説明

電気光学素子

【課題】本発明は、接着層の厚さにかかわらず一定の厚さの均一度を得られ、電気光学素子の機械強度と光ビームの品質を両立させ、厚さにかかわらず素子の性能を保証する上で最適な接着剤の選択の自由度を確保可能な、電気光学素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の電気光学素子は電気光学材料で形成されている第1、第2の基
を接着剤で接着して構成し、接着剤には第1の基板と第2の基板のギャップを規定する
ャップ部材が混合されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電気光学素子及びその製造方法に関し、詳細には電気光学材料を用いて電気光学素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
物質に電界を印加することによってその屈折率が変化する効果は電気光学効果と呼ばれる。光通信で用いられる強度変調器や、レーザ発振のパルス動作を得るためのQスイッチ素子、また光の進行方向を制御する光ビームスキャナなどに用いられている。電気光学効果による屈折率変化Δnは、1次のポッケルス効果の場合次式で与えられる。
【0003】
Δn∝rij×V/d ・・・(1)
【0004】
ここで、rijは電気光学定数(ポッケルス定数)、Vは印加電圧、dは電圧を印加する電極の間隔である。
【0005】
このような電気光学素子の実用においては、低電圧でかつ幅広い周波数帯域で応答することが求められる。そのためには、上記式(1)において電極間隔dを小さくすることによって電界強度を高めればよい。電極間隔を小さくすることに伴って素子は光導波路構造を取ることが多い。
【0006】
従来の導波路型電気光学素子の代表的なものとしては、光通信における強度変調器がある。強度変調器では、ニオブ酸リチウム結晶にチタンを局所的に拡散することによりその部分だけ屈折率を上昇させ、光導波路構造が製作される。このような不純物拡散による光導波路形成の方法は、チタン拡散の他に亜鉛拡散やプロトン拡散による方法が挙げられる。このような拡散導波路は非線形光学効果を利用する光波長変換素子にも利用されている。
【0007】
その他の導波路の製作方法として、電気光学材料や非線形光学材料を別の材料に直接接合または接着剤によって接着し、研磨により薄膜化することで光導波路構造を製作する方法が用いられている。
【0008】
この接合・研磨または接着・研磨による方法は、光波長変換素子の製作方法として従来用いられている。この方法は、電気光学素子の製作にも適用可能な方法である。この方法によれば、電気光学材料や非線形光学材料が有する本来の性能を保ったまま導波路構造を製作することができるので、電気光学素子の低電圧動作のための有効な製作方法であることが既に知られている。
【0009】
従来の接着研磨による工程について以下に概説すると、台座となる基板と導波路のコアとなる基板を接着剤により接着する。次にコアとなる基板を研磨して、光を閉じ込めることができる厚さまで薄膜化する。導波路型の素子においてはコア層の厚さを均一にすることが重要である。これは、コア層の厚さが変わると導波路の実効屈折率が変化し、光波長変換素子においては変換効率の低下、電気光学素子においては波面の歪みといった光ビームの品質の低下という問題が生じるためである。コア層の厚さの均一度は、研磨工程における研磨量の面内均一度、接着層の厚さの面内均一度を反映したものとなる。接着層の厚さの面内均一度を向上するためには、接着層を薄くすることによって不均一度を相対的に小さくする方法がある。しかし、このように接着剤を薄くすることによって接着層の厚さの均一度を高める方法では、接着層厚さの現象に伴い、接着強度が減少するので素子の機械強度が低下するという問題があった。また、接着層厚さを均一にするためには、粘度が小さい接着剤を用いることが好ましいが、このような接着剤が素子の性能を保証する上で最適なものを選択する上で、選択の自由度が狭まるという問題もあった。そこで、これらの問題点を解決するために、特許文献1には、接着剤が接着・硬化して形成された接着層厚さの分布を均一にする目的のために、接着剤の粘度は小さい方が好ましく、具体的には100cp以下の粘度であることが好ましいと提案されている。また、特許文献1には、接着層の厚さが10μmを超えて大きくなると、接着層自体の厚さ精度が低下し、変動幅が大きくなるため、後の強誘電体単結晶基板に対する薄板化工程が困難になり、最終的な薄板化された強誘電体単結晶基板の厚さの変動幅を所定の範囲内に収めることができなくなるとも開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、このように接着層を薄くすることによって接着層の厚さの均一度を高める方法では、接着層の厚さの減少に伴って接着強度も減少することなり、素子の機械強度が低下するという問題があった。また、接着層厚さを均一にするためには、粘度が小さい接着剤を用いることが好ましいが、このような接着剤が素子の性能を保証する上で最適なものを選択する上で選択の自由度が狭くなるという問題もあった。
