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JP7840558B2 - 電気光学ポリマー素子 - Google Patents
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JP7840558B2 - 電気光学ポリマー素子 - Google Patents

電気光学ポリマー素子

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JP7840558B2 JP2022028213A JP2022028213A JP7840558B2 JP 7840558 B2 JP7840558 B2 JP 7840558B2 JP 2022028213 A JP2022028213 A JP 2022028213A JP 2022028213 A JP2022028213 A JP 2022028213A JP 7840558 B2 JP7840558 B2 JP 7840558B2
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Description

本開示は、電気光学ポリマー素子に関する。
Takahiro Kaji et. al., "W-band optical modulators using electro-optic polymer waveguides and patch antenna arrays", Optics Express, 2021年9月13日発行, Vol.29 No.19, p.29604-29614(非特許文献1)は、基板と、グランド電極と、下部クラッド層と、コア層と、上部クラッド層と、複数対の矩形アンテナ電極とを備える光変調器を開示している。基板は、主面を含む。コア層は、電気光学ポリマーで形成されている。電気光学ポリマーは電気光学分子を含み、電気光学分子は、基板の主面の法線方向に配向されている。
Takahiro Kaji et. al., "W-band optical modulators using electro-optic polymer waveguides and patch antenna arrays", Optics Express, 2021年9月13日発行, Vol.29 No.19, p.29604-29614
しかし、非特許文献1の光変調器では、複数対の矩形アンテナ電極は、コア層の上方に配置されている。そのため、複数対の矩形アンテナ電極がRF(Radio Frequency)電磁波を受信したときに、複数対の矩形アンテナ電極からコア層に印加される電界のうち電気光学分子の配向に沿う成分を増加させることが難しく、光変調器の光変調効率が十分でない。本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、光変調効率が向上された電気光学ポリマー素子を提供することである。
本開示の電気光学ポリマー素子は、光導波路と、第1アンテナ電極とを備える。光導波路は、第1主面と、第1主面とは反対側の第2主面とを有する。光導波路は、電気光学ポリマーで形成されているコア層を含む。第1アンテナ電極は、第1上側アンテナ電極と、第1下側アンテナ電極とを含む。電気光学ポリマーは、電気光学分子を含む。電気光学分子は、第1主面の法線方向に沿って配向している。第1上側アンテナ電極は、第1主面上に設けられている。第1上側アンテナ電極は、第1主面の平面視においてコア層の幅方向におけるコア層の中心線に近位する第1縁を含む。コア層の幅方向は、第1主面の平面視においてコア層の長手方向に垂直である。第1下側アンテナ電極は、第2主面上に設けられている。第1下側アンテナ電極は、第1主面の平面視においてコア層の中心線に近位する第2縁を含む。第1主面の平面視において、コア層の幅方向における第1上側アンテナ電極の第1中心線は、コア層の幅方向におけるコア層の中心線に対して第1幅方向にずれている。第1幅方向は、コア層の幅方向の一方側である。第1主面の平面視において、コア層の幅方向における第1下側アンテナ電極の第2中心線は、コア層の中心線に対して第1幅方向とは反対の第2幅方向にずれている。第2幅方向は、コア層の幅方向の他方側である。第1主面の平面視において、第1縁は、コア層に重なっている、または、コア層からコア層の幅方向に20μm以下の距離離れている。第1主面の平面視において、第2縁は、コア層に重なっている、または、コア層からコア層の幅方向に20μm以下の距離離れている。第1主面の法線方向における第1上側アンテナ電極とコア層との間の第1距離は、20μm以下である。第1主面の法線方向における第1下側アンテナ電極とコア層との間の第2距離は、20μm以下である。
本開示の電気光学ポリマー素子によれば、電気光学ポリマー素子の光変調効率が向上され得る。
実施の形態1の電気光学ポリマー素子の概略平面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の、図1に示される断面線II-IIにおける概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の、図1に示される断面線III-IIIにおける概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法の一工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図4に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図5に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図6に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法のうち、電気光学分子が配向された電気光学ポリマー層を準備する方法の一工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法のうち、電気光学分子が配向された電気光学ポリマー層を準備する方法における、図9に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図7及び図9に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図10に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図11に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の製造方法における、図12に示される工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の電気光学ポリマー素子の動作を説明する概略図である。 実施の形態1の第一変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態1の第一変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態1の第二変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態1の第二変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態1の第三変形例の電気光学ポリマー素子の概略平面図である。 実施の形態1の第三変形例の電気光学ポリマー素子の、図19に示される断面線XX-XXにおける概略断面図である。 実施の形態1の第三変形例の電気光学ポリマー素子の、図19に示される断面線XXI-XXIにおける概略断面図である。 実施の形態2の電気光学ポリマー素子の概略平面図である。 実施の形態2の電気光学ポリマー素子の、図22に示される断面線XXIII-XXIIIにおける概略断面図である。 実施の形態2の電気光学ポリマー素子の、図22に示される断面線XXIV-XXIVにおける概略断面図である。 実施の形態2の変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態2の変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態3の電気光学ポリマー素子の概略平面図である。 実施の形態3の電気光学ポリマー素子の、図27に示される断面線XXVIII-XXVIIIにおける概略断面図である。 実施の形態3の電気光学ポリマー素子の、図27に示される断面線XXIX-XXIXにおける概略断面図である。 実施の形態3の変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態3の変形例の電気光学ポリマー素子の概略断面図である。 実施の形態4の電気光学ポリマー素子の概略平面図である。 実施の形態4の変形例の電気光学ポリマー素子の概略平面図である。 本開示の実施例の電気光学ポリマー素子の上面顕微鏡画像である。 本開示の実施例の電気光学ポリマー素子の断面走査電子顕微鏡(SEM)画像である。 本開示の実施例の電気光学ポリマー素子からの出力光のスペクトルを示す図である。
以下、実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
図1から図3を参照して、実施の形態1の電気光学ポリマー素子1を説明する。電気光学ポリマー素子1は、例えば、電磁波40を検出する装置である。電気光学ポリマー素子1は、基板10と、グランド電極11と、スペーサ層12と、光導波路15と、第1アンテナ電極21と、第2アンテナ電極31とを備える。
図2及び図3を参照して、基板10は、主面10aを含む。主面10aは、x方向とx方向に垂直なy方向とに延在する。主面10aの法線方向は、x方向とy方向とに垂直なz方向である。基板10は、特に限定されないが、例えば、シリコン(Si)のような半導体材料で形成されている。基板10は、BK7または石英ガラスのようなガラスで形成されてもよいし、二酸化ケイ素(SiO)または酸化アルミニウム(Al)のような酸化物で形成されてもよいし、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはCYTOP(旭硝子、登録商標)のようなフッ素樹脂で形成されてもよいし、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)またはシクロオレフィンポリマー(例えば、ZEONEX(日本ゼオン、登録商標)もしくはZEONOR(日本ゼオン、登録商標))のような樹脂で形成されてもよい。
グランド電極11は、基板10の主面10a上に設けられている。グランド電極11は、z方向において、基板10とスペーサ層12との間に配置されている。グランド電極11は、z方向において、第1下側アンテナ電極22に関して第1上側アンテナ電極26とは反対側に、第1下側アンテナ電極22から間隔を空けて配置されている。グランド電極11は、z方向において、第2下側アンテナ電極32に関して第2上側アンテナ電極36とは反対側に、第2下側アンテナ電極32から間隔を空けて配置されている。光導波路15の第1主面15aの平面視において、グランド電極11は、第1アンテナ電極21と第2アンテナ電極31とに重なっている。
グランド電極11は、金(Au)のような導電材料で形成されている。グランド電極11は、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)またはチタン(Ti)のような金属材料で形成されていてもよいし、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)またはIGZO(InGaZnO)のような透明導電性材料で形成されてもよい。グランド電極11は、光導波路15の第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、200nmの厚さを有している。グランド電極11は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、10mm以下の厚さを有してもよく、1mm以下の厚さを有してもよく、100μm以下の厚さを有してもよく、10μm以下の厚さを有してもよく、1μm以下の厚さを有してもよい。グランド電極11とスペーサ層12との間の密着性を向上させるために、グランド電極11は、例えば、二酸化ケイ素(SiO)膜(図示せず)で覆われてもよい。
スペーサ層12は、グランド電極11上に設けられている。スペーサ層12は、グランド電極11と第1下側アンテナ電極22との間に配置されているとともに、グランド電極11と第2下側アンテナ電極32との間に配置されている。スペーサ層12は、グランド電極11と光導波路15との間に配置されている。スペーサ層12は、コア層17よりも小さな屈折率を有してもよい。スペーサ層12は、光導波路15の第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、40μmの厚さを有している。スペーサ層12は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、10mm以下の厚さを有してもよく、1mm以下の厚さを有してもよく、500μm以下の厚さを有してもよく、100μm以下の厚さを有してもよく、10μm以下の厚さを有してもよい。
