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JPH11231002A - Optical sensor element - Google Patents

Optical sensor element

Info

Publication number
JPH11231002A
JPH11231002A JP10050152A JP5015298A JPH11231002A JP H11231002 A JPH11231002 A JP H11231002A JP 10050152 A JP10050152 A JP 10050152A JP 5015298 A JP5015298 A JP 5015298A JP H11231002 A JPH11231002 A JP H11231002A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor element
optical sensor
light
optical
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10050152A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Watanabe
修 渡辺
Masaaki Tsuchimori
正昭 土森
Hiroshi Ito
伊藤  博
Tadashi Ichikawa
正 市川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP10050152A priority Critical patent/JPH11231002A/en
Publication of JPH11231002A publication Critical patent/JPH11231002A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光変調機能とをもつ光センサ素子を提供す
る。 【解決手段】 入射光を測定電圧に応じて変調出力する
光センサ素子である。この光センサ素子は、前記入射光
を導波するコア部2を含む導波層24と、前記導波層2
4を保持する基板20と、前記導波層24の両面側に、
前記コア部に前記測定電圧を印可するように対向配置さ
れた一対の電極4u,4dとを含む。前記コア部24
は、電磁界により屈折率が変化し、その変化が光学的非
線形性を示す高分子材料で形成される。
(57) [Problem] To provide an optical sensor element having an optical modulation function. An optical sensor element that modulates and outputs incident light according to a measurement voltage. The optical sensor element includes a waveguide layer 24 including a core portion 2 for guiding the incident light,
4 on both sides of the substrate 20 holding the waveguide layer 24,
And a pair of electrodes 4u and 4d opposed to each other so as to apply the measurement voltage to the core portion. The core part 24
Is formed of a polymer material whose refractive index changes due to an electromagnetic field, and the change shows optical nonlinearity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧、電磁場強度
等の電磁気量を光学的に測定するために用いる光センサ
素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical sensor element used for optically measuring an electromagnetic quantity such as a voltage and an electromagnetic field intensity.

【0002】[0002]

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】今日のよ
うな高度情報化時代において電磁波は、放送や通信のた
めの情報伝達媒体としてますますその重要度を増し、そ
の強度、周波数は、より高まる傾向にある。
2. Description of the Related Art In today's advanced information age, electromagnetic waves have become increasingly important as an information transmission medium for broadcasting and communication, and their strength and frequency have been increasing. There is a tendency.

【0003】一方その電磁波によって引き起こされる電
子機器の機能障害の問題も増えており、このため電磁波
を正確に且つ簡単に評価できるための手法の開発が望ま
れている。
On the other hand, the problem of malfunction of electronic devices caused by the electromagnetic wave is also increasing. Therefore, development of a method for accurately and easily evaluating the electromagnetic wave is desired.

【0004】従来より、このような電磁波の測定を、光
学的に行う装置の提案がなされている。この装置には、
測定光を電磁波の大きさによって変調出力する光センサ
素子が用いられており、この素子によって変調出力され
た光を測定することにより、電磁界の強度を測定するこ
とができる。
Conventionally, there has been proposed a device for optically measuring such an electromagnetic wave. This device includes:
An optical sensor element that modulates and outputs measurement light in accordance with the magnitude of an electromagnetic wave is used, and by measuring light that is modulated and output by this element, the intensity of an electromagnetic field can be measured.

【0005】図8には、従来の光センサ素子の一例が示
されている。この光センサ素子は、基板100上に、測
定光を導波する導波構造部110が設けられている。そ
して、この導波構造部110の上面側に、電極120、
122を所定間隔で離隔配置し、この電極120、12
2へ、アンテナ等で測定された電磁界強度に応じた電圧
を印加する。
FIG. 8 shows an example of a conventional optical sensor element. In this optical sensor element, a waveguide structure 110 for guiding measurement light is provided on a substrate 100. Then, on the upper surface side of the waveguide structure portion 110, an electrode 120,
122 are arranged at a predetermined interval.
2, a voltage corresponding to the electromagnetic field strength measured by an antenna or the like is applied.

【0006】導波構造部110は、LiNbO3などの
電気光学効果の大きい材料を用いてTi拡散等の方法に
より形成されたコアと、その周囲を囲むクラッドとで構
成される。このような構成とすることにより、導波構造
部110は光をそのコア内部に閉じこめて導波すること
ができる。
The waveguide structure 110 is composed of a core formed by a method such as Ti diffusion using a material having a large electro-optic effect such as LiNbO 3 and a clad surrounding the core. With such a configuration, the waveguide structure 110 can confine the light inside the core and guide the light.

【0007】このような導波構造部110は、電極12
0、122に電圧が印可されると、そのコア内部に伝搬
される測定光を変調する。このため、この光センサ素子
から出力される測定光を測定することにより、アンテナ
等で検出された電磁界強度を光学的に測定することがで
きる。
[0007] Such a waveguide structure 110 is provided with the electrode 12.
When a voltage is applied to 0 and 122, it modulates the measurement light propagated inside the core. Therefore, by measuring the measurement light output from the optical sensor element, the electromagnetic field intensity detected by the antenna or the like can be optically measured.

【0008】しかし、従来の光センサ素子は、導波構造
部110を前述した無機材料を用いて形成していた。こ
のために、以下の問題があった。
However, in the conventional optical sensor element, the waveguide structure 110 is formed using the above-mentioned inorganic material. For this reason, there were the following problems.

【0009】無機材料を用いた光センサ素子では、導
波路構造110を薄くすることが非常に難しく、電極1
20、122の構成として図8に示したように表面装荷
型の電極構造を取らざるを得ない。この場合、低周波電
場あるいは静電場の計測を行おうとすると、材料内に電
荷が発生したり、電極120、122間にリーク電流が
発生したりし、この結果として、光強度のドリフト、測
定精度の低下等の問題が生じる。
In the case of an optical sensor element using an inorganic material, it is very difficult to make the waveguide structure 110 thinner.
As shown in FIG. 8, it is inevitable to adopt a surface-loaded electrode structure as the configuration of 20 and 122. In this case, when an attempt is made to measure a low-frequency electric field or an electrostatic field, electric charges are generated in the material, a leak current is generated between the electrodes 120 and 122, and as a result, the light intensity drifts and the measurement accuracy are reduced. This causes problems such as a decrease in the temperature.

【0010】さらに無機材料を用いる問題点として誘
電率が大きいことがあげられる。
Another problem with using an inorganic material is that the dielectric constant is large.

【0011】誘電率が大きいと、本発明のような電磁界
を測定する計測器の場合、電磁界に与える影響が大きく
なり、高精度の測定が難しいという問題が生じる。
When the permittivity is large, in the case of a measuring instrument for measuring an electromagnetic field as in the present invention, the influence on the electromagnetic field becomes large, and there arises a problem that high-precision measurement is difficult.

【0012】また高周波電場を計測する場合、電極構
成を進行波型電極にする必要が生じるが、その場合に
は、測定電場の位相と導波光の位相を整合させる必要が
生じる。これら位相整合を達成するためには、導波路の
誘電率が低いことが望ましい。しかし、前述したよう
に、従来のセンサは誘電率が大きいため、高周波電場、
特にGHZレベルの高周波電場の測定には向かないとい
う問題があった。
In the case of measuring a high-frequency electric field, it is necessary to use a traveling-wave electrode as an electrode structure. In this case, it is necessary to match the phase of the measured electric field with the phase of the guided light. In order to achieve these phase matchings, it is desirable that the dielectric constant of the waveguide be low. However, as described above, the conventional sensor has a large dielectric constant, so that a high-frequency electric field,
In particular there is a problem that is not suitable for measurement of high-frequency electric field of GH Z level.

