JP2000252569A - Light control element and light control composite element - Google Patents

Light control element and light control composite element

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JP2000252569A
JP2000252569A JP11050617A JP5061799A JP2000252569A JP 2000252569 A JP2000252569 A JP 2000252569A JP 11050617 A JP11050617 A JP 11050617A JP 5061799 A JP5061799 A JP 5061799A JP 2000252569 A JP2000252569 A JP 2000252569A
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JP
Japan
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light
light control
optical path
intensity
optical
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Application number
JP11050617A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Maeda
佳伸 前田
Hirotoshi Nagata
裕俊 永田
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To negative-control the intensity of incident light over a wavelength range for optical fiber communication stably, according to the intensity of the incident light itself, by controlling the respondable wavelength range of a light transmitting medium by a voltage applied to an optical path. SOLUTION: Three pairs of control electrodes 2A and 2B, 2C and 2D, and 2E and 2F being opposed to each other are formed on a pair of principal surfaces of a bulk substance 1 which forms an optical path. Each pair of opposed control electrodes is arranged on a light control element 5C, 5D, 5E along the direction of transmission of light inside the bulk substance 1. Each respondable wavelength range of the elements 5C-5E is shifted as shown by 20A-20C. If incident light having a wavelength of 1.532 μm for example enters the light control composite elements, light is transmitted without occurrence of a negative absorption phenomenon in the elements 5C, 5D, but the negative absorption phenomenon occurs in the element 5E. Accordingly, it is possible to form a light controlling element capable of negative-controlling the intensity of incident light in a wavelength range for optical fiber communication stably, according to the intensity of the incident light itself.

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、光ファイバーー通
信用波長域(波長1.5μm帯)の入射光の強度を、そ
の入射光自体の強度に応じて負性制御する素子に関する
ものである。本光制御素子は、例えば、非常に低損失の
光信号伝送を実現できる、光ファイバーを用いたシステ
ムを利用した光情報処理などに利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an element for negatively controlling the intensity of incident light in an optical fiber communication wavelength band (wavelength 1.5 .mu.m band) according to the intensity of the incident light itself. The present light control element can be used, for example, for optical information processing using a system using an optical fiber that can realize very low-loss optical signal transmission.

【0002】[0002]

【従来の技術】光情報処理、光通信などの光エレクトロ
ニクス分野において、電気的回路よりも高速応答が可能
となる、光−光スイッチ、つまり光により光を制御する
素子(光制御素子)が必要とされている。信号光の強度
を制御する光制御素子としては、非線形光学効果を利用
したものが数多く提案されている。具体的には、信号光
の強度によって非線形光学媒体の屈折率が変わることを
利用したものがある。このような素子を実現するには、
非常に大きな非線形光学定数を持つ媒体が必要となる。
しかし、既存物質では、光制御素子としての応用可能レ
ベルに比べて、1桁から2桁、非線形光学定数の値が小
さい。
2. Description of the Related Art In the field of optoelectronics such as optical information processing and optical communication, an optical-optical switch, that is, an element for controlling light by light (optical control element), which can respond faster than an electric circuit is required. It has been. Many light control elements that use the nonlinear optical effect have been proposed as light control elements for controlling the intensity of signal light. Specifically, there is an apparatus utilizing the fact that the refractive index of a nonlinear optical medium changes depending on the intensity of signal light. To realize such an element,
A medium having a very large nonlinear optical constant is required.
However, in the case of existing materials, the value of the nonlinear optical constant is one to two orders of magnitude smaller than the applicable level as a light control element.