スペーサ層12は、光導波路15の下部クラッド層16と同じ材料で形成されてもよい。スペーサ層12は、例えば、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている。スペーサ層12は、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、1010Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、1012Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよい。そのため、スペーサ層12による電磁波40(図2、図3及び図14を参照)の吸収を減少させることができる。
スペーサ層12は、特に限定されないが、例えば、シクロオレフィンポリマー(例えば、ZEONEX(日本ゼオン、登録商標)、ZEONOR(日本ゼオン、登録商標)もしくはARTON(JSR、登録商標)等)、シクロオレフィンコポリマー(TOPAS(Topas Advanced Polymers GmbH、登録商標)もしくはAPEL(三井化学、登録商標)等)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネートまたはポリメチルメタクリレート(PMMA)のような樹脂で形成されている。スペーサ層12は、シリコン(Si)のような半導体材料で形成されてもよいし、BK7または石英ガラスのようなガラスで形成されてもよいし、二酸化ケイ素(SiO)または酸化アルミニウム(Al)のような酸化物で形成されてもよいし、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはCYTOP(旭硝子、登録商標)のようなフッ素樹脂で形成されてもよい。
光導波路15は、第1主面15aと、第1主面15aとは反対側の第2主面15bとを有する。第1主面15a及び第2主面15bは、各々、x方向とy方向とに延在している。第1主面15aの法線方向及び第2主面15bの法線方向は、各々、z方向である。光導波路15の第1主面15aは、光導波路15の主面のうち、第1上側アンテナ電極26に近位する主面である。光導波路15の第2主面15bは、光導波路15の主面のうち、第1下側アンテナ電極22、第2下側アンテナ電極32、グランド電極11及び基板10に近位する主面である。光導波路15の第2主面15bは、第1下側アンテナ電極22、第2下側アンテナ電極32、グランド電極11及び基板10の主面10aに対向している。光導波路15は、コア層17と、上部クラッド層18と、下部クラッド層16とを含む。
コア層17は、下部クラッド層16及び上部クラッド層18よりも大きな屈折率を有している。コア層17は、例えば、1.6の屈折率を有している。コア層17は、2.5以下の屈折率を有してもよく、2.0以下の屈折率を有してもよく、1.8以下の屈折率を有してもよい。図1を参照して、コア層17の長手方向は、x方向である。コア層17の幅方向(±y方向)は、光導波路15の第1主面15aの平面視において、コア層17の長手方向(x方向)に垂直である。コア層17の中心線17cは、第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向(±y方向)におけるコア層17の中心線である。コア層17の中心線17cは、コア層17の長手方向(x方向)に延在している。
コア層17は、コア層17の幅方向(±y方向)に、例えば、1.6μmの幅を有している。コア層17は、コア層17の幅方向(±y方向)に、100μm以下の幅を有してもよく、10μm以下の幅を有してもよく、5μm以下の幅を有してもよく、2μm以下の幅を有してもよい。コア層17は、光導波路15の第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、2μmの高さを有している。コア層17は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、20μm以下の高さを有してもよく、5μm以下の高さを有してもよく、2μm以下の高さを有してもよく、0.1μm以下の高さを有してもよい。図2及び図3を参照して、コア層17は、例えば、リッジ型コア層である。
コア層17は、電気光学ポリマーで形成されている。電気光学ポリマーは、電気光学分子を含む。電気光学分子は、第1主面15aの法線方向(z方向)に沿って配向している(図2及び図3をコア層17内の矢印を参照)。
本明細書において、「電気光学ポリマー」(以下、「EOポリマー」という場合がある。)とは、2次非線形光学効果を発揮するポリマーであって、(1)マトリックスポリマーと電気光学分子とを混合したゲスト・ホスト型の電気光学ポリマー、(2)ベースポリマーの側鎖に電気光学分子が共有結合したサイドチェーン型の電気光学ポリマー、(3)ベースポリマーの主鎖中に電気光学分子が共有結合した主鎖型の電気光学ポリマー、(4)マトリックスポリマー間若しくはベースポリマー間、又は、マトリックスポリマー若しくはベースポリマーと電気光学分子等との間で架橋したクロスリンク型の電気光学ポリマー、または、(5)モレキュラーガラス型の電気光学ポリマーを含む。ゲスト・ホスト型の電気光学ポリマーは、マトリックスポリマーと電気光学分子とを含む組成物として把握することもできる。
「マトリックスポリマー」とは、電気光学ポリマーの母体となるポリマーを意味する。上記マトリックスポリマーは、ゲスト・ホスト型の電気光学ポリマーのホストとなる有機ポリマーを含む。また、「ベースポリマー」とは、電気光学ポリマーの基本骨格となるポリマーを意味する。上記ベースポリマーは、サイドチェーン型、主鎖型、又はクロスリンク型の電気光学ポリマーにおけるポリマー主鎖の有機ポリマーを含む。マトリックスポリマー及びベースポリマーとしては、光学材料として用いるために散乱のない透明なポリマーが好ましく、例えば、(メタ)アクリレート系ポリマー(例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA))、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート(例えば、poly[Bisphenol A carbonate-co-4,4’-(3,3,5-trimethylcyclo-hexylidene)diphenol carbonate]等)、ポリジシクロペンタニルメタクリレート(poly DCPMA)、ポリアダマンチルメタクリレート(poly AdMA)、poly(DCPMA-co-MMA)、poly(AdMA-co-MMA)等)、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンテレフタラート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド、ポリウレア、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。上記有機ポリマーは、一種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
「電気光学分子」とは、2次非線形光学効果を発揮する化合物を意味する。電気光学分子としては、例えば、米国特許6067186号明細書、特表2004‐501159号公報、国際WO2011/024774A1号公報、「非線形光学のための有機材料」(日本化学会編、季刊化学総説No.15(1992))、“Organic Nonlinear Optical Materials”(Ch. Bosshard, et. al., Gordonand Breach Publishers(1995))、「情報・通信用光有機材料の最新技術」(戒能俊邦監修、シーエムシー出版(2007))、及び“Molecular Nonlinear Optics”(ed. J. Zyss, Academic Press(1994))等に記載の2次非線形光学効果を発揮する化合物が挙げられる。
電気光学分子は、2次非線形光学効果を発揮する化合物であれば特に限定されないが、共役系の化学構造を有し、更に、分子内に電子供与性基及び電子求引性基を有する化合物であることが好ましい。ここで、共役系の化学構造の例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ペリレン、ビフェニル、インデン及びスチルベン等の芳香族化合物、フラン、ピラン、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、チオフェン、チアゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、キノリン及びクマリン等の複素環式化合物、これらの化合物同士が炭素―炭素不飽和結合又は窒素―窒素不飽和結合を介して結合した化合物等が挙げられる。
電子供与性基としては、例えば、アルキル基、アリール基又はアシル基で置換されてもよいアミノ基、アルコキシ基、アリルオキシ基及びチオエーテル基等が挙げられる。電子求引性基としては、例えば、ニトロ基、シアノ基、ジシアノビニル基、トリシアノビニル基、ハロゲン原子、カルボニル基、スルホン基、ペルフルオロアルキル、トリシアノビニルフラン、トリシアノフラン等が挙げられる。
電気光学分子の一例としては、以下の構造式[A-1]~[A-7]で表されるもの等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
電気光学分子の含有割合は、特に限定されないが、マトリックスポリマー又はベースポリマー、及び電気光学分子の全量(電気光学ポリマーの全質量に相当)に対して、通常は、約1-70質量%であり、好ましくは、約5-60質量%であり、より好ましくは、約10-50質量%である。上記含有割合は、電気光学ポリマーがサイドチェーン型又は主鎖型の形態であっても同様である。ここで、サイドチェーン型の電気光学ポリマーの場合、電気光学分子の含有割合は、サイドチェーン部分の由来となる電気光学分子に基づいて求めるものとする。主鎖型の電気光学ポリマーの場合、電気光学色素の含有割合は、主鎖中の電気光学分子部分に基づいて求めるものとする。
電気光学ポリマーは、例えば、式(1)から式(3)で表される繰り返し単位を有するサイドチェーン型の電気光学ポリマーであってもよい。式中、p、q、rはそれぞれ正の整数を示す。ここで、サイドチェーン型の電気光学ポリマーは、電気光学分子部分をサイドチェーンとして含まないベースポリマーを構成する繰り返し単位(例えば、式(1)、式(3)で表される繰り返し単位)と、電気光学分子部分をサイドチェーンとして含むベースポリマーを構成する繰り返し単位(例えば、式(2)で表される繰り返し単位)とのコポリマーであってもよい。この場合、上記コポリマーは、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマーのいずれでもよい。
図2及び図3を参照して、下部クラッド層16は、第1主面15aの法線方向(z方向)において、第1下側アンテナ電極22とコア層17との間に配置されている。下部クラッド層16は、第1主面15aの法線方向(z方向)において、第2下側アンテナ電極32とコア層17との間に配置されている。下部クラッド層16は、第1主面15aの法線方向(z方向)において、スペーサ層12とコア層17との間に配置されている。下部クラッド層16は、コア層17よりも小さな屈折率を有している。光導波路15が下部クラッド層16を含む場合、光導波路15の第2主面15bは、下部クラッド層16で形成される。下部クラッド層16は、第1下側アンテナ電極22及び第2下側アンテナ電極32による、コア層17を伝搬する光45の吸収を低減させる。
下部クラッド層16は、例えば、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている。下部クラッド層16は、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、1010Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、1012Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよい。そのため、下部クラッド層16による電磁波40(図2、図3及び図14を参照)の吸収を減少させることができる。
下部クラッド層16は、特に限定されないが、例えば、シクロオレフィンポリマー(例えば、ZEONEX(日本ゼオン、登録商標)、ZEONOR(日本ゼオン、登録商標)もしくはARTON(JSR、登録商標)等)、シクロオレフィンコポリマー(TOPAS(Topas Advanced Polymers GmbH、登録商標)もしくはAPEL(三井化学、登録商標)等)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネートまたはポリメチルメタクリレート(PMMA)のような樹脂で形成されている。下部クラッド層16は、シリコン(Si)のような半導体材料で形成されてもよいし、BK7または石英ガラスのようなガラスで形成されてもよいし、二酸化ケイ素(SiO)または酸化アルミニウム(Al)のような酸化物で形成されてもよいし、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはCYTOP(旭硝子、登録商標)のようなフッ素樹脂で形成されてもよい。