【0013】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は高精度で、且つ静電場を
含めて広い周波数帯域での電磁気量測定が可能な光セン
サ素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide an optical sensor element capable of measuring electromagnetic quantity with high accuracy in a wide frequency band including an electrostatic field. Is to do.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、入射光を導波するコア部と、前記コア部
の周囲を覆うクラッド部とを含み高分子材料を用いて薄
膜層として形成された導波構造部と、前記薄膜層の両面
に対向配置された電極と、を含み、前記クラッド部の前
記コア部と接する領域の全部若しくは一部及び前記コア
部の少なくとも一方は、電磁界により屈折率が変化し、
その変化が光学的非線形性を示す高分子材料を含む材料
で形成されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a thin film layer made of a polymer material, comprising a core portion for guiding incident light, and a cladding portion surrounding the core portion. The waveguide structure portion formed as, and electrodes disposed opposite to both surfaces of the thin film layer, including at least one or all of the region in contact with the core portion of the cladding portion and the core portion, The refractive index changes due to the electromagnetic field,
The change is made of a material including a polymer material exhibiting optical nonlinearity.

【0015】導波構造部を構成する材料は、電磁界によ
り屈折率が変化する材料であることが必要である。この
ような材料としては、ポッケルス効果を有する非線形光
学材料が代表的である。
The material forming the waveguide structure must be a material whose refractive index changes with an electromagnetic field. A typical example of such a material is a nonlinear optical material having the Pockels effect.

【0016】本発明では、このような材料として、電磁
界により屈折率が変化し、その変化が光学的非線形性を
示す高分子材料を含む材料を用いた。このような材料
は、薄膜化が可能な材料であるため、前記導波構造部を
薄膜層として形成することができる。
In the present invention, as such a material, a material containing a polymer material whose refractive index changes due to an electromagnetic field and the change shows optical nonlinearity is used. Since such a material is a material that can be thinned, the waveguide structure can be formed as a thin film layer.

【0017】従って、電極を、薄膜化されたコア部を介
して対向配置することが可能で、その電極間距離を十分
に小さくすることができ、しかも両電極間は前記薄膜層
により良好に絶縁される。
Therefore, the electrodes can be arranged to face each other via the thinned core portion, and the distance between the electrodes can be made sufficiently small, and the two electrodes can be more insulated by the thin film layer. Is done.

【0018】これにより、本発明によれば、従来のよう
に表面装荷型の電極構成に起因する光強度のドリフト、
測定精度の低下等の問題を考慮することなく、低周波電
場(電圧)あるいは静電場(電圧)を計測することがで
きる。
Thus, according to the present invention, the light intensity drift caused by the surface-loading type electrode configuration as in the prior art,
A low-frequency electric field (voltage) or an electrostatic field (voltage) can be measured without considering a problem such as a decrease in measurement accuracy.

【0019】これに加えて、本発明によれば、前記導波
構造部が、高分子材料を含む材料で形成されているた
め、導波構造部の誘電率が小さくなる。
In addition, according to the present invention, since the waveguide structure is formed of a material including a polymer material, the dielectric constant of the waveguide structure is reduced.

【0020】これにより、電磁界に影響を与えることな
く、電場(電圧)を計測できる。
Thus, the electric field (voltage) can be measured without affecting the electromagnetic field.

【0021】また、高周波電場(電圧)を計測する場
合、進行波型電極構成とする必要があるが、この場合、
測定電場の位相と導波光の位相整合が、低誘電率材料を
使ったほうが、有利となる。本発明では、前述したよう
に導波構造部の誘電率が低いため、高周波(数十GHZ
以上)の電場(電圧)の測定が可能となる。
When a high-frequency electric field (voltage) is measured, it is necessary to adopt a traveling-wave electrode configuration.
It is advantageous to use a low dielectric constant material for the phase matching of the measurement electric field and the phase of the guided light. In the present invention, due to the low dielectric constant of the waveguide structure as described above, a high frequency (several tens of GH Z
Above) can be measured.

【0022】又、本発明によれば、例えばアンテナ等に
より検出された電磁界強度に対応した電圧を、対向配置
された電極間に印加することにより、電磁界強度を電圧
として測定することもできる。又、これ以外に、ある検
出部位に発生する電圧を、前記電極に印加することによ
り、この電圧そのものを測定することもできる。
Further, according to the present invention, for example, by applying a voltage corresponding to the electromagnetic field strength detected by an antenna or the like to between the opposed electrodes, the electromagnetic field strength can be measured as a voltage. . In addition, by applying a voltage generated at a certain detection site to the electrode, the voltage itself can be measured.

【0023】また、本発明においては、前記クラッド部
およびコア部の少なくとも一方を、前述したように光学
的非線形を示す高分子材料を含む材料で形成するもので
あるが、より好ましくは、前記コア部を前述した光学的
非線形性を示す高分子材料を含む材料で形成すればよ
い。これにより、入射光を測定電圧に応じて、より効果
的に変調出力することができる。
In the present invention, at least one of the clad portion and the core portion is formed of a material containing a polymer material exhibiting optical nonlinearity as described above. The portion may be formed of a material including the above-described polymer material exhibiting optical nonlinearity. Thereby, the incident light can be modulated and output more effectively according to the measurement voltage.

【0024】また、本発明の光センサ素子は、必要に応
じて、前記薄膜層を保持する基体を含むように形成する
ことが好ましい。
It is preferable that the optical sensor element of the present invention is formed so as to include a base holding the thin film layer, if necessary.

【0025】前記光学的非線形性を発現する高分子材料
の一態様として、電場配向高分子材料がある。この材料
を用いた場合には、コア部あるいはクラッド部を形成後
に、この領域にポーリング処理を施せばよい。これによ
り、このコア部あるいはクラッド部に、前記光学的非線
形性を発現させることができる。
One embodiment of the polymer material exhibiting the optical nonlinearity is an electric field oriented polymer material. When this material is used, a poling process may be performed on this region after forming the core portion or the clad portion. Thereby, the optical nonlinearity can be developed in the core portion or the clad portion.

【0026】もちろん、光学的非線形を発現する高分子
材料であれば他の材料を使用してもよい。
Of course, another material may be used as long as it is a polymer material exhibiting optical nonlinearity.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
を説明する。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.

【0028】(1)光学的非線形性を示す高分子材料 電磁界により屈折率が変化する材料は、ポッケルス効果
を有する非線形光学材料が代表的である。
(1) Polymer material exhibiting optical nonlinearity As a material whose refractive index changes by an electromagnetic field, a nonlinear optical material having a Pockels effect is typical.

【0029】ギガヘルツ以上の周波数の電圧計測を可能
にするような、応答性の速い材料としては、非線形光学
材料が最適である。
A non-linear optical material is most suitable as a material having a high responsiveness that enables voltage measurement at a frequency of gigahertz or higher.

【0030】非線形光学材料は、ニオブ酸リチウムに代
表される無機結晶と、電場配向高分子に代表される有機
材料に大別される。
Nonlinear optical materials are roughly classified into inorganic crystals typified by lithium niobate and organic materials typified by electric field oriented polymers.

【0031】本実施の形態では、電磁界による屈折率の
変化が光学的非線形性により示される材料として、電場
配向高分子材料が一般に選択される。
In the present embodiment, an electric field oriented polymer material is generally selected as a material whose refractive index change due to an electromagnetic field is indicated by optical nonlinearity.

【0032】本発明では、電極が導波構造部のコア部を
挟み込むように形成される。この電極間に強い電場が誘
起され、所望の屈折率変化を引き起こすためには、導波
構造部が、電極間距離を十分に小さくできるように薄膜
である必要がある。このために、本実施の形態では、導
波構造部をコア部、クラッド部を含めて厚み10μm程
度までの膜厚の薄膜層として形成する。このような薄膜
を、無機の非線形結晶で作成することは非常に困難であ
る。このような薄膜の材料としては、スピンコート法等
で薄膜が形成可能な高分子材料が適している。
In the present invention, the electrodes are formed so as to sandwich the core of the waveguide structure. In order to induce a strong electric field between the electrodes and cause a desired change in the refractive index, the waveguide structure needs to be a thin film so that the distance between the electrodes can be sufficiently reduced. For this reason, in the present embodiment, the waveguide structure is formed as a thin film layer having a thickness of up to about 10 μm including the core and the clad. It is very difficult to form such a thin film using an inorganic nonlinear crystal. As a material for such a thin film, a polymer material that can form a thin film by a spin coating method or the like is suitable.