【0003】一方、特開平4-308821号公報および特開平
9-26605 号公報に開示されている技術においては、信号
光と同じ波長の制御光によって信号光の強度を制御して
いる。即ち、所定波長の信号光を、例えばエルビウムが
ドープされた固体光透過性媒体に入射させる。エルビウ
ムは、所定波長の信号光に対する準安定準位からその励
起準位への励起吸収の度合いが、基底準位から励起準位
への基底吸収の度合いよりも大きいという特徴を有して
いる。この結果、光透過性媒体中を伝搬する信号光の強
度が増加すると、この強度の増加に応じて、光透過率が
減少する。この現象は、非線形光学効果とは異なるメカ
ニズムの負性吸収現象である。この効果を利用し、光透
過性媒体中に信号光を入射させた状態で、信号光と同じ
波長の制御光をも信号光の光路中へと入射させると、信
号光の光透過率が減少し、透過光の強度が低下してオフ
状態になる。この現象は、例えばエルビウムをドープし
た固体光透過性媒体において、波長770nm−830
nmの範囲で発現するとされている。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-26605, the intensity of the signal light is controlled by control light having the same wavelength as the signal light. That is, a signal light having a predetermined wavelength is incident on a solid light transmitting medium doped with, for example, erbium. Erbium is characterized in that the degree of excitation absorption from a metastable level to its excitation level for signal light of a predetermined wavelength is greater than the degree of base absorption from a ground level to an excitation level. As a result, when the intensity of the signal light propagating in the light transmitting medium increases, the light transmittance decreases in accordance with the increase in the intensity. This phenomenon is a negative absorption phenomenon of a mechanism different from the nonlinear optical effect. Using this effect, if the control light of the same wavelength as the signal light is also incident on the optical path of the signal light while the signal light is incident on the light transmitting medium, the light transmittance of the signal light decreases. Then, the intensity of the transmitted light is reduced and the light is turned off. This phenomenon occurs, for example, in a solid light transmitting medium doped with erbium, at a wavelength of 770 nm-830.
It is said to be expressed in the range of nm.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】光制御素子の応用分野
を拡大するには、信号光として使用できる波長範囲を拡
大する必要があり、特に光ファイバー通信分野での利用
価値の高い、波長1.5μm帯の光を信号光として作用
する光制御素子を実現する意義は大きい。また、全光型
の光論理回路の構成部品として不可欠な光信号反転器
(光インバーター)に対しては、2端子型の光制御素子
が必要である。従って、信号光の強度を、その信号光の
強度情報によって制御する、二端子素子的な機能を有す
る光制御素子も要望される。
In order to expand the field of application of the optical control element, it is necessary to expand the wavelength range that can be used as signal light. It is significant to realize a light control element that uses band light as signal light. Further, a two-terminal light control element is required for an optical signal inverter (optical inverter) which is indispensable as a component of an all-optical optical logic circuit. Therefore, a light control element having a function of a two-terminal element for controlling the intensity of signal light based on the intensity information of the signal light is also demanded.

【0005】しかし、従来の非線形光学効果を用いた光
制御素子では、多くの物質において、非線形光学特性が
効率的に発揮される波長域が、短波長、つまり物質の電
子系と相互作用し易い高いエネルギーをもつ範囲に限ら
れている。長波長側、例えば光ファイバー通信で頻繁に
用いられるような1.5μm帯の光に対しては、大きな
非線形光学効果を期待できない。
However, in the conventional light control device using the nonlinear optical effect, in many materials, the wavelength region in which the nonlinear optical characteristics are efficiently exhibited tends to interact with a short wavelength, that is, the electronic system of the material. Limited to areas with high energy. A large nonlinear optical effect cannot be expected on the long wavelength side, for example, 1.5 μm band light which is frequently used in optical fiber communication.

【0006】一方、特開平4-308821号公報および特開平
9-26605 号公報に開示されているような、負性吸収を利
用した光制御素子においては、前述のように、信号光波
長が770−830nmに限定されており、波長1.5
μm帯の信号光に対しては負性制御の安定した発現は確
認されていない。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
In an optical control element utilizing negative absorption as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-26605, as described above, the signal light wavelength is limited to 770-830 nm, and
No stable expression of negative control has been confirmed for signal light in the μm band.