上部クラッド層18は、第1主面15aの法線方向(z方向)において、第1上側アンテナ電極26とコア層17との間に配置されている。上部クラッド層18は、第1主面15aの法線方向(z方向)において、第2上側アンテナ電極36とコア層17との間に配置されている。上部クラッド層18は、コア層17よりも小さな屈折率を有している。光導波路15が上部クラッド層18を含む場合、光導波路15の第1主面15aの少なくとも一部は、上部クラッド層18で形成される。上部クラッド層18は、第1上側アンテナ電極26及び第2上側アンテナ電極36による、コア層17を伝搬する光45の吸収を低減させる。
上部クラッド層18は、例えば、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている。上部クラッド層18は、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、1010Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよく、1012Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されてもよい。そのため、上部クラッド層18による電磁波40(図2、図3及び図14を参照)の吸収を減少させることができる。
上部クラッド層18は、下部クラッド層16と同じ材料で形成されてもよいし、下部クラッド層16とは異なる材料で形成されてもよい。上部クラッド層18は、特に限定されないが、例えば、紫外線硬化樹脂(例えば、FE4048、NTT-AT社製)で形成されている。上部クラッド層18は、例えば、シクロオレフィンポリマー(例えば、ZEONEX(日本ゼオン、登録商標)、ZEONOR(日本ゼオン、登録商標)もしくはARTON(JSR、登録商標)等)、シクロオレフィンコポリマー(TOPAS(Topas Advanced Polymers GmbH、登録商標)もしくはAPEL(三井化学、登録商標)等)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネートまたはポリメチルメタクリレート(PMMA)のような樹脂で形成されてもよいし、シリコン(Si)のような半導体材料で形成されてもよいし、BK7または石英ガラスのようなガラスで形成されてもよいし、二酸化ケイ素(SiO)または酸化アルミニウム(Al)のような酸化物で形成されてもよいし、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはCYTOP(旭硝子、登録商標)のようなフッ素樹脂で形成されてもよい。
第1アンテナ電極21は、金(Au)のような導電材料で形成されている。第1アンテナ電極21は、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)もしくはチタン(Ti)のような金属材料、または、ITO、IZOもしくはIGZOのような透明導電性材料で形成されてもよい。図1から図3を参照して、第1アンテナ電極21は、第1上側アンテナ電極26と、第1下側アンテナ電極22とを含む。
第1上側アンテナ電極26は、光導波路15の第1主面15a上に設けられている。第1上側アンテナ電極26は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、200nmの厚さを有している。第1上側アンテナ電極26は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、100μm以下の厚さを有してもよく、10μm以下の厚さを有してもよく、1μm以下の厚さを有してもよい。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1上側アンテナ電極26とコア層17との間の第1距離tは、例えば、20μm以下である。第1距離tは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1上側アンテナ電極26は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第1縁27を含む。第1縁27は、コア層17の長手方向(x方向)に沿って延在している。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向(±y方向)における第1上側アンテナ電極26の第1中心線26cは、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第1幅方向は、コア層17の幅方向(±y方向)の一方側である。第1主面15aの平面視において、第1縁27は、コア層17に重なっている。より特定的には、第1主面15aの平面視において、第1縁27は、コア層17の中心線17cに一致している。
第1上側アンテナ電極26のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cから遠い部分は、主に、電磁波40(図2、図3及び図14を参照)を受信するアンテナとして機能する。第1上側アンテナ電極26のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cに近い部分は、主に、アンテナが受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する変調電極として機能する。本明細書において、「電磁波」は、0.2GHz以上100THz以下の周波数を有する電磁波を意味し、テラヘルツ波、マイクロ波、ミリ波及び赤外光等を含む。第1上側アンテナ電極26は、矩形アンテナを含む。すなわち、第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26のうちアンテナとして機能する部分は、矩形形状を有している。第1上側アンテナ電極26の形状は、特に限定されない。
第1下側アンテナ電極22は、スペーサ層12上に設けられている。第1下側アンテナ電極22は、例えば、スペーサ層12に形成された凹部13(図2を参照)内に設けられている。第1下側アンテナ電極22は、光導波路15の第2主面15b上に設けられている。第1下側アンテナ電極22は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、200nmの厚さを有している。第1下側アンテナ電極22は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、100μm以下の厚さを有してもよく、10μm以下の厚さを有してもよく、1μm以下の厚さを有してもよい。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1下側アンテナ電極22とコア層17との間の第2距離tは、例えば、20μm以下である。第2距離tは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1下側アンテナ電極22は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第2縁23を含む。第2縁23は、コア層17の長手方向(x方向)に沿って延在している。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向(±y方向)における第1下側アンテナ電極22の第2中心線22cは、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれている。第2幅方向は、第1幅方向(+y方向)とは反対であり、コア層17の幅方向(±y方向)の他方側である。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22は、コア層17の中心線17cに関して、第1上側アンテナ電極26に対称に配置されている。第1主面15aの平面視において、第2縁23は、コア層17に重なっている。より特定的には、第1主面15aの平面視において、第2縁23は、コア層17の中心線17cに一致している。
第1下側アンテナ電極22のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cから遠い部分は、主に、電磁波40を受信するアンテナとして機能する。第1下側アンテナ電極22のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cに近い部分は、主に、アンテナが受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する変調電極として機能する。第1下側アンテナ電極22は、矩形アンテナを含む。すなわち、第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22のうちアンテナとして機能する部分は、矩形形状を有している。第1下側アンテナ電極22の形状は、特に限定されない。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の少なくとも一部は、第1上側アンテナ電極26から露出している。具体的には、第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22のうちアンテナとして機能する部分の少なくとも一部は、第1上側アンテナ電極26から露出している。
第2アンテナ電極31は、金(Au)のような導電材料で形成されている。第2アンテナ電極31は、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)もしくはチタン(Ti)のような金属材料、または、ITO、IZOもしくはIGZOのような透明導電性材料で形成されてもよい。図1を参照して、第2アンテナ電極31は、コア層17の長手方向(x方向)において第1アンテナ電極21から間隔を空けて配置されている。図1から図3を参照して、第2アンテナ電極31は、第2上側アンテナ電極36と、第2下側アンテナ電極32とを含む。
第2上側アンテナ電極36は、光導波路15の第1主面15a上に設けられている。第2上側アンテナ電極36は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、200nmの厚さを有している。第2上側アンテナ電極36は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、100μm以下の厚さを有してもよく、10μm以下の厚さを有してもよく、1μm以下の厚さを有してもよい。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2上側アンテナ電極36とコア層17との間の第3距離tは、例えば、20μm以下である。第3距離tは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第2上側アンテナ電極36は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第3縁37を含む。第3縁37は、コア層17の長手方向(x方向)に沿って延在している。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向(±y方向)における第2上側アンテナ電極36の第3中心線36cは、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれている。第1主面15aの平面視において、第3縁37は、コア層17に重なっている。より特定的には、第1主面15aの平面視において、第3縁37は、コア層17の中心線17cに一致している。
第2上側アンテナ電極36のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cから遠い部分は、主に、電磁波40を受信するアンテナとして機能する。第2上側アンテナ電極36のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cに近い部分は、主に、アンテナが受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する変調電極として機能する。第2上側アンテナ電極36は、矩形アンテナを含む。すなわち、第1主面15aの平面視において、第2上側アンテナ電極36のうちアンテナとして機能する部分は、矩形形状を有している。第2上側アンテナ電極36の形状は、特に限定されない。