【0033】更に、本発明では広帯域の電圧測定を目的
としているため、誘電率が低く、光電場と外部電磁波の
位相整合がとりやすく、複雑な素子構造を必要としない
電場配向高分子が、導波層を構成する材料として適して
いる。
Further, since the present invention aims at measuring a voltage in a wide band, the electric field oriented polymer which has a low dielectric constant, easily matches the phase of an optical electric field with an external electromagnetic wave, and does not require a complicated element structure, is used. Suitable as a material for forming a wave layer.

【0034】なお、本実施の形態では前記高分子材料と
して、電場配向高分子を例にとり説明しているが、薄膜
化が可能で且つ非線形性を示す高分子材料であれば、前
記電場配向高分子に、本発明に用いられる材料が限定さ
れるものではない。
In this embodiment, an electric field oriented polymer is described as an example of the polymer material. However, if the polymer material can be formed into a thin film and exhibits nonlinearity, the electric field oriented high The material used in the present invention is not limited to the molecule.

【0035】以下に、本実施の形態で使用される光学的
非線形性を発現する材料について詳細に説明する。
In the following, a material exhibiting optical nonlinearity used in the present embodiment will be described in detail.

【0036】光学的非線形性を発現するものとしては、
動きやすい電子を有するπ電子共役系、例えばベンゼン
環、ナフタレン環、アゾベンゼン環等に、電子吸引性の
例えばニトロ基、シアノ基の様な官能基と、電子供与性
の例えばアミノ基、アルコキシ基の様な官能基を同時に
導入したような分子を採用できる。これらは、比較的大
きな光学的非線形性を発現できる。
In order to exhibit optical non-linearity,
Π-electron conjugated systems having mobile electrons, such as benzene rings, naphthalene rings, azobenzene rings, etc., have electron-withdrawing functional groups such as nitro groups and cyano groups, and electron-donating functional groups such as amino groups and alkoxy groups. A molecule in which such functional groups are simultaneously introduced can be employed. These can exhibit relatively large optical nonlinearity.

【0037】実際に光学的非線形性を付与するには、分
子配列における中心対称性を崩すためにこれらの分子を
配向させる必要がある。この分子配向を行うためには、
電場を印加して分子を配向させるポーリング処理を採用
できる。この場合には、分子の配向性の円滑化のため
に、導波構造部を構成する薄膜層を加熱しながら行うこ
とが好ましい。
In order to actually impart optical nonlinearity, it is necessary to orient these molecules in order to break the central symmetry in the molecular arrangement. In order to perform this molecular orientation,
A poling process for orienting molecules by applying an electric field can be employed. In this case, it is preferable to perform the heating while heating the thin film layer constituting the waveguide structure in order to smooth the orientation of the molecules.

【0038】なお、上記した性質をもつ材料は、導波損
失性が低いことが好ましい。一般的に光センサ素子とし
て使用される波長域は可視から近赤外にわたる領域であ
り、従って光センサ素子が使用される波長領域での損失
性が低いことが好ましい。即ち、可視域波長で利用され
る場合はその領域で、近赤外域波長で利用される場合は
その領域で損失性が低ければよい。
It is preferable that the material having the above-described properties has low waveguide loss. Generally, the wavelength range used as an optical sensor element is a range from visible to near-infrared, and therefore, it is preferable that loss in the wavelength area where the optical sensor element is used is low. That is, it is sufficient that the loss is low in the region when the wavelength is used in the visible wavelength range and in the near-infrared wavelength range.

【0039】(2)センサ素子の構成 本発明の光センサ素子では、コア部、クラッド部の少な
くともどちらか一方は、光学的非線形性を発現する材料
を用いて形成される。そのため、コア部に電場を印加す
ることにより、屈折率の制御が可能である。
(2) Structure of Sensor Element In the optical sensor element of the present invention, at least one of the core and the clad is formed using a material exhibiting optical nonlinearity. Therefore, the refractive index can be controlled by applying an electric field to the core portion.

【0040】本実施の形態の光センサ素子では、コア部
が光学的非線形性を示す高分子材料で形成され、コア部
の屈折率を電場の印加に伴い変化させて、コア部を透過
する光の変調を行う光変調器を構成している。なお、コ
ア部を囲むクラッド部の一部の屈折率を電場の印加に伴
い変化させて、コア部を透過する光を変調する光変調器
を構成してよい。その際、コア部は、前記光学的非線形
性を示す高分子材料で構成されてもよく、あるいは、光
学的非線形性を示さない高分子材料で構成されてもよ
い。
In the optical sensor element of the present embodiment, the core portion is formed of a polymer material exhibiting optical nonlinearity, and the refractive index of the core portion is changed according to the application of an electric field, so that the light transmitted through the core portion is changed. The optical modulator which performs the modulation of the above. Note that an optical modulator that modulates light transmitted through the core portion by changing the refractive index of a part of the cladding portion surrounding the core portion with the application of an electric field may be configured. At this time, the core may be made of the polymer material showing the optical nonlinearity, or may be made of the polymer material showing no optical nonlinearity.

【0041】またコア部は、光照射によるフォトブリー
チ方法でも作成でき、一般的なリアクティブイオンエッ
チングによる方法でも作製できる。
The core can be formed by a photobleaching method using light irradiation, or by a general reactive ion etching method.

【0042】前記コア部を構成する領域には、電極が搭
載されているのが一般的である。
Generally, an electrode is mounted in a region constituting the core portion.

【0043】実施形態の光センサ素子の一例の要部を図
1に示す。図2(A)には、その断面が概略的に示され
ている。この例では、基体としての基板20にアンダー
クラッド層22が積層され、その上に導波層24が積層
され、さらにその上にオーバクラッド層5が積層されて
いる。
FIG. 1 shows a main part of an example of the optical sensor element of the embodiment. FIG. 2A schematically shows a cross section thereof. In this example, an under clad layer 22 is laminated on a substrate 20 as a base, a waveguide layer 24 is laminated thereon, and an over clad layer 5 is further laminated thereon.

【0044】図2(A)は、センサ素子の断面を示す。FIG. 2A shows a cross section of the sensor element.

【0045】導波層24は、光を導波するコア部2と、
コア部2の両側に配置されたサイドクラッド部3、3と
を備えている。これにより、前記コア部2は、その両側
に位置するサイドクラッド部3、3と、その上下に位置
するクラッド層5、22によりその周囲が囲まれること
になるため、前記導波層24およびクラッド層5、22
は、コア部2内に光を閉じ込めて透過させる導波構造部
を構成する。
The waveguide layer 24 includes a core portion 2 for guiding light,
And a side clad portion disposed on both sides of the core portion. Accordingly, the core portion 2 is surrounded by the side cladding portions 3 and 3 located on both sides thereof and the cladding layers 5 and 22 located above and below the core portion 2. Layers 5, 22
Constitutes a waveguide structure for confining light in the core 2 and transmitting the light.

【0046】ここにおいて、この導波構造部は、高分子
材料を用いて薄膜層100として形成されている。基板
22とアンダークラッド層22との間には、蒸着等で形
成した下部の電極4(4d)が配置されている。また上
部クラッド層5には、コア部2に対向するように蒸着等
で形成された上部の電極4(4u)が搭載されている。
Here, the waveguide structure is formed as a thin film layer 100 using a polymer material. The lower electrode 4 (4d) formed by vapor deposition or the like is disposed between the substrate 22 and the under cladding layer 22. An upper electrode 4 (4u) formed by vapor deposition or the like is mounted on the upper clad layer 5 so as to face the core portion 2.