【0007】本発明の課題は、光ファイバー通信用波長
域(波長1.5μm帯)の入射光の強度を、その入射光
自体の強度に応じて安定的に負性制御できる光制御素子
を提供することである。
An object of the present invention is to provide an optical control element capable of stably controlling the intensity of incident light in the wavelength range for optical fiber communication (wavelength 1.5 μm band) according to the intensity of the incident light itself. That is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、波長1.5μ
m帯の入射光を入射させ、出射光を出射させるための光
路であって少なくともエルビウムを含有する光透過性媒
体からなる光路を備えており、光透過性媒体内において
出射光の強度を入射光の強度に応じて特定の応答波長領
域で負性制御する光制御素子において、光制御素子が光
路に電圧を印加する電圧印加手段を備えており、光路に
印加される電圧によって光透過性媒体の応答波長領域を
制御することを特徴とする光制御素子に係るものであ
る。
The present invention has a wavelength of 1.5 μm.
An optical path for injecting m-band incident light and emitting outgoing light, the optical path including at least an erbium-containing light-transmitting medium is provided. In a light control element that performs negative control in a specific response wavelength region according to the intensity of light, the light control element includes a voltage applying unit that applies a voltage to an optical path, and the voltage applied to the optical path causes the light transmitting medium to emit light. The present invention relates to a light control element for controlling a response wavelength region.

【0009】また、本発明は、波長1.5μm帯用の光
制御素子を複数個備えている光制御複合素子であって、
複数の光制御素子が直列に接続されており、各光制御素
子が、それぞれ、波長1.5μm帯の入射光を入射さ
せ、出射光を出射させるための光路であって少なくとも
エルビウムを含有する光透過性媒体からなる光路を備え
ており、光透過性媒体内において出射光の強度を入射光
の強度に応じて特定の応答波長領域で負性制御してお
り、かつ各光制御素子における各光透過性媒体の応答波
長領域が相異なることを特徴とする。
Further, the present invention relates to a light control composite device comprising a plurality of light control devices for a wavelength band of 1.5 μm,
A plurality of light control elements are connected in series, and each light control element is an optical path for injecting incident light in a wavelength of 1.5 μm and emitting outgoing light, the light path containing at least erbium. An optical path made of a transmissive medium is provided, the intensity of outgoing light is negatively controlled in a specific response wavelength region according to the intensity of incident light in the light transmissive medium, and each light in each light control element is controlled. It is characterized in that the transmissive media have different response wavelength ranges.

【0010】本発明者は、上記の課題を解決するため、
Er3+イオンを含有する光透過性媒体と、波長1.5μ
m帯の入射光との相互作用を詳細に検討した。この結
果、Er3+イオンのエネルギー上の制約から、1.5μ
m帯の入射光のみに応答して負性吸収現象(入射光の強
度変化に対応して出射光の強度が負性に変化する現象。
特開平4-308821号公報および特開平9-26605 号公報を参
照)の発現に実質的に寄与し得るエネルギー準位が非常
に限られており、この結果、1.5μm帯の入射光のう
ち、極めて狭い波長範囲でしか負性吸収現象が生じない
ことが分かった。また、このような負性吸収現象を生ず
る入射光の波長範囲が極めて狭い結果として、これまで
1.5μm帯の入射光に対して、安定的な負性吸収現象
が確認されてこなかったものと考えた。
[0010] The present inventor has sought to solve the above problems.
A light-transmitting medium containing Er 3+ ions and a wavelength of 1.5 μm;
The interaction with m-band incident light was studied in detail. As a result, due to the energy constraint of Er 3+ ions, 1.5 μm
Negative absorption phenomenon (a phenomenon in which the intensity of outgoing light changes to negative in response to a change in the intensity of incident light in response to only m-band incident light.
(See JP-A-4-308821 and JP-A-9-26605) The energy level that can substantially contribute to the expression of the light is very limited. As a result, of the incident light in the 1.5 μm band, It was found that the negative absorption phenomenon occurred only in an extremely narrow wavelength range. Also, as a result of the extremely narrow wavelength range of the incident light that causes such a negative absorption phenomenon, a stable negative absorption phenomenon has not been confirmed for incident light in the 1.5 μm band. Thought.