第2下側アンテナ電極32は、スペーサ層12上に設けられている。第2下側アンテナ電極32は、例えば、スペーサ層12に形成された凹部14(図3を参照)内に設けられている。第2下側アンテナ電極32は、光導波路15の第2主面15b上に設けられている。第2下側アンテナ電極32は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、例えば、200nmの厚さを有している。第2下側アンテナ電極32は、第1主面15aの法線方向(z方向)に、100μm以下の厚さを有してもよく、10μm以下の厚さを有してもよく、1μm以下の厚さを有してもよい。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2下側アンテナ電極32とコア層17との間の第4距離tは、例えば、20μm以下である。第4距離tは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第2下側アンテナ電極32は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第4縁33を含む。第4縁33は、コア層17の長手方向(x方向)に沿って延在している。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向(±y方向)における第2下側アンテナ電極32の第4中心線32cは、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32は、コア層17の中心線17cに関して、第2上側アンテナ電極36に対称に配置されている。第1主面15aの平面視において、第4縁33は、コア層17に重なっている。より特定的には、第1主面15aの平面視において、第4縁33は、コア層17の中心線17cに一致している。
第2下側アンテナ電極32のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cから遠い部分は、主に、電磁波40を受信するアンテナとして機能する。第2下側アンテナ電極32のうちコア層17の幅方向(±y方向)においてコア層17の中心線17cに近い部分は、主に、アンテナが受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する変調電極として機能する。第2下側アンテナ電極32は、矩形アンテナを含む。すなわち、第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32のうちアンテナとして機能する部分は、矩形形状を有している。第2下側アンテナ電極32の形状は、特に限定されない。第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32の少なくとも一部は、第2上側アンテナ電極36から露出している。具体的には、第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32のうちアンテナとして機能する部分の少なくとも一部は、第2上側アンテナ電極36から露出している。
コア層17の長手方向(x方向)における第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31の配置ピッチPは、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31が受信する電磁波40の波長及びコア層17を伝搬する光に対するコア層17の屈折率に応じて適切に定められる。配置ピッチPは、例えば、0.5μm以上50mm以下である。
電気光学ポリマー素子1では、複数のアンテナ電極対20a,20bがコア層17の長手方向(x方向)に沿って周期的に配置されている。複数のアンテナ電極対20a,20bの各々は、第1アンテナ電極21と第2アンテナ電極31とを含む。コア層17の長手方向(x方向)における複数のアンテナ電極対20a,20bの配置周期Qは、複数のアンテナ電極対20a,20bが受信する電磁波40の波長及びコア層17を伝搬する光に対するコア層17の屈折率に応じて適切に定められる。配置周期Qは、例えば、1μm以上100mm以下である。複数のアンテナ電極対20a,20bの配置周期Qは、例えば、第1アンテナ電極21と第2アンテナ電極31との配置ピッチPの二倍である。
図1、図2及び図4から図13を参照して、本実施の形態の電気光学ポリマー素子1の製造方法の一例を説明する。
図4を参照して、基板10の主面10a上に、スパッタ法などによって、グランド電極11を形成する。グランド電極11とスペーサ層12との間の密着性を向上させるために、グランド電極11は、例えば、二酸化ケイ素膜(図示せず)で覆われてもよい。図5を参照して、グランド電極11とスペーサ層12との間の密着性を向上させるために、グランド電極11とスペーサ層12とに前処理を施す。例えば、グランド電極11の表面とスペーサ層12の表面に、反応性イオンエッチング(RIE)装置などを用いて、酸素プラズマ処理を施す。スペーサ層12のガラス転移温度より低い温度(例えば、100℃)でスペーサ層12及び基板10を加熱しながら、スペーサ層12を基板10に圧着する。こうして、グランド電極11上にスペーサ層12が形成される。スペーサ層12は、スピンコート法などによって形成されてもよい。スペーサ層12上に光リソグラフィー法などによってレジストパターン(図示せず)などを形成する。レジストパターンを用いてスペーサ層12の一部を反応性イオンエッチング法などによって除去して、凹部13及び凹部14(図示せず)を形成する。
図6を参照して、スパッタ法などによって、第1下側アンテナ電極22及び第2下側アンテナ電極32(図示せず)を、スペーサ層12上に形成する。具体的には、第1下側アンテナ電極22は、凹部13内に形成される。第2下側アンテナ電極32は、凹部14(図示せず)内に形成される。
図7を参照して、第1下側アンテナ電極22と下部クラッド層16との間の密着性、第2下側アンテナ電極32と下部クラッド層16との間の密着性、及び、スペーサ層12と下部クラッド層16との間の密着性を向上させるために、第1下側アンテナ電極22と第2下側アンテナ電極32とスペーサ層12と下部クラッド層16とに前処理を施す。例えば、第1下側アンテナ電極22の表面と、第2下側アンテナ電極32の表面と、スペーサ層12の表面と、下部クラッド層16の表面とに、反応性イオンエッチング(RIE)装置などを用いて、酸素プラズマ処理を施す。スペーサ層12のガラス転移温度及び下部クラッド層16のガラス転移温度より低い温度(例えば、100℃)で下部クラッド層16及び基板10を加熱しながら、下部クラッド層16を基板10に圧着する。こうして、第1下側アンテナ電極22、第2下側アンテナ電極32及びスペーサ層12上に、下部クラッド層16が形成される。下部クラッド層16は、スピンコート法などによって形成されてもよい。
図8及び図9を参照して、電気光学分子が配向された電気光学ポリマー層55を準備する方法を説明する。
図8を参照して、支持体50上に、スパッタ法などによって、下部電極51を形成する。支持体50は、特に限定されないが、例えば、シリコン(Si)のような半導体材料、または、BK7もしくは石英ガラスのようなガラスを含む材料で形成されている。下部電極51は、例えば、IZOのような導電材料によって形成されている。下部電極51上に、電気光学ポリマーをスピンコート法などによって塗布する。電気光学ポリマーを、熱アニール処理する。こうして、電気光学ポリマー層52が形成される。電気光学ポリマー層52は、電気光学分子を含む電気光学ポリマーによって形成されている。電気光学分子は、まだ配向されていない。電気光学ポリマー層52上に、スパッタ法などによって、上部電極53を形成する。上部電極53は、例えば、IZOのような導電材料によって形成されている。
図9を参照して、下部電極51及び上部電極53を電源54に接続する。電気光学ポリマー層52のポーリング処理を行う。具体的には、電気光学ポリマー層52のガラス転移温度付近の温度(例えば、150℃)まで加熱しながら、下部電極51と上部電極53との間に電圧(例えば、100V/μmの電界強度)を印加する。このポーリング処理によって、電気光学ポリマー層52に含まれる電気光学分子は、上部電極53と下部電極51とが互いに離間されている方向(第1主面15aの法線方向(z方向))に沿って配向する。こうして、電気光学分子が配向された電気光学ポリマー層55が得られる。
図10を参照して、ウェットエッチングなどによって、上部電極53を除去する。それから、電気光学ポリマー層55と下部クラッド層16との間の接合強度を増加させるために、電気光学ポリマー層55と下部クラッド層16とに前処理を施す。例えば、上部電極53が除去された電気光学ポリマー層55の表面に、反応性イオンエッチング(RIE)装置などを用いて、酸素プラズマ処理を施す。下部クラッド層16の表面に、反応性イオンエッチング(RIE)装置などを用いて酸素プラズマ処理を施し、それから、アミノ基を有するシランカップリング剤などで表面処理を施す。電気光学ポリマー層55のガラス転移温度より低い温度(例えば、100℃)で支持体50及び基板10を加熱しながら、支持体50及び基板10を圧着する。図11を参照して、支持体50及び下部電極51を電気光学ポリマー層55から除去する。こうして、電気光学分子が配向された電気光学ポリマー層55が、下部クラッド層16上に転写される。
図12を参照して、光リソグラフィー法などによって、電気光学ポリマー層55上にレジストパターン(図示せず)などを形成する。レジストパターンなどを用いて電気光学分子が配向された電気光学ポリマー層55をドライエッチングなどによって加工して、コア層17を形成する。図13を参照して、スピンコート法などによって、コア層17上に紫外線硬化性樹脂を塗布する。紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化させる。こうして、上部クラッド層18が形成される。光リソグラフィー法などによって上部クラッド層18上に、レジストパターン(図示せず)などを形成する。スパッタ法などによって、第1上側アンテナ電極26と第2上側アンテナ電極36(図示せず)とを形成する。こうして、図1から図3に示される電気光学ポリマー素子1が得られる。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1の製造方法の一例では、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31とは別の上部電極53及び下部電極51を用いて、電気光学ポリマー層55をポーリング処理している。そのため、下部クラッド層16の電気抵抗率及び上部クラッド層18の電気抵抗率を、各々、コア層17(電気光学ポリマー層55)の電気抵抗率よりも高くすることができる。例えば、コア層17(電気光学ポリマー層55)の電気抵抗率は10Ω・m以上10Ω・m以下であるのに対し、下部クラッド層16の電気抵抗率及び上部クラッド層18の電気抵抗率は、各々、10Ω・mよりも大きい。そして、一般に、層の電気抵抗率が増加するにつれて、当該層における電磁波の吸収は減少する。そのため、下部クラッド層16及び上部クラッド層18による電磁波40の吸収を減少させることができる。
これに対し、比較例の電気光学ポリマー素子の製造方法では、一対のポーリング電極の間に、電気光学ポリマー層55に加えて、上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つが配置されている。電気光学ポリマー層55のポーリング処理は、コア層17に加えて、上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つにも、ポーリング電界が印加されている。そのため、上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つが、電気光学ポリマー層55よりも高い電気抵抗率を有する場合、電気光学ポリマー層55に効率よくポーリング電圧が印加されない。そのため、電気光学ポリマー層55中の電気光学分子を、十分に配向させることができない。比較例の製造方法によって製造された電気光学ポリマー素子の性能は、本実施の形態の製造方法によって製造された電気光学ポリマー素子1の性能より低い。
図1から図3及び図14を参照して、本実施の形態の電気光学ポリマー素子1の動作及び作用を説明する。
光45がコア層17に入射する。光45は、コア層17を伝搬する。光45は、例えば、特に限定されないが、例えば、近赤外の波長(例えば、1.535μm)を有するレーザー光である。電磁波40が電気光学ポリマー素子1に入射する。電磁波40は、コア層17の幅方向(±y方向)に沿う電界成分を含んでいる。
第1アンテナ電極21(第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22)は、電磁波40を受信する。本実施の形態では、第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の第2中心線22cは、コア層17の中心線17cに対して、第1上側アンテナ電極26の第1中心線26cとは反対方向にずれている。電磁波40は、第1上側アンテナ電極26によって遮られることなく、第1下側アンテナ電極22にも到達し得る。そのため、第1アンテナ電極21は、電磁波40のうちコア層17の幅方向(±y方向)に沿う電界成分を効率的に受信することができる。