【0047】光変調器を形成する場合には、導波層24
のコア部2を構成する材料に、上記した光学的非線形性
を有する部分を導入すると共に、電極4に直流の電圧を
供給して、ポーリング処理とも呼ばれる電場印加処理を
施せば、コア部2を構成する材料において分子配向が誘
発される。これにより電気光学効果による屈折率制御可
能なコア部2を作成することができる。あるいはコロナ
ポーリングの手法で分子配向を施した後、電極4uを設
置してもよい。
When an optical modulator is formed, the waveguide layer 24
By introducing a portion having the above-mentioned optical non-linearity into the material constituting the core portion 2 and supplying a DC voltage to the electrode 4 and performing an electric field application process also called a poling process, the core portion 2 is formed. Molecular orientation is induced in the constituent materials. As a result, the core 2 whose refractive index can be controlled by the electro-optic effect can be formed. Alternatively, the electrode 4u may be provided after molecular orientation is performed by a corona poling technique.

【0048】光変調を実行する際には、電極4(4d,
4u)に交流電圧を供給し、外部電場をコア部2に印加
すれば、外場電場の変化に基づいて外部電場による光変
調が可能となる。
When light modulation is performed, the electrodes 4 (4d, 4d,
If an external electric field is applied to the core unit 2 by supplying an AC voltage to 4u), light modulation by the external electric field becomes possible based on a change in the external electric field.

【0049】ここで例示された直線型導波路での光変調
とはコア部2を透過する光の電場印加による位相変化か
ら生じるリタデーションの変化を偏光子を通して強度変
化に置き換えた操作をいう。光変調は、このような直線
型導波路の形態での動作に限定させるものではなく、マ
ッハツェンダー型の導波路の形態で干渉を利用した変調
動作であっても、方向性結合器型の導波路の形態での結
合変化を利用した変調動作等でもかまわない。
The light modulation in the linear waveguide exemplified here is an operation in which a change in retardation caused by a phase change caused by application of an electric field of light transmitted through the core 2 is replaced by a change in intensity through a polarizer. The optical modulation is not limited to the operation in the form of the linear waveguide, and even if the modulation operation uses interference in the form of the Mach-Zehnder waveguide, the directional coupler-type waveguide is used. A modulation operation using a coupling change in the form of a wave path may be used.

【0050】本実施形態に係る電極4は、ポーリング処
理における電界印加と、光変調における電界印加との双
方を兼ねることも可能である。
The electrode 4 according to the present embodiment can be used for both the application of an electric field in the poling process and the application of the electric field in the light modulation.

【0051】本実施の形態では、コア部2のみを、光学
的非線形性を示す高分子材料を用いて形成した場合を例
に取り説明したが、これ以外にも、例えばクラッド領域
3、3、22、5のコア部2と接する領域の全部または
1部を、前述した、光学的非線形性を示す高分子材料を
用いて形成してもよい。
In this embodiment, the case where only the core portion 2 is formed by using a polymer material exhibiting optical nonlinearity has been described as an example. All or a part of the regions 22 and 5 in contact with the core portion 2 may be formed using the above-described polymer material exhibiting optical nonlinearity.

【0052】図2(B)、(C)には、クラッド領域
に、このような光学的非線形性を示す高分子材料を用い
た場合の一例が示されている。図2(B)は、オーバク
ラッド層5を、2つの層5a、5bを積層した構成と
し、導波層24に接するクラッド層5aを、光学的非線
形性を示す高分子材料を用いて形成し、上方のクラッド
層5bには、通常の高分子材料を用いて形成した。
FIGS. 2B and 2C show an example in which a polymer material exhibiting such optical nonlinearity is used for the cladding region. FIG. 2B shows a configuration in which the overcladding layer 5 has a configuration in which two layers 5a and 5b are stacked, and the cladding layer 5a in contact with the waveguide layer 24 is formed using a polymer material exhibiting optical nonlinearity. The upper clad layer 5b was formed using a normal polymer material.

【0053】また、これとは逆に、図2(C)に示すよ
うに、アンダークラッド層22を、2つの層22a、2
2bを積層した構造とし、導波層24と接するクラッド
層22aを光学的非線形性を示す高分子材料を用いて形
成し、下方のクラッド層22bを、通常の高分子材料を
用いて形成している。
On the contrary, as shown in FIG. 2C, the under cladding layer 22 is
2b, the cladding layer 22a in contact with the waveguide layer 24 is formed using a polymer material exhibiting optical nonlinearity, and the lower cladding layer 22b is formed using a normal polymer material. I have.

【0054】このようにすることによっても、コア部2
内を通過する測定光に対し、良好な光変調を行うことが
できる。
By doing so, the core 2
Good light modulation can be performed on the measurement light passing through the inside.

【0055】以上説明したように、本実施の形態におい
て、光センサ素子の電極4u、4dは、コア部2Aを挟
み込むように対向配置される。この構成をとることによ
り、電極4u、4dが完全に絶縁されることになり、高
精度の測定が可能となり、更に直流域の電圧を測定する
ことも可能となる。例えば、静電場を測定することも可
能となる。
As described above, in the present embodiment, the electrodes 4u and 4d of the optical sensor element are opposed to each other so as to sandwich the core 2A. By adopting this configuration, the electrodes 4u and 4d are completely insulated, so that high-precision measurement is possible, and furthermore, it is possible to measure the voltage in the DC range. For example, it is possible to measure an electrostatic field.

【0056】即ち、例えば図8に示す従来の光センサ素
子のように、電極が隣接配置された構成では、静電場が
与えられる時に、表面電流の影響で光強度のドリフトが
起こり、正しく静電場を計測することができない。
That is, in a configuration in which the electrodes are arranged adjacent to each other, for example, as in the conventional optical sensor element shown in FIG. 8, when an electrostatic field is applied, the light intensity drifts due to the effect of the surface current, and the electrostatic field is correctly corrected. Cannot be measured.

【0057】しかし、本実施の形態のような電極構成を
採用することにより、直流域の電圧、例えば静電場を正
確に測定することができる。
However, by employing the electrode configuration as in the present embodiment, it is possible to accurately measure a voltage in a DC range, for example, an electrostatic field.

【0058】光センサ素子においてコア部2は、図1、
図2に示すように、これらが埋設されたチャンネル型で
あってもよいし、或いは、リッジ型であってもよい。場
合によっては、ファイバーの様に、円筒型のコア部及び
クラッド部の構成でもかわまない。
In the optical sensor element, the core 2 is formed as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, these may be of a buried channel type or of a ridge type. In some cases, like a fiber, a configuration of a cylindrical core portion and a clad portion may be used.

【0059】図2に示すように、導波層24の上方にオ
ーバークラッド層5が存在してもよい。この場合、オー
バークラッド層5の材料は横方向のクラッド部3の屈折
率と同じであってもよいし、他の屈折率の材料でもかま
わない。
As shown in FIG. 2, the over cladding layer 5 may be present above the waveguide layer 24. In this case, the material of the over cladding layer 5 may be the same as the refractive index of the cladding portion 3 in the horizontal direction, or may be a material having another refractive index.

【0060】(3)製造方法 上記した光センサ素子を製造するにあたっては、光変調
のための分子配向を行うポーリング処理を採用できる。
(3) Manufacturing Method In manufacturing the above-described optical sensor element, a poling process for performing molecular orientation for light modulation can be employed.

【0061】光学的非線形性を発現させるには、導波層
24を構成する材料に直流の電場を印加する分子配向操
作を行う。この場合には、針電極を用いるコロナポーリ
ングでも良いし、平行板電極を用いるポーリングも良
い。一般的には、分子の配向度が増加するほど、光学的
非線形性は増大するので、分子をより容易に配向させる
ために、通常は導波層構成材料を加熱して行われる。材
料によるが、加熱温度は一般的にはそのガラス転移点以
上の温度が好ましい。
In order to develop optical nonlinearity, a molecular orientation operation is performed by applying a DC electric field to the material forming the waveguide layer 24. In this case, corona poling using a needle electrode or poling using a parallel plate electrode may be used. Generally, as the degree of molecular orientation increases, the optical non-linearity increases. Therefore, in order to more easily orient the molecules, usually, the material for forming the waveguide layer is heated. Although depending on the material, the heating temperature is generally preferably equal to or higher than the glass transition point.