【0011】本発明者の上記の技術的貢献について、更
に説明する。本発明者は、エルビウムを3%添加したニ
オブ酸リチウム単結晶からなる光制御素子用光透過性媒
体(長さ14mm)について、波長1.55μm付近で
室温で光透過スペクトルを測定し、図1に示した。図1
から明らかなように、波長1.530μm付近に鋭い吸
収ピークが現れた。
The above technical contribution of the present inventor will be further described. The inventor measured the light transmission spectrum of a light-transmitting medium (length: 14 mm) for a light control element made of a single crystal of lithium niobate to which 3% of erbium was added at room temperature near a wavelength of 1.55 μm. It was shown to. FIG.
As is clear from FIG. 7, a sharp absorption peak appeared around a wavelength of 1.530 μm.

【0012】図2は、Er3+のエネルギー準位図であ
る。Er3+は、基底準位 415/2から励起準位 29/2
まで、幾つかの励起準位を有している(図2には一部の
準位のみを図示)。図1に示した波長1.530μm付
近の吸収は、図2に示したEr 3+イオンのエネルギー準
位のうち、E0( 415/2)−E1( 413/2)準位間
遷移σ1 、およびE1( 413/2)−E2( 49/2
準位間の遷移σ2 によるものである。つまり、波長1.
5μm帯の単独の入射光のみでは、前記の2つの遷移が
誘発されるのみであって、更に上位の各準位間の遷移 4
9/2 43/2 43/2 29/2 (図2には図示
していない)は誘発されないために、入射光の吸収が起
こる波長の範囲が非常に狭くなる。
FIG.3+Energy level diagram of
You. Er3+Is the ground levelFourI15/2Excited level fromTwoH9/2
Have several excitation levels (see FIG. 2 for some of them).
Level only). With 1.530μm wavelength shown in Fig. 1
The near absorption is shown in FIG. 3+Energy level of ion
E0 (FourI15/2) -E1 (FourI13/2) Between levels
Transition σ1, And E1 (FourI13/2) -E2 (FourI9/2)
Transition between levels σTwoIt is due to. That is, the wavelength 1.
With only a single incident light in the 5 μm band, the above two transitions
Only triggered, transitions between higher levelsFour
I9/2FourS3/2,FourS3/2TwoH9/2(Shown in FIG. 2
Is not induced, the absorption of incident light occurs.
The range of these wavelengths becomes very narrow.

【0013】本発明者は、エネルギー遷移が容易に起こ
る準位が存在しないと、負性吸収現象が発現しないため
に、上記光透過性媒体における波長1.5μm帯での負
性吸収現象は、波長1.530μm付近の波長に限定さ
れることを予測した。更に、負性吸収現象は、E1( 4
13/2)−E2( 49/2 )準位間の遷移σ2 によって
引き起こされる現象であるから、波長選択性がより一層
強まるものと考えた。なぜなら、通常の吸収過程によっ
て、E0( 415/2)−E1( 413/2)準位間の遷移
σ1 、およびE1( 413/2)−E2( 49/2 )準位
間の遷移σ2 を経て、E2( 49/2 )準位にたたき上
げられた電子が、緩和A43、B32により、E1( 4
13/2)準位に落ち、E1準位の電子数が増える。この結
果、E1( 413/2)−E2( 49/2 )準位間の遷移
σ2 が増強され、E1準位の電子がくみ上げられ、その
結果、入射光の吸収量が増大し、負性吸収現象となって
現れる。
The present inventor has found that energy transitions occur easily.
If no level exists, the negative absorption phenomenon does not occur.
In the light-transmitting medium, the negative
Is limited to wavelengths around 1.530 μm.
Expected to be. Furthermore, the negative absorption phenomenon is E1 (Four
I13/2) -E2 (FourI9/2) Transition between levels σTwoBy
Because it is a phenomenon that is caused, wavelength selectivity is further improved
I thought it would strengthen. Because the normal absorption process
And E0 (FourI15/2) -E1 (FourI13/2) Transition between levels
σ1, And E1 (FourI13/2) -E2 (FourI9/2) Level
Transition between σTwoThrough E2 (FourI9/2) Knocking on the level
The emitted electrons are relaxed A43, B32As a result, E1 (FourI
13/2) The level falls, and the number of electrons in the E1 level increases. This result
As a result, E1 ( FourI13/2) -E2 (FourI9/2) Transition between levels
σTwoIs enhanced and electrons at the E1 level are pumped up.
As a result, the amount of incident light absorbed increases, resulting in a negative absorption phenomenon.
appear.