また、第1アンテナ電極21(第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22)は、第1アンテナ電極21が受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する。この電界は、第1上側アンテナ電極26の第1縁27のうち光導波路15に接触する部分(第1上側アンテナ電極26の角部)と、第1下側アンテナ電極22の第2縁23のうち光導波路15に接触する部分(第1下側アンテナ電極22の角部)とに集中する。そして、本実施の形態では、第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27及び第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17に重なっている。そのため、第1上側アンテナ電極26の第1縁27のうち光導波路15に接触する部分(第1上側アンテナ電極26の角部)と第1下側アンテナ電極22の第2縁23のうち光導波路15に接触する部分(第1下側アンテナ電極22の角部)とを結ぶ直線上に、コア層17が位置する。また、第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22によってコア層17に印加される電界の方向は、電気光学分子の配向方向(第1主面15aの法線方向(z方向))に、より平行になる。第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
こうして、コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21によって受信された電磁波40に基づく電界によって、効率的に変調される。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
第2アンテナ電極31(第2上側アンテナ電極36及び第2下側アンテナ電極32)も、第1アンテナ電極21(第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22)と同様に、電磁波40を受信する。コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31によって受信された電磁波40に基づく電界によって、効率的に変調される。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
例えば、図14に示されるように、コア層17を伝搬する光45が第1アンテナ電極21に達したとき、電磁波40の山41aが第1アンテナ電極21に達する。コア層17を伝搬する光45が第2アンテナ電極31に達したとき、電磁波40の谷42aが第2アンテナ電極31に達する。このように、コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31において、電磁波40の山41aに基づく電界と電磁波40の谷42aに基づく電界とによって変調される。
さらに、電気光学ポリマー素子1では、複数のアンテナ電極対20a,20bがコア層17の長手方向(x方向)に沿って周期的に配置されている。複数のアンテナ電極対20a,20bの各々は、第1アンテナ電極21と第2アンテナ電極31とを含む。コア層17を伝搬する光45は、複数のアンテナ電極対20a,20bによって受信された電磁波40に基づく電界によって、効率的に変調される。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
例えば、図14に示されるように、コア層17を伝搬する光45がアンテナ電極対20aの第1アンテナ電極21に達したとき、電磁波40の山41aがアンテナ電極対20aの第1アンテナ電極21に達する。コア層17を伝搬する光45がアンテナ電極対20aの第2アンテナ電極31に達したとき、電磁波40の谷42aがアンテナ電極対20aの第2アンテナ電極31に達する。コア層17を伝搬する光45がアンテナ電極対20bの第1アンテナ電極21に達したとき、電磁波40の山41bがアンテナ電極対20bの第1アンテナ電極21に達する。コア層17を伝搬する光45がアンテナ電極対20bの第2アンテナ電極31に達したとき、電磁波40の谷42bがアンテナ電極対20bの第2アンテナ電極31に達する。このように、コア層17を伝搬する光45は、複数のアンテナ電極対20a,20bの第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31において、電磁波40の山41a,41bに基づく電界と電磁波40の谷42a,42bに基づく電界とによって繰り返し変調される。
(変形例)
コア層17は、図15及び図16に示されるようにチャネル型コア層であってもよいし、リブ型コア層などであってもよい。コア層17は、コア層17の幅方向(±y方向)において、コア層17の中心線17cから一定の距離以上離れた部分の電気光学分子をフォトブリーチングして当該部分の屈折率を低下させることによって製造されたフォトブリーチング型コア層であってもよい。
図17及び図18に示されるように、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36(図示せず)及び第2下側アンテナ電極32(図示せず)は、コア層17に接触してもよい。すなわち、下部クラッド層16は省略されてもよく、かつ、コア層17上に上部クラッド層18が設けられていなくてもよい。そのため、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
図19及び図20に示されるように、コア層17の幅方向(±y方向)において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27及び第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にあってもよい。コア層17の幅方向(±y方向)において、第2上側アンテナ電極36の第3縁37及び第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にあってもよい。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22は、コア層17の中心線17cに関して、第1上側アンテナ電極26に対称に配置されてもよい。
具体的には、第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27は、コア層17に重なっているとともに、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれていてもよい。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17に重なっているとともに、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれていてもよい。第1主面15aの平面視において、第2上側アンテナ電極36の第3縁37は、コア層17に重なっているとともに、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれていてもよい。第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17に重なっているとともに、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれていてもよい。
光導波路15は、上部クラッド層18または下部クラッド層16の一方だけを含んでもよい。光導波路15は、上部クラッド層18及び下部クラッド層16の両方を含んでいなくてもよい。三つ以上のアンテナ電極対20a,20bが電気光学ポリマー素子1に配置されてもよいし、一つのアンテナ電極対20a,20bが電気光学ポリマー素子1に配置されてもよい。第2アンテナ電極31が省略されており、かつ、一つの第1アンテナ電極21が電気光学ポリマー素子1に配置されてもよい。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1の効果を説明する。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1は、光導波路15と、第1アンテナ電極21とを備える。光導波路15は、第1主面15aと、第1主面15aとは反対側の第2主面15bとを有する。光導波路15は、電気光学ポリマーで形成されているコア層17を含む。第1アンテナ電極21は、第1上側アンテナ電極26と、第1下側アンテナ電極22とを含む。電気光学ポリマーは、電気光学分子を含む。電気光学分子は、第1主面15aの法線方向(z方向)に沿って配向している。第1上側アンテナ電極26は、第1主面15a上に設けられている。第1上側アンテナ電極26は、第1主面15aの平面視においてコア層17の幅方向(±y方向)におけるコア層17の中心線17cに近位する第1縁27を含む。コア層17の幅方向は、第1主面15aの平面視においてコア層17の長手方向(x方向)に垂直である。第1下側アンテナ電極22は、第2主面15b上に設けられている。第1下側アンテナ電極22は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第2縁23を含む。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向における第1上側アンテナ電極26の第1中心線26cは、コア層17の幅方向におけるコア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第1幅方向は、コア層17の幅方向の一方側である。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向における第1下側アンテナ電極22の第2中心線22cは、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向とは反対の第2幅方向(-y方向)にずれている。第2幅方向は、コア層17の幅方向の他方側である。第1主面15aの平面視において、第1縁27及び第2縁23は、コア層17に重なっている。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1上側アンテナ電極26とコア層17との間の第1距離tは、20μm以下である。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1下側アンテナ電極22とコア層17との間の第2距離tは、20μm以下である。
本実施の形態では、第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の第2中心線22cは、コア層17の中心線17cに対して、第1上側アンテナ電極26の第1中心線26cとは反対方向にずれている。電磁波40は、第1上側アンテナ電極26によって遮られることなく、第1下側アンテナ電極22にも到達し得る。そのため、第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22は、電磁波40のうちコア層17の幅方向(±y方向)に沿う電界成分を効率的に受信することができる。また、本実施の形態では、第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27及び第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17に重なっている。第1距離tは20μm以下であり、第2距離tは20μm以下である。そのため、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。こうして、電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1では、第1主面15aの平面視において、第1縁27及び第2縁23は、コア層17の中心線17cに一致している。
そのため、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分をさらに増加させることができる。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1では、コア層17の幅方向(±y方向)において、第1縁27及び第2縁23は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にある。
