励磁光を加えると、入力光は二次元ＤＦＢを用いた共振器内で共振し、円心円状のレリーフ部９からレーザー出力光として上方に取り出される。
【００４０】
図１０はＱＰＭ（Ｑｕａｓｉ  Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ；擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の実施形態を示す。基板１上に作製される、分極配向させるポーリングされたアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部９（第１の光結合器）、ＱＰＭのためのレリーフ部５、等間隔のレリーフ部９（第２の光結合器）を形成する。波長λの入力光がレリーフ部９（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部５により、入力光の波長λの半分の波長λ／２の光とされ、等間隔のレリーフ部９（第２の光結合器）から第２高調波出力光として発生させることができる。
【００４１】
図１１はＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の他の実施形態を示す。基板１上に作製される、分極配向させるポーリングされたアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部９（第１の光結合器）、ＱＰＭのためのレリーフ部５、等間隔のレリーフ部９（第２の光結合器）を形成する。波長λの入力光がレリーフ部９（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部５により、光パラメトリック発生が行われ、ωの光をω１  、ω２  に分割することができ、ω＝ω１  ＋ω２  ，１／λ＝１／λ１＋１／λ２の関係から、等間隔のレリーフ部９（第２の光結合器）から入力光の波長λに対して波長λ１  、λ２  の光が出力光として発生させることができる。
【００４２】
図１２はＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器の他の実施形態を示す。基板１上に作製される、分極配向させるポーリングされたアゾベンゼンポリマー薄膜２の表面に、光入力側から順に等間隔のレリーフ部９（第１の光結合器）、ＱＰＭのためのレリーフ部５、レリーフの間隔が徐々に等間隔に拡大していて、夫々は等間隔のレリーフ部１０（第２の光結合器）、レリーフ部１１（第３の光結合器）、レリーフ部１２（第４の光結合器）を形成する。波長λの入力光がレリーフ部９（第１の光結合器）に入力されると、ＱＰＭのためのレリーフ部５により、チャープグレーティングによる各出力光角度補正（色収差補正）付き光パラメトリック発生が行われ、ωの光をω１  、ω２  に分割することができ、ω＝ω１  ＋ω２  ，１／λ＝１／λ１  ＋１／λ２  の関係から、等間隔のレリーフ部９（第２の光結合器）から入力光の波長λに対してλ＜λ１  ＜λ２  で、かつ、波長λ１  、λ２  の光が出力光として発生させることができる。
【００４３】
以上の本発明の実施形態では、アゾベンゼンポリマーを用いて説明したが、アゾベンゼンポリマーに限ることなく、他の有機光学材料を用いても良く、これらアゾベンゼンポリマー等の有機光学材料に様々な有機色素、金属錯体、テンドリマーなどの超分子を分散させて用いることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光集積導波路素子は、有機光学材料に有機系の添加物を加えた新規な材料を用いて、光誘起表面レリーフ形成を利用して、回折光学素子を光導波路に記録するので、ディバイス作製技術が簡単で、従来の光導波路ディバイスと比べ、コスト、量産性に優れる。また、大気雰囲気中でディバイス製作できるので、真空系の配管などが不要となる。また、回折光学素子の記録消去ができるので、導波炉素子内での光の伝播経路や配線を自在に書き替えることができる。
【００４５】
また、本発明の光集積導波路素子は、有機光学材料に有機系の添加物を加えた新規な材料を用いて、光誘起表面レリーフ形成を利用して、回折光学素子を光導波路に記録して、増幅機能を有する素子やレーザー機能を有する素子や異なる波長の２つ以上の光の伝播速度を等価的に同等にする波長変換器を簡単なディバイス作製技術で量産することができる。そして、アゾベンゼンポリマー等の有機光学材料に様々な有機色素、金属錯体、テンドリマーなどの超分子を分散させることができるので、多様な機能を一枚の導波路素子に集約できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アゾベンゼンポリマー素子の構成図。
【図２】アゾベンゼンポリマー素子の機能説明図。
【図３】本発明の光集積導波路素子の光異性化反応による表面レリーフの記録状態図。
【図４】本発明の光集積導波路素子の表面レリーフを一次元で用いた場合の回折光学素子としての機能説明図。
【図５】本発明の光集積導波路素子の光増幅器としての実施形態図。
【図６】本発明の光集積導波路素子のＤＢＲ（分布型ブラッグミラー）を用いたリニア共振器としてのレーザーの実施形態図。
【図７】本発明の光集積導波路素子のＤＦＢ（分布帰還型ブラッグリフレクター）を用いたリニア共振器としてのレーザーの実施形態。
【図８】本発明の光集積導波路素子のＤＢＲを用いたリング共振器としてのレーザーの実施形態図。
【図９】本発明の光集積導波路素子の二次元ＤＦＢを用いた共振器としてのレーザーの実施形態図。
【図１０】本発明の光集積導波路素子のＱＰＭ（擬似位相整合）を用いた異なる波長の２つ以上の波長変換器の実施形態図。
【図１１】本発明の光集積導波路素子のＱＰＭを用いた異なる波長の２つ以上の波長変換器の他の実施形態図。
【図１２】本発明の光集積導波路素子のＱＰＭを用いた異なる波長の２つ以上の波長変換器の他の実施形態図。
【符号の説明】
１                            ガラス基板
２                            アゾベンゼンポリマー薄膜
３                            励起エネルギー
４                            コロナ電極
５                            ＱＰＭのためのレリーフ部
６                            レリーフ
７                            レリーフ
８                            平滑部
９                            レリーフ部
１０                        レリーフ部
１１                        レリーフ部
１２                        レリーフ部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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