【0014】周波数1kHzで強度変調した波長1.5
28μmから1.533μmの各入射光を、上記の光透
過性媒体に入射させ、出射光の強度の変調状態の変化を
測定し、図3の各グラフに示す。図3の最下段には、入
射光の変調状態、即ち、強度の時間変化を示す。図3の
上から順に、波長1.528、1.529、1.53
0、1.531、1.532、1.533μmの各波長
について、出射光の強度の時間変化を示す。
A wavelength 1.5 modulated at a frequency of 1 kHz.
Each incident light of 28 μm to 1.533 μm is made incident on the above-mentioned light-transmitting medium, and the change in the modulation state of the intensity of the emitted light is measured. The bottom part of FIG. 3 shows a modulation state of the incident light, that is, a temporal change of the intensity. Wavelengths 1.528, 1.529, 1.53 in order from the top in FIG.
For each wavelength of 0, 1.531, 1.532, and 1.533 μm, the time change of the intensity of the emitted light is shown.

【0015】波長1.528μmと1.533μmの各
波長の入射光に対しては、出射光強度の変調状態は、入
射光強度の変調状態とまったく同相であり、負性吸収現
象は生じていない。波長1.529、1.531、1.
532μmの各波長では、ある程度の負性吸収現象が生
じているが、入射光の強度変調に対して逆相となるまで
は至っていない。波長1.530μmの波長の入射光に
対しては、出射光強度の変調状態が、入射光強度の変調
状態に対してほぼ完全に逆相となっていた。即ち、波長
1.530μmという極めて限られた波長でしか、完全
な負性吸収現象は生じないことが分かった。
For the incident light having the wavelengths of 1.528 μm and 1.533 μm, the modulation state of the output light intensity is exactly in phase with the modulation state of the incident light intensity, and the negative absorption phenomenon does not occur. . Wavelengths 1.529, 1.531, 1.
At each wavelength of 532 μm, a certain degree of negative absorption occurs, but it does not reach the phase opposite to the intensity modulation of the incident light. With respect to the incident light having the wavelength of 1.530 μm, the modulation state of the emission light intensity was almost completely opposite in phase to the modulation state of the incident light intensity. That is, it was found that the complete negative absorption phenomenon occurred only at an extremely limited wavelength of 1.530 μm.

【0016】本発明者は、以上の知見に鑑み、光透過性
媒体内において出射光の強度を入射光の強度に応じて特
定の応答波長領域で負性制御するのに際して、光路に印
加される電圧によって光透過性媒体の応答波長領域を制
御することを想到した。即ち、光路に印加される電圧の
大きさによって、Er3+の遷移σ1 、遷移σ2 に対応す
る各エネルギー準位間隔を微調整し、負性吸収現象が生
ずる波長をシフトさせることによって、所望の特定波長
の入射光を負性制御できるようになった。
In view of the above findings, the inventor of the present invention applies the light to the optical path when negatively controlling the intensity of outgoing light in a specific response wavelength region according to the intensity of incident light in a light transmissive medium. It has been conceived that the response wavelength region of the light-transmitting medium is controlled by the voltage. That is, according to the magnitude of the voltage applied to the optical path, the energy level intervals corresponding to the transitions σ 1 and σ 2 of Er 3+ are finely adjusted, and the wavelength at which the negative absorption phenomenon occurs is shifted. It has become possible to negatively control incident light of a desired specific wavelength.