そのため、電磁波40は、第1上側アンテナ電極26によって遮られることなく、第1下側アンテナ電極22にも到達し得る。第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22は、電磁波40のうちコア層17の幅方向(±y方向)に沿う電界成分を効率的に受信することができる。また、コア層17の全体にわたって、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1は、グランド電極11と、スペーサ層12とをさらに備える。グランド電極11は、第1主面15aの法線方向(z方向)において、第1下側アンテナ電極22に関して第1上側アンテナ電極26とは反対側に配置されており、かつ、第1主面15aの平面視において第1上側アンテナ電極26と第1下側アンテナ電極22に重なっている。スペーサ層12は、グランド電極11と第1下側アンテナ電極22との間に配置されている。スペーサ層12は、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている。
そのため、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1は、第2アンテナ電極31をさらに備える。第2アンテナ電極31は、コア層17の長手方向(x方向)において第1アンテナ電極21から間隔を空けて配置されている。第2アンテナ電極31は、第2上側アンテナ電極36と、第2下側アンテナ電極32とを含む。第2上側アンテナ電極36は、第1主面15a上に設けられている。第2上側アンテナ電極36は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第3縁37を含む。第2下側アンテナ電極32は、第2主面15b上に設けられている。第2下側アンテナ電極32は、第1主面15aの平面視においてコア層17の中心線17cに近位する第4縁33を含む。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向(±y方向)における第2上側アンテナ電極36の第3中心線36cは、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれている。第1主面15aの平面視において、コア層17の幅方向における第2下側アンテナ電極32の第4中心線32cは、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第1主面15aの平面視において、第3縁37及び第4縁33は、コア層17に重なっている。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2上側アンテナ電極36とコア層17との間の第3距離tは、20μm以下である。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2下側アンテナ電極32とコア層17との間の第4距離tは、20μm以下である。
そのため、コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界に加えて、第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界によっても変調される。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1では、複数のアンテナ電極対20a,20bがコア層17の長手方向(x方向)に沿って周期的に配置されている。複数のアンテナ電極対20a,20bの各々は、第1アンテナ電極21と第2アンテナ電極31とを含む。
そのため、コア層17を伝搬する光45は、複数のアンテナ電極対20a,20bからコア層17に印加される電界によって繰り返し変調される。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1では、光導波路15は、上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つを含む。上部クラッド層18は、第1主面15aの法線方向(z方向)において第1上側アンテナ電極26とコア層17との間に配置されており、かつ、コア層17より小さな屈折率を有している。下部クラッド層16は、第1主面15aの法線方向(z方向)において第1下側アンテナ電極22とコア層17との間に配置されており、かつ、コア層17より小さな屈折率を有している。上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つは、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている。
上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つは、第1下側アンテナ電極22及び第2下側アンテナ電極32による、コア層17を伝搬する光45の吸収を低減させる。また、上部クラッド層18または下部クラッド層16の少なくとも一つによる電磁波40の吸収が減少する。第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分をさらに増加させることができる。電気光学ポリマー素子1の光変調効率が改善される。
(実施の形態2)
図22から及び図24を参照して、実施の形態2の電気光学ポリマー素子1bを説明する。本実施の形態の電気光学ポリマー素子1bは、実施の形態1の電気光学ポリマー素子1と同様の構成を備えているが、主に以下の点で実施の形態1の電気光学ポリマー素子1と異なっている。
電気光学ポリマー素子1bでは、第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27及び第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にあり、かつ、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に離れている。
具体的には、第1上側アンテナ電極26の第1縁27は、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第1上側アンテナ電極26の第1縁27は、コア層17の中心線17cに対して、第1上側アンテナ電極26の第1中心線26cと同じ方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27とコア層17との間の距離dは、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれている。第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17の中心線17cに対して、第1下側アンテナ電極22の第2中心線22cと同じ方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の第2縁23とコア層17との間の距離dは、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1主面15aの平面視において、第2上側アンテナ電極36の第3縁37及び第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にあり、かつ、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に離れている。
具体的には、第2上側アンテナ電極36の第3縁37は、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれている。第2上側アンテナ電極36の第3縁37は、コア層17の中心線17cに対して、第2上側アンテナ電極36の第3中心線36cと同じ方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第2上側アンテナ電極36の第3縁37とコア層17との間の距離dは、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17の中心線17cに対して、第2下側アンテナ電極32の第4中心線32cと同じ方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32の第4縁33とコア層17との間の距離dは、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1bは、以下のように、実施の形態1の電気光学ポリマー素子1の作用と同様の作用を奏する。
例えば、電気光学ポリマー素子1bでは、コア層17の幅方向(±y方向)において、第1縁27及び第2縁23は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にある。そのため、第1上側アンテナ電極26の第1縁27のうち光導波路15に接触する部分(第1上側アンテナ電極26の角部)と第1下側アンテナ電極22の第2縁23のうち光導波路15に接触する部分(第1下側アンテナ電極22の角部)とを結ぶ直線上に、コア層17が位置する。さらに、第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27とコア層17との間の距離dは20μm以下であり、かつ、第1下側アンテナ電極22の第2縁23とコア層17との間の距離dは20μm以下である。そのため、第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22によってコア層17に印加される電界の方向は、電気光学分子の配向方向(第1主面15aの法線方向(z方向))に、より平行になる。第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
第2アンテナ電極31(第2上側アンテナ電極36及び第2下側アンテナ電極32)も、第1アンテナ電極21(第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22)と同様に、第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。こうして、コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31によって受信された電磁波40に基づく電界によって、効率的に変調される。電気光学ポリマー素子1bの光変調効率が改善される。
(変形例)
図25及び図26に示されるように、本実施の形態の第1変形例では、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36(図示せず)及び第2下側アンテナ電極32(図示せず)は、コア層17に接触してもよい。すなわち、下部クラッド層16は省略されてもよく、かつ、コア層17上に上部クラッド層18が設けられていなくてもよい。そのため、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
本実施の形態の第2変形例では、第1主面15aの平面視において、第1縁27はコア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れており、かつ、第2縁23はコア層17に重なってもよい。本実施の形態の第3変形例では、第1主面15aの平面視において、第1縁27はコア層17に重なっており、かつ、第2縁23はコア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れてもよい。本実施の形態の第2変形例及び第3変形例は、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1bの効果は、実施の形態1の電気光学ポリマー素子1の効果と同様の以下の効果を奏する。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1bでは、第1主面15aの平面視において、第1縁27は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの平面視において、第2縁23は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1上側アンテナ電極26とコア層17との間の第1距離tは、20μm以下である。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1下側アンテナ電極22とコア層17との間の第2距離tは、20μm以下である。
そのため、電磁波40は、第1上側アンテナ電極26によって遮られることなく、第1下側アンテナ電極22にも到達し得る。第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22は、電磁波40のうちコア層17の幅方向(±y方向)に沿う電界成分を効率的に受信することができる。また、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1bでは、コア層17の幅方向(±y方向)において、第1縁27及び第2縁23は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にある。