【0062】ポーリング処理の概念図を図3、図4に示
す。図3はコロナポーリングの概念を示す。この場合に
は、導波層Mの下方に配置された電極と、導波層Mの上
方に配置された針電極とを用い、両方の電極を直流の高
圧電源に接続し、導波層Mに電場を印加する。図4は平
行平板電極を用いたポーリングの概念を示す。この場合
には、導波層Mの下方に配置された電極と、導波層Mの
上方に配置された電極とを用い、両方の電極を同様に直
流の高圧電源に接続し、導波層Mに電場を印加する。
FIGS. 3 and 4 are conceptual diagrams of the polling process. FIG. 3 illustrates the concept of corona polling. In this case, an electrode arranged below the waveguide layer M and a needle electrode arranged above the waveguide layer M are used, and both electrodes are connected to a DC high-voltage power supply. An electric field is applied to. FIG. 4 shows the concept of poling using parallel plate electrodes. In this case, an electrode disposed below the waveguide layer M and an electrode disposed above the waveguide layer M are used, and both electrodes are similarly connected to a DC high-voltage power supply. An electric field is applied to M.

【0063】(4)他の実施の形態 図6には、本発明の光センサ素子の他の実施の形態が示
されている。なお、前記実施の形態と対応する部材には
同一符号を付しその説明は省略する。
(4) Another Embodiment FIG. 6 shows another embodiment of the optical sensor element of the present invention. Note that members corresponding to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0064】本実施の形態の光センサ素子の特徴は、図
6に示すように、導波層24の他端側に光反射部30を
形成したことにある。これにより、コア部2の一端側か
ら入射した測定光は、コア部2内を伝搬しその他端側で
反射され、再度コア部2の一端側から出力される。従っ
て、このコア部2内を伝搬する測定光は、往復2回の変
調を受け、この結果、小型で且つ高精度の測定が可能な
光センサ素子を実現することができる。
The feature of the optical sensor element of this embodiment is that a light reflecting portion 30 is formed on the other end of the waveguide layer 24 as shown in FIG. Thus, the measurement light incident from one end of the core 2 propagates through the core 2, is reflected at the other end, and is output again from one end of the core 2. Therefore, the measurement light propagating in the core 2 undergoes two round-trip modulations, and as a result, it is possible to realize a small-sized optical sensor element capable of high-precision measurement.

【0065】なお、本実施の形態において、前記光反射
部30は、光センサ素子の他端側の研磨面に、例えばA
l、Au等の金属、又は誘電体等の薄膜を、蒸着、スパ
ッタリング等の手法で堆積させて製造することができ
る。
In this embodiment, the light reflecting portion 30 is provided on the polished surface on the other end side of the optical sensor element, for example, by A
It can be manufactured by depositing a thin film such as a metal such as 1 or Au or a dielectric or the like by a method such as vapor deposition or sputtering.

【0066】更に、前記光変調器を分岐干渉型の光変調
器として形成する場合にも適用することができる。マッ
ハツェンダー型を採用した場合には、導波路(コア部)
を例えば特開平4−172261号公報に開示されてい
るような構成とすればよい。
Further, the present invention can be applied to a case where the optical modulator is formed as a branch interference type optical modulator. When Mach-Zehnder type is adopted, the waveguide (core part)
May be configured as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-172261.

【0067】又、前記導波路(コア部)の作成方法とし
て、前記実施の形態で説明したフォトブリーチ法以外
に、例えば酸素等の反応性ガスを用いたリアクティブイ
オンエッチング法を用いても良い。
As a method of forming the waveguide (core portion), for example, a reactive ion etching method using a reactive gas such as oxygen may be used in addition to the photobleaching method described in the above embodiment. .

【0068】又、本実施の形態の光センサ素子に用いら
れる測定光の波長は、測定光がコア部2を伝搬する途中
で、計測ができない程度に光強度が損なわなければ、ど
の帯域の波長を用いてもかまわない。通常、可視域から
赤外域の波長が選択される。
The wavelength of the measurement light used in the optical sensor element of the present embodiment may be any wavelength if the light intensity is not impaired to the extent that measurement is not possible during the propagation of the measurement light through the core 2. May be used. Usually, a wavelength in a visible region to an infrared region is selected.

【0069】[0069]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0070】まず、実施例で用いたコア部2を構成する
光学的非線形性を有する材料の合成方法を説明し、次に
光センサ素子の製造方法を項目別に説明する。本実施例
において、分子構造の確認は赤外線吸収スペクトルと、
H核磁気共鳴スペクトルとによりおこなった。融点およ
びガラス転移温度の測定は示差走査熱量計によりおこな
った。屈折率は、導波層にカップリングプリズムを用い
て光を入射し、導波モードを励起したときのモードアン
グルにより求めた。
First, a method for synthesizing a material having optical non-linearity constituting the core portion 2 used in the embodiment will be described, and then a method for manufacturing an optical sensor element will be described for each item. In this example, the confirmation of the molecular structure is based on the infrared absorption spectrum,
H nuclear magnetic resonance spectrum. The measurement of the melting point and the glass transition temperature was performed by a differential scanning calorimeter. The refractive index was determined from the mode angle when light was incident on the waveguide layer using a coupling prism to excite the waveguide mode.

【0071】本実施例の製法は、図1及び図2に示す光
センサ素子を形成する例である。
The manufacturing method of this embodiment is an example of forming the optical sensor element shown in FIGS.

【0072】基体として機能する基板20として、結晶
軸<100>で切り出した、厚み約500μmの片面鏡
面の4インチシリコンウエハー(三菱マテリアル製;n
型)を4分割したものを用いた。
As a substrate 20 functioning as a substrate, a single-sided mirror-surfaced 4-inch silicon wafer having a thickness of about 500 μm and cut by a crystal axis <100> (manufactured by Mitsubishi Materials; n
Was divided into four parts.

【0073】分割したウエハーをHF:純水=1:50
の溶液に約1分間浸し、表面を洗浄した。次に、純水で
5分程度流水洗浄後、スピンドライヤーにて乾燥し、次
の電極蒸着工程に供した。
The divided wafer was subjected to HF: pure water = 1: 50
For about 1 minute to wash the surface. Next, the substrate was washed with running pure water for about 5 minutes, dried with a spin drier, and provided for the next electrode deposition step.

【0074】電極蒸着工程では、EB蒸着装置(アネル
バ製;EVD−500B)を用いて、上記シリコンウエ
ハー上にCrを100オングストローム、続いてA1を
2000オングストローム蒸着して、下部の電極4dと
した。この際、モードフィルタAとしても使用を考えて
いる部分には、マスクをシリコンウエハーに置いて、下
部電極が蒸着されないようにした。
In the electrode vapor deposition step, Cr was vapor-deposited on the silicon wafer at a thickness of 100 angstroms and then A1 was vapor-deposited at a thickness of 2000 angstroms using an EB vapor deposition apparatus (manufactured by Anelva; EVD-500B) to form a lower electrode 4d. At this time, a mask was placed on a silicon wafer in a portion which is considered to be used as the mode filter A, so that the lower electrode was not deposited.

【0075】次に、アンダークラッド層22として、ポ
リイミド(日立化成製;PlX2400)を使用した。
即ち、上記したように得られた下部の電極4dに、ポリ
イミドを直接塗布し、熱処理(150℃で1h,300
℃で1.5h)を行い、アンダークラッド層22とし
た。
Next, as the under cladding layer 22, polyimide (manufactured by Hitachi Chemical; PlX2400) was used.
That is, polyimide is directly applied to the lower electrode 4d obtained as described above, and heat-treated (at 150 ° C. for 1 hour, 300 hours).
C. for 1.5 h) to form the under cladding layer 22.