【0011】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、接着層の厚さにかかわらず一定の厚さの均一度を得られ、電気光学素子の機械強度と光ビームの品質を両立させ、厚さにかかわらず素子の性能を保証する上で最適な接着剤の選択の自由度を確保可能な、電気光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記問題点を解決するために、本発明の電気光学素子は電気光学材料で形成されている第1、第2の基板を接着剤で接着して構成し、接着剤には第1の基板と第2の基板のギャップを規定するギャップ部材が混合されていることに特徴がある。よって、接着剤の層の厚さにかかわらず一定の厚さの均一度を得られるようにすることによって、素子の機械強度と光ビームの品質を両立させることができ、厚さにかかわらず素子の性能を保証する上で最適な接着剤の選択の自由度を確保できる。
【0013】
また、研磨によって薄膜化される第1、第2の基板のいずれかの基板の片面にクラッド層を有することにより、例えば当該基板が導波路のコアとなる基板であるような光学素子においてギャップ材によって発生する散乱を抑制することができる。
【0014】
更に、研磨によって薄膜化される第1、第2の基板のいずれかの基板の両面にクラッド層を有することにより、例えば当該基板が導波路のコアとなる基板であるような光学素子においてギャップ材によって発生する散乱をより一層抑制することができる。
【0015】
また、研磨によって薄膜化される第1、第2の基板のいずれかの基板の両面にクラッド層及び電極層を有することが好ましい。
【0016】
更に、研磨によって薄膜化される第1、第2の基板のいずれかの基板の一部が分極反転されており、当該基板の両面にクラッド層及び電極層を有することが好ましい。
【0017】
また、別の発明として、電気光学材料で形成されている第1、第2の基板を接着剤で接着して構成する電気光学素子の製造方法において、第1の基板と第2の基板のギャップを規定するギャップ部材が混合されている接着剤を用いて第1の基板と第2の基板を接着することに特徴がある。よって、研磨によって製作するコア層の厚さが均一になり、これによって素子の機械強度と光ビームの品質を両立させることができる電気光学素子の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、電気光学材料で形成されている第1、第2の基板のギャップを規定するギャップ部材が混合されている接着剤を用いて第1の基板と第2の基板を接着して構成することにより、研磨によって製作するコア層の厚さが均一となって素子の機械強度と光ビームの品質を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電気光学素子の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る電気光学素子の構成を示す断面図である。
【図3】第2の実施の形態に係る電気光学素子の別の構成を示す断面図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係る電気光学素子の構成を示す断面図である。
【図5】第3の実施の形態に係る電気光学素子の別の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る電気光学素子の構成を示す断面図である。同図の(a)に示す本実施の形態の電気光学素子10によれば、台座基板11とコア層となる基板12は、接着剤13によって接着される。このとき、接着剤13の層にサイズの均一度が高い部材であるギャップ材14を混合する。なお、このギャップ材14としては、シリカや樹脂からなるビーズが挙げられる。また、混合の方法としては、予め接着剤13に混合する方法がある。あるいは、ギャップ材14を予め台座基板11上に散布しておき、そこに接着剤13を塗布するという方法も可能である。更には、ギャップ材14の形状は球形である必要はなく、台座基板11とコア層となる基板12の間隔を一定に保てるものであればどのような形状でも可能である。例としては、円柱、角柱などが挙げられる。また、フォトレジストをスピンコーティングした上で、フォトリソグラフィーにより柱状に形成したフォトレジストであってもよい。更に、ギャップ材14は台座基板11の接着の際に台座基板間の間隔、すなわち接着剤の層の厚さを一定にするものであるので、接着の際に台座基板の全体に均等に分散されていればよい。したがって、台座基板をダイシングなどで分割した後に得られる個別の素子にギャップ材が含まれることは、必ずしも必要ではない。実際の製作では、コア層となる基板12と台座基板11の両方に直径3インチ、厚さ300マイクロメートルのニオブ酸リチウムを用い、ギャップ材14として直径10マイクロメートルのシリカからなる真絲球(日揮触媒化成製)、接着剤13にはUV硬化樹脂接着剤を用いた。接着後に厚さを測定したところ3インチの面内での厚さの均一度は500ナノメートル以下という高い均一度が得られた。その後、コア層となる基板12を研磨により薄膜化することによって、図1の(b)に示すように導波路を形成した。このとき接着剤13の層が10マイクロメートルという厚さを有し接着強度が十分であったので、研磨中にコア層となる基板12が剥離するというような問題は生じなかった。研磨後にコア層15の厚さを測定したところ3インチの面内で10±0.5マイクロメートルと高い厚さの均一度を得た。このように本発明の構造を採用することによって、接着剤の層を厚くすることで機械的な強度を保ちつつ、コア層の厚さを均一にできるので、素子の機械強度と光ビームの品質を両立させることができる。