そのため、コア層17の全体にわたって、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向に沿う成分を増加させることができる。電気光学ポリマー素子1bの光変調効率が改善される。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1bでは、第1主面15aの平面視において、第3縁37は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの平面視において、第4縁33は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2上側アンテナ電極36とコア層17との間の第3距離tは、20μm以下である。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2下側アンテナ電極32とコア層17との間の第4距離tは、20μm以下である。
そのため、コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界に加えて、第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界によっても変調される。電気光学ポリマー素子1bの光変調効率が改善される。
(実施の形態3)
図27から図29を参照して、実施の形態3の電気光学ポリマー素子1cを説明する。本実施の形態の電気光学ポリマー素子1cは、実施の形態2の電気光学ポリマー素子1bと同様の構成を備えているが、主に以下の点で実施の形態2の電気光学ポリマー素子1bと異なっている。
第1上側アンテナ電極26の第1縁27は、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(-y方向)にずれている。第1上側アンテナ電極26の第1縁27は、コア層17の中心線17cに対して、第1上側アンテナ電極26の第1中心線26cとは反対方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27とコア層17との間の距離dは、実施の形態2と同様に、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、実施の形態2と同様に、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17の中心線17cに対して、第1下側アンテナ電極22の第2中心線22cとは反対方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の第2縁23とコア層17との間の距離dは、実施の形態2と同様に、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、実施の形態2と同様に、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1主面15aの平面視における第1上側アンテナ電極26と第1下側アンテナ電極22との間の重なりが大きくなるため、第1アンテナ電極21のサイズが小さくなる。電気光学ポリマー素子1cは、小型化され得る。
第2上側アンテナ電極36の第3縁37は、コア層17の中心線17cに対して第1幅方向(+y方向)にずれている。第2上側アンテナ電極36の第3縁37は、コア層17の中心線17cに対して、第2上側アンテナ電極36の第3中心線36cとは反対方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第2上側アンテナ電極36の第3縁37とコア層17との間の距離dは、実施の形態2と同様に、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、実施の形態2と同様に、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17の中心線17cに対して第2幅方向(-y方向)にずれている。第2下側アンテナ電極32の第4縁33は、コア層17の中心線17cに対して、第2下側アンテナ電極32の第4中心線32cとは反対方向にずれている。第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32の第4縁33とコア層17との間の距離dは、実施の形態2と同様に、0μmより大きく、かつ、20μm以下である。距離dは、実施の形態2と同様に、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
第1主面15aの平面視における第2上側アンテナ電極36と第2下側アンテナ電極32との間の重なりが大きくなるため、第2アンテナ電極31のサイズが小さくなる。電気光学ポリマー素子1cは、小型化され得る。
(変形例)
本実施の形態の第1変形例では、図28及び図29に示されるように、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36(図示せず)及び第2下側アンテナ電極32(図示せず)は、コア層17に接触してもよい。すなわち、下部クラッド層16は省略されてもよく、かつ、コア層17上に上部クラッド層18が設けられていなくてもよい。そのため、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
本実施の形態の第2変形例では、第1主面15aの平面視において、第1縁27はコア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れており、かつ、第2縁23はコア層17に重なってもよい。本実施の形態の第3変形例では、第1主面15aの平面視において、第1縁27はコア層17に重なっており、かつ、第2縁23はコア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れてもよい。本実施の形態の第2変形例及び第3変形例は、第1アンテナ電極21及び第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1cの効果は、実施の形態2の電気光学ポリマー素子1bの効果と同様の以下の効果を奏する。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1cでは、第1主面15aの平面視において、第1縁27は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの平面視において、第2縁23は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1上側アンテナ電極26とコア層17との間の第1距離tは、20μm以下である。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1下側アンテナ電極22とコア層17との間の第2距離tは、20μm以下である。
そのため、電磁波40は、第1上側アンテナ電極26によって遮られることなく、第1下側アンテナ電極22にも到達し得る。第1上側アンテナ電極26及び第1下側アンテナ電極22は、電磁波40のうちコア層17の幅方向(±y方向)に沿う電界成分を効率的に受信することができる。また、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向(z方向)に沿う成分を増加させることができる。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1cでは、コア層17の幅方向(±y方向)において、第1縁27及び第2縁23は、コア層17の中心線17cに関して互いに反対側にある。
そのため、コア層17の全体にわたって、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界のうち電気光学分子の配向方向に沿う成分を増加させることができる。電気光学ポリマー素子1cの光変調効率が改善される。また、第1主面15aの平面視における第1上側アンテナ電極26と第1下側アンテナ電極22との間の重なりが大きくなるため、第1アンテナ電極21のサイズが小さくなる。電気光学ポリマー素子1cは、小型化され得る。
本実施の形態の電気光学ポリマー素子1cでは、第1主面15aの平面視において、第3縁37は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの平面視において、第4縁33は、コア層17に重なっている、または、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に20μm以下の距離離れている。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2上側アンテナ電極36とコア層17との間の第3距離tは、20μm以下である。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2下側アンテナ電極32とコア層17との間の第4距離tは、20μm以下である。
そのため、コア層17を伝搬する光45は、第1アンテナ電極21からコア層17に印加される電界に加えて、第2アンテナ電極31からコア層17に印加される電界によっても変調される。電気光学ポリマー素子1cの光変調効率が改善される。
(実施の形態4)
図32を参照して、実施の形態4の電気光学ポリマー素子1dを説明する。本実施の形態の電気光学ポリマー素子1dは、実施の形態1の電気光学ポリマー素子1と同様の構成を備えており、かつ、実施の形態1の電気光学ポリマー素子1と同様の効果を奏するが、主に以下の点で実施の形態1の電気光学ポリマー素子1と異なっている。
電気光学ポリマー素子1dでは、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36及び第2下側アンテナ電極32は、各々、ボウタイアンテナを含む。
具体的には、第1上側アンテナ電極26は、アンテナ29と、変調電極28とを含む。アンテナ29は、電磁波40(図2、図3及び図14を参照)を受信する。アンテナ29は、ボウタイアンテナである。アンテナ29の形状は、特に限定されない。第1主面15aの平面視において、アンテナ29は、変調電極28よりも大きな面積を有してもよい。第1主面15aの平面視において、変調電極28は、コア層17の長手方向(x方向)に細長いストライプ形状を有してもよい。変調電極28の形状は、特に限定されない。変調電極28は、アンテナ29に接続されており、かつ、コア層17の幅方向(±y方向)においてアンテナ29よりもコア層17の中心線17cに近位している。変調電極28は、アンテナ29が受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する。
第1下側アンテナ電極22は、アンテナ25と、変調電極24とを含む。アンテナ25は、電磁波40(図2、図3及び図14を参照)を受信する。アンテナ25は、ボウタイアンテナである。アンテナ25の形状は、特に限定されない。第1主面15aの平面視において、アンテナ25は、変調電極24よりも大きな面積を有してもよい。第1主面15aの平面視において、変調電極24は、コア層17の長手方向(x方向)に細長いストライプ形状を有してもよい。変調電極24の形状は、特に限定されない。変調電極24は、アンテナ25に接続されており、かつ、コア層17の幅方向(±y方向)においてアンテナ25よりもコア層17の中心線17cに近位している。変調電極24は、アンテナ25が受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する。
第2上側アンテナ電極36は、アンテナ39と、変調電極38とを含む。アンテナ39は、電磁波40(図2、図3及び図14を参照)を受信する。アンテナ39は、ボウタイアンテナである。アンテナ39の形状は、特に限定されない。第1主面15aの平面視において、アンテナ39は、変調電極38よりも大きな面積を有してもよい。第1主面15aの平面視において、変調電極38は、コア層17の長手方向(x方向)に細長いストライプ形状を有してもよい。変調電極38の形状は、特に限定されない。変調電極38は、アンテナ39に接続されており、かつ、コア層17の幅方向(±y方向)においてアンテナ39よりもコア層17の中心線17cに近位している。変調電極38は、アンテナ39が受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する。
第1下側アンテナ電極22は、アンテナ35と、変調電極34とを含む。アンテナ35は、電磁波40(図2、図3及び図14を参照)を受信する。アンテナ35は、ボウタイアンテナである。アンテナ35の形状は、特に限定されない。第1主面15aの平面視において、アンテナ35は、変調電極34よりも大きな面積を有してもよい。第1主面15aの平面視において、変調電極34は、コア層17の長手方向(x方向)に細長いストライプ形状を有してもよい。変調電極34の形状は、特に限定されない。変調電極34は、アンテナ35に接続されており、かつ、コア層17の幅方向(±y方向)においてアンテナ35よりもコア層17の中心線17cに近位している。変調電極34は、アンテナ35が受信した電磁波40に基づく電界をコア層17に印加する。
(変形例)
図33に示されるように、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36及び第2下側アンテナ電極32は、各々、メタマテリアルアンテナを含んでもよい。具体的には、アンテナ25,29,35,39は、各々、メタマテリアルアンテナである。