【0076】ガラス上に同一条件で作成した薄膜の厚み
を触針式表面あらさ針(SloanTechnolog
y Corp製;DEKTAKII)で測定し、試料厚
みとした。以下の工程でも同様に膜厚を決定した。アン
ダークラッド層22であるポリイミド層の厚みは約7μ
mであった。
The thickness of the thin film formed on the glass under the same conditions is measured by using a stylus type surface roughness needle (SloanTechnology).
y Corp .; DEKTAKII) and used as the sample thickness. The film thickness was similarly determined in the following steps. The thickness of the polyimide layer which is the under cladding layer 22 is about 7 μm.
m.

【0077】この試料を幅を10mmに固定、長手方向
は40mm以上の適当な長さの長方形になるようダイシ
ングソーを用いて切断した。
The sample was cut with a dicing saw so that the width was fixed at 10 mm and the longitudinal direction was a rectangle having an appropriate length of 40 mm or more.

【0078】導波層24に相当するポリマーの薄膜部分
を構成するにあたっては、上記のように製造した材料
を、溶媒としてのピリジンに混ぜ、比較的低濃度(1重
量%)のピリジン溶液を形成した。そのピリジン溶液
を、0.2μmのテフロンフィルター(アドバンテック
東洋製;DISMIC13P)でろ過した後、エバポレ
ータで濃縮して高濃度溶液(10重量%程度)にした。
その後、フォトレジストスピナーを用いたスピンコート
処理により、アンダークラッド層22上にこの高濃度溶
液を積層した。
In forming the polymer thin film portion corresponding to the waveguide layer 24, the material produced as described above is mixed with pyridine as a solvent to form a pyridine solution having a relatively low concentration (1% by weight). did. The pyridine solution was filtered with a 0.2 μm Teflon filter (Advantech Toyo; DISMIC13P), and then concentrated with an evaporator to obtain a high-concentration solution (about 10% by weight).
Thereafter, this high concentration solution was laminated on the under cladding layer 22 by spin coating using a photoresist spinner.

【0079】スピンコート後、室温にて、約6時間、8
0℃で約20時間、150℃で2時間真空乾燥を行っ
た。得られた導波層24の膜厚は2.8μmであった。
After spin coating, at room temperature for about 6 hours, 8
Vacuum drying was performed at 0 ° C. for about 20 hours and at 150 ° C. for 2 hours. The thickness of the obtained waveguide layer 24 was 2.8 μm.

【0080】次に、フォトブリーチとも呼ばれる光照射
処理を行った。即ち、超高圧水銀ランプ(ウシオ電機
製;USH−250BY)を光源として用い、平行光照
射可能な露光装置用光源ユニット(ウシオ電機製;マル
チライトML−251A/B)で、基板上の導波層24
のコア部2に対応する領域に対して紫外線(UV)照射
を行った。照射パワーは80mW/cm2であった。光
照射の際には、幅10μmのサイズをもつ直線コア部2
を形成するためのパターンを石英ガラス上に低反射クロ
ムで描画したフォトマスク(凸版印刷製)を用いた。こ
のフォトマスクを試料表面に接触させ、試料を130℃
に加熱し、試料の上方よりマスク越しに4時間照射し
た。
Next, a light irradiation process called photobleaching was performed. That is, an ultra-high pressure mercury lamp (USH-250BY manufactured by USHIO Inc.) is used as a light source, and a light source unit for an exposure apparatus (manufactured by USHIO Inc .; Multilight ML-251A / B) capable of irradiating parallel light is used to guide light on a substrate. Layer 24
The region corresponding to the core portion 2 was irradiated with ultraviolet light (UV). The irradiation power was 80 mW / cm 2 . At the time of light irradiation, a linear core part 2 having a size of 10 μm width is used.
A photomask (manufactured by Toppan Printing Co., Ltd.) in which a pattern for forming is formed on quartz glass with low reflection chrome was used. This photomask is brought into contact with the sample surface, and the sample is heated to 130 ° C.
And irradiated for 4 hours through the mask from above the sample.

【0081】試料を加熱装置付きA1基板上に置き、加
熱しながら上方より針電極により電場配向処理を行っ
た。この処理は、加熱温度170℃、電極間距離50m
m、印加電圧20kVの条件で行った。これにより、導
波層24のコア部2を構成する部分に光学的非線形性を
付与した。
The sample was placed on an A1 substrate equipped with a heating device, and an electric field orientation treatment was performed with a needle electrode from above while heating. In this treatment, the heating temperature is 170 ° C. and the distance between the electrodes is 50 m.
m, and an applied voltage of 20 kV. As a result, optical non-linearity is imparted to the portion of the waveguide layer 24 that constitutes the core 2.

【0082】その後、スピンコート用のフッ素系高分子
溶液(旭硝子製;CYTOP−805A)をフォトレジ
ストスピナー(共和理研製;K−33359SD−1)
を用いて回転数1000rpmで、導波層上にスピンコ
ートし、保護膜を積層した。続いて真空乾燥で80℃、
1時間乾燥した。保護層の膜厚は0.65μmであっ
た。
Thereafter, a fluorine-based polymer solution for spin coating (CYTOP-805A manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) was applied to a photoresist spinner (K-33359SD-1 manufactured by Kyowa Riken).
Was spin-coated on the waveguide layer at a rotation speed of 1000 rpm to laminate a protective film. Then, vacuum drying at 80 ° C,
Dried for 1 hour. The thickness of the protective layer was 0.65 μm.

【0083】次に、導波層24の上方を覆うオーバーク
ラッド層5として、ポリメチルメタクリレート(PMM
A,Aldrich製)をアセトン−メタノール系で精
製したものを用いた。即ち、5重量%のPMMAクロロ
ホルム溶液を調整し、フォトレジストスピナー(共和理
研製;K−3359SD−1)を用いて回転数1000
rpmで、保護膜を塗布した試料上にスピンコートし
た。続いて真空乾燥器で室温で2時間乾燥した。オーバ
ークラッド層5の膜厚は1.5μmであった。
Next, a polymethyl methacrylate (PMM) is used as the over cladding layer 5 covering the upper side of the waveguide layer 24.
A, manufactured by Aldrich) in an acetone-methanol system. That is, a 5 wt% PMMA chloroform solution was prepared, and the number of rotations was set to 1000 using a photoresist spinner (K-3359SD-1 manufactured by Kyowa Riken).
Spin coating was performed on the sample coated with the protective film at rpm. Subsequently, it was dried at room temperature for 2 hours in a vacuum dryer. The thickness of the over cladding layer 5 was 1.5 μm.

【0084】次に、試料ごと液体窒素に浸し試料を冷却
した。その試料を、あらかじめ傷をつけておいた結晶面
内の<010><001>方向に導波層24まで含めて
へき開し、端面を露出させた。
Next, the sample was immersed in liquid nitrogen to cool the sample. The sample was cleaved including the waveguide layer 24 in the <010> and <001> directions in the crystal plane which had been damaged in advance, exposing the end face.

【0085】導波路長は25mmになるように切断し
た。
The waveguide was cut so as to have a length of 25 mm.

【0086】上記した試料の導波路のうちのコア部上
に、EB蒸着装置(アネルバ製;EVD−500B)を
用いてAlを約2000オングストローム蒸着し、上部
の電極4uとした。試料は、蒸着用マスクでマスクする
ことにより、所望位置にだけ電極を蒸着した。上記した
下部の電極4dをむき出した後、上部の電極4u、下部
の電極4dのそれぞれにリード線を銀ペーストで接合し
た。
Al was vapor-deposited on the core portion of the waveguide of the sample by about 2,000 angstroms using an EB vapor deposition apparatus (manufactured by Anelva; EVD-500B) to form an upper electrode 4u. The sample was masked with a mask for vapor deposition to deposit electrodes only at desired positions. After the lower electrode 4d was exposed, a lead wire was bonded to each of the upper electrode 4u and the lower electrode 4d with a silver paste.