【0021】
図2は本発明の第2の実施の形態に係る電気光学素子の構成を示す断面図である。図2において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図1の第1の実施の形態は接着剤の層が導波路のクラッド層として機能する例であるが、ギャップ材14によって導波光が散乱することがある。そこで、図2に示す第2の実施の形態では、この散乱を防止するために、コア層となる基板12と接着剤13の層の間にクラッド層16を形成する。なお、クラッド層16の形成方法としては、コア層となる基板12に予めスパッタや蒸着などの方法が挙げられる。更には、図3に示すように、研磨によってコア層15を製作した後に、コア層15の上部にクラッド層17を形成してもよい。
【0022】
図4は本発明の第3の実施の形態に係る電気光学素子の構成を示す断面図である。同図において、図3と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態では、図4の(a)に示すように、接着に先立ってコア層となる基板12にクラッド層16及び電極層18を形成した上で、台座基板11との接着を行う。その後、図4の(b)に示すように、研磨によりコア層15を形成し、コア層15の上部にクラッド層17及び電極層19を形成する。なお、クラッド層及び電極層の形成方法としては、コア層となる基板に予めスパッタや蒸着などの方法が挙げられる。また、上部及び下部の電極層による電極は一様電極であっても、任意のパターンがあってもよい。更に、上部と下部の電極層による電極の形状が異なっていてもよい。パターンの例としては、図4の(c)に示すようなプリズム形状や図4の(d)に示すようなレンズ形状の電極が挙げられる。更には、図5に示すように、コア層となる基板12にクラッド層16及び電極層18を形成する前に、コア層となる基板12の分極制御を行う。なお、分極制御は、直接電界印加法による分極反転により行う。また、この電気光学素子においては、上部の電極、下部の電極ともに一様電極であっても、任意のパターンがあってもよい。これらの電極間に電圧を印加すると、図5の(c)に示すようなプリズム形状の分極反転を施した電気光学素子においては導波層を伝搬する光ビームが偏向される。また、図5の(d)に示すようなレンズ形状の分極反転を施した電気光学素子においては、導波層を伝搬する光ビームが集光される。
【0023】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換、応用が可能である。
【符号の説明】
【0024】
10;電気光学素子、11;台座基板、12;コア層となる基板、
13;接着剤、14;ギャップ材、15;コア層、
16,17;クラッド層、18,19;電極層。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0025】
【特許文献1】特開2003−107545号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気光学材料で形成されている第1、第2の基板を接着剤で接着して構成する電気光学素子において、
前記接着剤には前記第1の基板と前記第2の基板のギャップを規定するギャップ部材が混合されていることを特徴とする電気光学素子。
【請求項2】
研磨によって薄膜化される前記第1、第2の基板のいずれかの基板の片面にクラッド層を有することを特徴とする請求項1記載の電気光学素子。
【請求項3】
研磨によって薄膜化される前記第1、第2の基板のいずれかの基板の両面にクラッド層を有することを特徴とする請求項1記載の電気光学素子。
【請求項4】
研磨によって薄膜化される前記第1、第2の基板のいずれかの基板の両面にクラッド層及び電極層を有することを特徴とする請求項1記載の電気光学素子。
【請求項5】
研磨によって薄膜化される前記第1、第2の基板のいずれかの基板の一部が分極反転されており、当該基板の両面にクラッド層及び電極層を有することを特徴とする請求項1記載の電気光学素子。
【請求項6】
電気光学材料で形成されている第1、第2の基板を接着剤で接着して構成する電気光学素子の製造方法において、
前記第1の基板と前記第2の基板のギャップを規定するギャップ部材が混合されている前記接着剤を用いて前記第1の基板と前記第2の基板を接着することを特徴とする電気光学素子の製造方法。

【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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【公開番号】特開2012−234223(P2012−234223A)
【公開日】平成24年11月29日(2012.11.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−197135(P2012−197135)
【出願日】平成24年9月7日(2012.9.7)
【分割の表示】特願2009−116264(P2009−116264)の分割
【原出願日】平成21年5月13日(2009.5.13)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】