(実施例)
図34から図36を参照して、本開示の実施例の電気光学ポリマー素子を説明する。本実施例の電気光学ポリマー素子は、実施の形態2の第3変形例の電気光学ポリマー素子と同様に構成されており、図4から図13に示される製造方法によって製造されている。
コア層17は、リッジ型コア層である。第1主面15aの法線方向(z方向)におけるコア層17の高さは、2μmである。コア層17の幅は、1.6μmである。コア層17を形成する電気光学ポリマーとして、上記式(1)から上記式(3)で表される繰り返し単位を有するサイドチェーン型の電気光学ポリマーが用いられている。透過型エリプソメトリー法で見積もられた波長1550nmでの電気光学ポリマーの電気光学係数は36pm/Vである。下部クラッド層16は、シクロオレフィンポリマー(ZEONEX(日本ゼオン、登録商標))で形成されている。シクロオレフィンポリマーの電気抵抗率は、1012Ω・mより大きい。上部クラッド層18は、紫外線硬化樹脂(FE4048、NTT-AT社製)で形成されている。
グランド電極11、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36及び第2下側アンテナ電極32は、金(Au)で形成されている。基板10は、シリコン(Si)で形成されている。図35を参照して、基板10の表面に二酸化ケイ素(SiO)膜19aが形成されており、二酸化ケイ素(SiO)膜19aは、基板10とグランド電極11との間に配置されている。二酸化ケイ素(SiO)膜19bは、グランド電極11を覆っている。二酸化ケイ素(SiO)膜19bは、グランド電極11とスペーサ層12との間に配置されている。スペーサ層12は、シクロオレフィンポリマー(ZEONOR(日本ゼオン、登録商標))で形成されている。第1上側アンテナ電極26、第2上側アンテナ電極36及び上部クラッド層18上に保護層18cが形成されている。保護層18cは、紫外線硬化樹脂(FE4048、NTT-AT社製)で形成されている。
図35を参照して、第1主面15aの法線方向(z方向)における第1上側アンテナ電極26とコア層17との間の第1距離tは、3μmである。第1主面15aの法線方向(z方向)における第1下側アンテナ電極22とコア層17との間の第2距離tは、2.5μmである。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2上側アンテナ電極36とコア層17との間の第3距離tは、第2距離tと同じく、2.5μmである。第1主面15aの法線方向(z方向)における第2下側アンテナ電極32とコア層17との間の第4距離tは、第1距離tと同じく、3μmである。
第1主面15aの平面視において、第1上側アンテナ電極26の第1縁27は、コア層17に重なっている。第1上側アンテナ電極26の第1縁27とコア層17の中心線17cとの間の距離は、0.4μmである。第1下側アンテナ電極22の第2縁23は、コア層17からコア層17の幅方向(±y方向)に離れている。第1主面15aの平面視において、第1下側アンテナ電極22の第2縁23とコア層17との間の距離dは、1.3μmである。第1主面15aの平面視において、第2上側アンテナ電極36の第3縁37は、第1縁27と同じく、コア層17に重なっている。第2上側アンテナ電極36の第3縁37とコア層17の中心線17cとの間の距離は、0.4μmである。第1主面15aの平面視において、第2下側アンテナ電極32の第4縁33とコア層17との間の距離dは、距離dと同じく、1.3μmである。
図34を参照して、第1アンテナ電極21と第2アンテナ電極31との配置ピッチPは、0.59mmである。複数のアンテナ電極対20a,20bの配置周期Qは、1.18mmである。
本実施例では、光45は、8mWのパワーと1.535μmの波長とを有するレーザー光である。レーザー光は、テーパードレンズドファイバー(図示せず)を通して、電気光学ポリマー素子に入射する。レーザー光の偏光方向は、第1主面15aの法線方向(z方向)である。150GHzの周波数を有する電磁波が、電気光学ポリマー素子の上方(図2及び図3などを参照)から、電気光学ポリマー素子に照射される。電磁波が入射する電気光学ポリマー素子の表面における電磁波のパワー密度は、34.3W/mである。電気光学ポリマー素子に入射したレーザー光は、電気光学ポリマー素子によって変調される。電気光学ポリマー素子による変調光は、テーパードレンズドファイバー(図示せず)を通して、電気光学ポリマー素子から出力される。電気光学ポリマー素子からの出力光のスペクトルを、光スペクトラムアナライザーを用いて測定する。図36に示されるように、電気光学ポリマー素子からの出力光のスペクトルにおいて、電気光学ポリマー素子への入射するレーザー光の周波数から150GHz離れた周波数に、45dBのキャリアサイドバンド比を有する光変調サイドバンドが観測された。
今回開示された実施の形態1-4及びそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態1-4及びそれらの変形例の少なくとも二つを組み合わせてもよい。例えば、実施の形態2及び実施の形態3において、第1上側アンテナ電極26、第1下側アンテナ電極22、第2上側アンテナ電極36及び第2下側アンテナ電極32は、各々、実施の形態4のように、ボウタイアンテナまたはメタマテリアルアンテナを含んでもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
1,1b,1c,1d 電気光学ポリマー素子、10 基板、10a 主面、11 グランド電極、12 スペーサ層、13,14 凹部、15 光導波路、15a 第1主面、15b 第2主面、16 下部クラッド層、17 コア層、17c 中心線、18 上部クラッド層、18c 保護層、19a,19b 二酸化ケイ素膜、20a,20b アンテナ電極対、21 第1アンテナ電極、22 第1下側アンテナ電極、22c 第2中心線、23 第2縁、24 変調電極、25 アンテナ、26 第1上側アンテナ電極、26c 第1中心線、27 第1縁、28 変調電極、29 アンテナ、31 第2アンテナ電極、32 第2下側アンテナ電極、32c 第4中心線、33 第4縁、34 変調電極、35 アンテナ、36 第2上側アンテナ電極、36c 第3中心線、37 第3縁、38 変調電極、39 アンテナ、40 電磁波、41a,41b 山、42a,42b 谷、45 光、50 支持体、51 下部電極、52,55 電気光学ポリマー層、53 上部電極、54 電源。

Claims (7)

  1. 第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面とを有するとともに、電気光学ポリマーで形成されているコア層を含む光導波路と、
    第1上側アンテナ電極と、第1下側アンテナ電極とを含む第1アンテナ電極と
    前記コア層の長手方向において前記第1アンテナ電極から間隔を空けて配置される第2アンテナ電極とを備え、
    前記電気光学ポリマーは電気光学分子を含み、前記電気光学分子は前記第1主面の法線方向に沿って配向しており、
    前記第1上側アンテナ電極は、前記第1主面上に設けられており、かつ、前記第1主面の平面視において前記コア層の幅方向における前記コア層の中心線に近位する第1縁を含み、前記コア層の前記幅方向は、前記第1主面の前記平面視において前記コア層の前記長手方向に垂直であり、
    前記第1下側アンテナ電極は、前記第2主面上に設けられており、かつ、前記第1主面の前記平面視において前記コア層の前記中心線に近位する第2縁を含み、
    前記第1主面の前記平面視において、前記コア層の前記幅方向における前記第1上側アンテナ電極の第1中心線は、前記コア層の前記幅方向における前記コア層の前記中心線に対して第1幅方向にずれており、前記第1幅方向は、前記幅方向の一方側であり、
    前記第1主面の前記平面視において、前記コア層の前記幅方向における前記第1下側アンテナ電極の第2中心線は、前記コア層の前記中心線に対して前記第1幅方向とは反対の第2幅方向にずれており、前記第2幅方向は、前記幅方向の他方側であり、
    前記第1主面の前記平面視において、前記第1縁は、前記コア層に重なっている、または、前記コア層から前記コア層の前記幅方向に20μm以下の距離離れており、
    前記第1主面の前記平面視において、前記第2縁は、前記コア層に重なっている、または、前記コア層から前記コア層の前記幅方向に20μm以下の距離離れており、
    前記第1主面の前記法線方向における前記第1上側アンテナ電極と前記コア層との間の第1距離は、20μm以下であり、
    前記第1主面の前記法線方向における前記第1下側アンテナ電極と前記コア層との間の第2距離は、20μm以下であ
    前記第2アンテナ電極は、前記コア層の前記長手方向において前記第1アンテナ電極から間隔を空けて配置され、
    前記第2アンテナ電極は、第2上側アンテナ電極と、第2下側アンテナ電極とを含み、
    前記第2上側アンテナ電極は、前記第1主面上に設けられており、かつ、前記第1主面の前記平面視において前記コア層の前記中心線に近位する第3縁を含み、
    前記第2下側アンテナ電極は、前記第2主面上に設けられており、かつ、前記第1主面の前記平面視において前記コア層の前記中心線に近位する第4縁を含み、
    前記第1主面の前記平面視において、前記コア層の前記幅方向における前記第2上側アンテナ電極の第3中心線は、前記コア層の前記中心線に対して前記第2幅方向にずれており、
    前記第1主面の前記平面視において、前記コア層の前記幅方向における前記第2下側アンテナ電極の第4中心線は、前記コア層の前記中心線に対して前記第1幅方向にずれており、
    前記第1主面の前記平面視において、前記第3縁は、前記コア層に重なっている、または、前記コア層から前記コア層の前記幅方向に20μm以下の距離離れており、
    前記第1主面の前記平面視において、前記第4縁は、前記コア層に重なっている、または、前記コア層から前記コア層の前記幅方向に20μm以下の距離離れており、
    前記第1主面の前記法線方向における前記第2上側アンテナ電極と前記コア層との間の第3距離は、20μm以下であり、
    前記第1主面の前記法線方向における前記第2下側アンテナ電極と前記コア層との間の第4距離は、20μm以下である、電気光学ポリマー素子。
  2. 前記コア層の前記幅方向において、前記第1縁及び前記第2縁は、前記コア層の前記中心線に一致しており、
    前記コア層の前記幅方向において、前記第3縁及び前記第4縁は、前記コア層の前記中心線に一致している、請求項1に記載の電気光学ポリマー素子。
  3. 前記コア層の前記幅方向において、前記第1縁及び前記第2縁は、前記コア層の前記中心線に関して互いに反対側にあり、
    前記コア層の前記幅方向において、前記第3縁及び前記第4縁は、前記コア層の前記中心線に関して互いに反対側にある、請求項1に記載の電気光学ポリマー素子。
  4. グランド電極と、
    前記グランド電極と前記第1下側アンテナ電極との間に配置されているスペーサ層とをさらに備え、
    前記グランド電極は、前記第1主面の前記法線方向において、前記第1下側アンテナ電極に関して前記第1上側アンテナ電極とは反対側に配置されており、かつ、前記第1主面の前記平面視において、前記第1上側アンテナ電極と前記第1下側アンテナ電極に重なっており、
    前記スペーサ層は、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電気光学ポリマー素子。
  5. 複数のアンテナ電極対が前記コア層の前記長手方向に沿って周期的に配置されており、
    前記複数のアンテナ電極対の各々は、前記第1アンテナ電極と前記第2アンテナ電極とを含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電気光学ポリマー素子。
  6. 前記光導波路は、上部クラッド層または下部クラッド層の少なくとも一つを含み、
    前記上部クラッド層は、前記第1主面の前記法線方向において前記第1上側アンテナ電極と前記コア層との間に配置されており、かつ、前記コア層より小さな屈折率を有しており、
    前記下部クラッド層は、前記第1主面の前記法線方向において前記第1下側アンテナ電極と前記コア層との間に配置されており、かつ、前記コア層より小さな屈折率を有しており、
    前記上部クラッド層または前記下部クラッド層の前記少なくとも一つは、10Ω・mより大きい電気抵抗率を有する材料で形成されている、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電気光学ポリマー素子。
  7. 前記第1上側アンテナ電極及び前記第1下側アンテナ電極は、各々、矩形アンテナ、ボウタイアンテナまたはメタマテリアルアンテナを含む、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電気光学ポリマー素子。
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