【0087】(光変調実験)上記したように製造した試
料を用い、光変調実験を行った。この場合には、波長
1.3μmの半導体レーザを光源として用いた。基本的
には、半導体レーザ、レンズ、光ファイバーであるラミ
ボールファイバー偏光子(住友大阪セメント製)、光セ
ンサ素子の順に配置し、光センサ素子の一端を入射部と
してラミボールファイバー偏光子に結合し、光センサ素
子の他端を出射部に配置した。
(Light Modulation Experiment) A light modulation experiment was performed using the sample manufactured as described above. In this case, a semiconductor laser having a wavelength of 1.3 μm was used as a light source. Basically, a semiconductor laser, a lens, an optical fiber, a lami-ball fiber polarizer (Sumitomo Osaka Cement), and an optical sensor element are arranged in this order, and one end of the optical sensor element is coupled to the lami-ball fiber polarizer as an incident portion. The other end of the optical sensor element was arranged at the emission part.

【0088】光変調実験においては、ラミボールファイ
バー偏光子(住友大阪セメント製)の出射端からの光強
度が、垂直方向(TMモードに相当)と水平方向(TE
モードに相当)とで等しくなる様に調整し、これを試料
である光センサ素子のコア部2の入射部に結合させた。
In the light modulation experiment, the light intensity from the emission end of a lami-ball fiber polarizer (manufactured by Sumitomo Osaka Cement) was changed in the vertical direction (corresponding to TM mode) and the horizontal direction
(Corresponding to the mode) so as to be equal to each other, and this was coupled to the incident part of the core part 2 of the optical sensor element as the sample.

【0089】コア部2反対側の出射端からの出射光は対
物レンズで拡大された後、偏光フィルタを通して光検出
器でその強度を測定した。
The light emitted from the emission end opposite to the core 2 was magnified by an objective lens, and the intensity was measured by a photodetector through a polarizing filter.

【0090】高周波発信器より高周波を発生させ、これ
を増幅器で増幅して、試料の下部の電極4d及び上部電
極4U間に交流電圧を印加した。これにより、光強度の
変化を測定することができた。その変化量は電圧の大き
さに比例しており、電圧を測定できることがわかる。
A high frequency was generated by a high frequency transmitter, amplified by an amplifier, and an AC voltage was applied between the lower electrode 4d and the upper electrode 4U of the sample. As a result, the change in light intensity could be measured. It can be seen that the amount of change is proportional to the magnitude of the voltage, and the voltage can be measured.

【0091】(電磁界測定システム)図5には、本実施
例に係る光センサ素子1を用いて構成された電磁界測定
システムの一例が示されている。
(Electromagnetic Field Measurement System) FIG. 5 shows an example of an electromagnetic field measurement system constituted by using the optical sensor element 1 according to this embodiment.

【0092】このシステムは、測定光を出力する発光部
200と、光検出器202とを含み、発光部200と光
センサ素子1の導波路を構成するコア部2の一端側とは
入射ファイバー210で接続され、前記光センサ素子の
コア部2の他端側と光検出器202との間は受光ファイ
バー212で接続されている。
This system includes a light emitting section 200 for outputting measurement light, and a photodetector 202. The light emitting section 200 and one end of the core section 2 constituting the waveguide of the optical sensor element 1 are connected to the incident fiber 210. The other end of the core 2 of the optical sensor element and the photodetector 202 are connected by a light receiving fiber 212.

【0093】前記入射ファイバー210は、前記ラミポ
ールファイバー偏光子を用い、受光ファイバー212
は、先端をフェルールで固定し、その先端部にラミポー
ルファイバー偏光子を張り付けた状態で使用した。
The incident fiber 210 uses the Ramipole fiber polarizer and the light receiving fiber 212
Was used with the tip fixed with a ferrule and a Ramipole fiber polarizer attached to the tip.

【0094】前記光センサ素子1の電極4u、4dは、
電磁界を検出する一対のダイポールアンテナ220とそ
れぞれ接続され、外部の電磁界に対応した電圧が印加さ
れるように構成されている。
The electrodes 4u and 4d of the optical sensor element 1 are
Each pair is connected to a pair of dipole antennas 220 for detecting an electromagnetic field, and configured to apply a voltage corresponding to an external electromagnetic field.

【0095】更に、前記ダイポールアンテナ220と光
センサ素子1は、プラスチックパッケージ430を用い
て一体的に取付け固定され、前記光集積素子1は、パッ
ケージ430内に収納されている。
Further, the dipole antenna 220 and the optical sensor element 1 are integrally mounted and fixed using a plastic package 430, and the optical integrated element 1 is housed in the package 430.

【0096】このような測定システムにおいて、前記プ
ラスチックパッケージ430をTEMセル内に設置し
て、400メガヘルツの高周波電界を発生させ、その測
定を行った。この測定の結果、高周波電界の周波数に追
従した光強度の変調を、光検出部202で確認すること
ができた。
In such a measurement system, the plastic package 430 was set in a TEM cell, and a high-frequency electric field of 400 MHz was generated, and the measurement was performed. As a result of the measurement, the light detection unit 202 was able to confirm the modulation of the light intensity following the frequency of the high-frequency electric field.

【0097】(付記)上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。
(Supplementary Note) The following technical idea can be understood from the above description.

【0098】○ 光学的非線形性を発現する材料とし
て、電場配向高分子材料を用いて基体上に、コア部及び
その周囲を覆うクラッド部を含む導波構造部を薄膜層と
して形成する工程と、前記薄膜層の両面側に、前記コア
部に前記測定電圧を印可するように対向配置された電極
を形成する工程と、前記薄膜層形成後に、そのコア部領
域にポーリング処理を施し、コア部に、光学的非線形性
を発現させ工程と、を含むことを特徴とする光センサ素
子の製造方法。
A step of forming a waveguide structure section including a core section and a cladding section surrounding the core section as a thin film layer on a substrate by using an electric field oriented polymer material as a material exhibiting optical nonlinearity; A step of forming electrodes facing each other on both sides of the thin film layer so as to apply the measurement voltage to the core portion, and after forming the thin film layer, subject the core region to a poling process to form a core portion; And a step of developing optical nonlinearity.

【0099】(他の実施例)図7には、図6に示す反射
型の光センサ素子を用いて構成された測定システムの一
例が示されている。なお、図5に示す測定システムと対
応する部材には同一符号を付しその説明は省略する。
(Other Embodiments) FIG. 7 shows an example of a measurement system constituted by using the reflection type optical sensor element shown in FIG. Members corresponding to those of the measurement system shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0100】本実施例において、前記光センサ素子1
は、光ファイバー214を介して一端側からコア部2に
入射された測定光を他端側に設けられた光反射部30で
反射し、再度光ファイバー214から出力するように構
成されている。
In this embodiment, the light sensor element 1
Is configured to reflect the measurement light incident on the core unit 2 from one end through the optical fiber 214 by the light reflection unit 30 provided on the other end, and to output the measurement light from the optical fiber 214 again.

【0101】従って、一本の光ファイバー214を用い
るのみで済み、しかもこの光ファイバー214を光セン
サ素子1の一端側に接続するという片もち梁構造とする
ことができるため、光センサ素子を用いたセンサ部分を
小型に形成することができる。
Therefore, only one optical fiber 214 needs to be used, and the optical fiber 214 can be connected to one end of the optical sensor element 1 to form a single beam structure. The part can be formed small.

【0102】本実施例において、光センサ素子1は、プ
ラスチックパッケージ430内に一体的に取付け固定さ
れると共に、光ファイバー214の端部もプラスチック
パッケージ430に一体的に取付け固定されている。
In this embodiment, the optical sensor element 1 is integrally fixed in the plastic package 430, and the end of the optical fiber 214 is also integrally fixed to the plastic package 430.

【0103】そして、プラスチックパッケージ430の
他端側に、電圧測定リード、例えば先端に鰐口クリップ
50a、50bが設けられた一対の測定リード52a、
52bを設ける。そして、この一対の測定リード52
a、52bの他端側を光センサ素子1の各電極4u、4
dへそれぞれ接続する。
Then, on the other end side of the plastic package 430, a voltage measuring lead, for example, a pair of measuring leads 52a provided with crocodile clips 50a, 50b at the ends,
52b is provided. Then, the pair of measurement leads 52
a and 52b are connected to the electrodes 4u, 4
d.

【0104】これにより、以下に説明するように、鰐口
クリップ50a、50bを所定の測定対象物に取付ける
ことにより、その取付け部位間に発生する電圧を光学的
に測定することができる。
As described below, by attaching the crocodile clips 50a and 50b to a predetermined object to be measured, a voltage generated between the attachment portions can be optically measured.

【0105】このような測定システムでは、発光部20
0から出力される測定光と、光検出部202への測定光
とを分離する必要がある。このために、発光部200及
び光検出部202と、光センサ素子1とを結ぶ光学系
は、ビームスピリッター440、レンズ442及び光フ
ァイバー214を含んで構成されている。
In such a measurement system, the light emitting section 20
It is necessary to separate the measurement light output from 0 and the measurement light to the light detection unit 202. To this end, an optical system that connects the light emitting unit 200 and the light detecting unit 202 with the light sensor element 1 includes a beam spiriter 440, a lens 442, and an optical fiber 214.

【0106】そして、発光部200から出力される測定
光は、ビームスピリッター44を用いて、透過方向と、
それと直角の反射方向とに2分して出力される。即ち、
発光部200から出力される測定光はビームスピリッタ
ー204を透過する方向αと、それと直角の反射方向と
に2分され、その内のビームスピリッター400を透過
する測定光のみがレンズ442を介して光ファイバー2
14へ向け出力される。
The measuring light output from the light emitting section 200 is transmitted through the beam
The light is output after being divided into two at a right angle and a reflection direction at right angles. That is,
The measurement light output from the light emitting unit 200 is divided into a direction α transmitting through the beam spiriter 204 and a reflection direction perpendicular thereto, and only the measurement light transmitting through the beam spiriter 400 is transmitted through the lens 442. Optical fiber 2
14 is output.

【0107】また、光センサ素子1から光ファイバー2
14、レンズ442を介して出力される測定光は、ビー
ムスピリッター24を透過する方向と、それと直角な反
射方向βとに2分され、直角に反射された測定光のみが
光検出器202へ入力される。
Further, from the optical sensor element 1 to the optical fiber 2
14. The measurement light output through the lens 442 is divided into two directions: a direction transmitting the beam spiriter 24 and a reflection direction β perpendicular thereto, and only the measurement light reflected at a right angle is supplied to the photodetector 202. Is entered.

【0108】このようにすることにより、鰐口クリップ
50a、50bが取り付けられた部位の電圧は、その電
圧に応じた変調を受けた測定光として光センサ素子1か
ら出力される。これにより、光検出器202では、前記
測定部位の電圧を光学的に測定することができる。
In this manner, the voltage at the portion where the crocodile clips 50a and 50b are attached is output from the optical sensor element 1 as measurement light modulated according to the voltage. Thus, the photodetector 202 can optically measure the voltage at the measurement site.

【0109】[0109]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】光センサ素子の全体の概念を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing the general concept of an optical sensor element.

【図2】同図(A)〜(C)は、光センサ素子の断面説
明図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional explanatory views of an optical sensor element.

【図3】針電極を用いたコロナポーリング処理の概念を
示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a concept of a corona poling process using a needle electrode.

【図4】平行平板電極を用いたポーリング処理の概念を
示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing the concept of a poling process using parallel plate electrodes.

【図5】本実施例の光センサ素子を用いて構成された測
定システムの説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement system configured using the optical sensor element according to the present embodiment.

【図6】光反射部を備えた光センサ素子の概念を示す斜
視図である。
FIG. 6 is a perspective view illustrating the concept of an optical sensor element having a light reflecting section.

【図7】図6に示す光センサ素子を用いた測定システム
の説明図である。
7 is an explanatory diagram of a measurement system using the optical sensor element shown in FIG.

【図8】従来の光センサ素子の一例を示す説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a conventional optical sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2A コア部 3A、3B サンドクラッド 4d、4u 電極 5、22 クラッド層 20 基板 24 導電層 30 光反射部 100 薄膜層 2A core part 3A, 3B sand clad 4d, 4u electrode 5, 22 clad layer 20 substrate 24 conductive layer 30 light reflection part 100 thin film layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 市川 正 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Ito 41-41, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi-gun, Toyota-Chuo Research Institute, Inc. (72) Inventor Tadashi Ichikawa, Nagakute-cho, Nagakute-cho, Aichi, Aichi 41, Yokomichi, Toyota Central Research Institute, Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を導波するコア部と、前記コア部
の周囲を覆うクラッド部とを含み高分子材料を用いて薄
膜層として形成された導波構造部と、 前記薄膜層の両面に対向配置された電極と、 を含み、 前記クラッド部の前記コア部と接する領域の全部若しく
は一部及び前記コア部の少なくとも一方は、 電磁界により屈折率が変化し、その変化が光学的非線形
性を示す高分子材料を含む材料で形成されたことを特徴
とする光センサ素子。
1. A waveguide structure portion including a core portion for guiding incident light, a cladding portion surrounding the core portion, formed as a thin film layer using a polymer material, and both surfaces of the thin film layer And at least one of the core portion and the whole or a part of the region of the cladding portion that is in contact with the core portion, the refractive index of which is changed by an electromagnetic field, and the change is optically non-linear. An optical sensor element formed of a material containing a polymer material having a property.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001066647A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Sony Corp Light refracting device
JP2001066648A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Sony Corp Illumination device
JP2001066644A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Sony Corp Memory device
JP2004287396A (en) * 2003-03-03 2004-10-14 Hitachi Chem Co Ltd Optical waveguide film
JP2006501523A (en) * 2002-10-03 2006-01-12 ルーメラ・コーポレーション Polymer microstructure and method of manufacturing polymer waveguide
JP2010210830A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Fuji Xerox Co Ltd Waveguide element and method of manufacturing the same
JP2018112593A (en) * 2017-01-09 2018-07-19 国立研究開発法人情報通信研究機構 LIGHT CONTROL DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, OPTICAL INTEGRATED CIRCUIT, AND ELECTROMAGNETIC DETECTOR
KR102153742B1 (en) * 2019-11-25 2020-09-08 한국광기술원 Optical Fiber Based Voltage Sensor and Voltage Monitoring System Using the Same

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001066647A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Sony Corp Light refracting device
JP2001066648A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Sony Corp Illumination device
JP2001066644A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Sony Corp Memory device
JP2006501523A (en) * 2002-10-03 2006-01-12 ルーメラ・コーポレーション Polymer microstructure and method of manufacturing polymer waveguide
JP2004287396A (en) * 2003-03-03 2004-10-14 Hitachi Chem Co Ltd Optical waveguide film
JP2010210830A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Fuji Xerox Co Ltd Waveguide element and method of manufacturing the same
US8107778B2 (en) 2009-03-09 2012-01-31 Fuji Xerox Co., Ltd. Waveguide element and method of production thereof
JP2018112593A (en) * 2017-01-09 2018-07-19 国立研究開発法人情報通信研究機構 LIGHT CONTROL DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, OPTICAL INTEGRATED CIRCUIT, AND ELECTROMAGNETIC DETECTOR
KR102153742B1 (en) * 2019-11-25 2020-09-08 한국광기술원 Optical Fiber Based Voltage Sensor and Voltage Monitoring System Using the Same

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