【0017】なお、本発明において、負性制御とは、前
述した負性吸収現象を通して出射光の強度を制御するこ
とを言う。また、入射光とは、光制御素子の光路に対し
て入射する光のことを言う。従って、信号光を単独で光
路に入射させる場合には、信号光の強度を変調すること
によって、出射光の強度が負性制御されるので、二端子
型の光制御素子が得られる。または、入射光として、信
号光に加えて、制御光を同時に光路へと入射させること
ができる。この場合には、三端子型の光制御素子を実現
できる。この素子を利用する際には、例えば、信号光の
強度が一定の場合、同時に制御光を入射させないときに
は出射光の強度は一定であるのに対して、制御光を同時
に入射させるときには出射光の強度が小さくなる。
In the present invention, the term "negative control" refers to controlling the intensity of emitted light through the negative absorption phenomenon described above. In addition, the incident light refers to light that enters the optical path of the light control element. Therefore, when the signal light is independently incident on the optical path, the intensity of the emitted light is negatively controlled by modulating the intensity of the signal light, so that a two-terminal light control element can be obtained. Alternatively, in addition to the signal light, the control light can be simultaneously incident on the optical path as the incident light. In this case, a three-terminal light control element can be realized. When using this element, for example, when the intensity of the signal light is constant, the intensity of the emitted light is constant when the control light is not simultaneously incident, whereas when the control light is simultaneously incident, the intensity of the emitted light is constant. Strength is reduced.

【0018】電圧の印加方法には、特別の制約はない。
例えば、図4(a)に示す光制御素子5Aにおいては、
光透過性媒体からなる平板形状のバルク体1が、光路を
形成する。バルク体1の一対の主面1c、1d上に、相
対向する一対の制御電極2A、2Bを形成する。バルク
体1の入射面1aから矢印3のように入射光を入射させ
ると、光がバルク体の内部を伝搬し、出射面1bから矢
印4のように出射される。図4(b)の光制御素子5B
においては、光導波路基板10の一方の主面10a側に
光導波路11が設けられており,光導波路11の両側
に、一対の制御電極12A、12Bが設けられている。
入射光は、矢印3のように光導波路11に入射し、光導
波路11内を伝搬し、矢印4のように出射する。図4
(b)においては、少なくとも光導波路11中にEr3+
を含有させることが必要である。
There are no particular restrictions on the method of applying the voltage.
For example, in the light control element 5A shown in FIG.
The plate-shaped bulk body 1 made of a light-transmitting medium forms an optical path. A pair of opposing control electrodes 2A and 2B are formed on a pair of main surfaces 1c and 1d of the bulk body 1. When incident light is incident from the incident surface 1a of the bulk body 1 as shown by the arrow 3, the light propagates inside the bulk body and is emitted from the emission surface 1b as shown by the arrow 4. Light control element 5B of FIG.
1, an optical waveguide 11 is provided on one main surface 10 a side of an optical waveguide substrate 10, and a pair of control electrodes 12 A and 12 B are provided on both sides of the optical waveguide 11.
The incident light enters the optical waveguide 11 as indicated by an arrow 3, propagates through the optical waveguide 11, and exits as indicated by an arrow 4. FIG.
In (b), at least Er 3+ is contained in the optical waveguide 11.
Must be contained.

【0019】また、複数の光制御素子を直列に接続し、
この際、各光制御素子における各光透過性媒体の応答波
長領域を互いに異ならせることによって、光制御複合素
子全体として、負性制御可能な応答波長領域を拡大する
ことができる。各光制御素子における応答波長領域を互
いに異ならせるためには、前述したように、各光制御素
子において光路への印加電圧を互いに異ならせることが
有効である。図4(c)は、この発明の実施形態に係る
光制御複合素子15を示す斜視図である。
Further, a plurality of light control elements are connected in series,
At this time, by making the response wavelength regions of the respective light-transmitting media in the respective light control elements different from each other, the response wavelength region in which the negative control can be performed can be expanded as the entire light control composite element. In order to make the response wavelength regions of each light control element different from each other, it is effective to make the voltage applied to the optical path different in each light control element as described above. FIG. 4C is a perspective view showing the light control composite device 15 according to the embodiment of the present invention.

【0020】図4(c)では、光透過性媒体からなる平
板形状のバルク体1が、光路を形成する。バルク体1の
一対の主面1c、1d上に、相対向する三対の制御電極
2Aと2B、2Cと2D、2Eと2Fが形成されてい
る。各対の対向制御電極は、バルク体1内における光の
伝搬方向に沿って配列されている。この結果、バルク体
1内の光の伝搬方向に沿って、光制御素子5C、5D、
5Eが配列される。各光制御素子における印加電圧を互
いに異ならせることによって、各素子の応答波長領域を
変化させる。
In FIG. 4C, a flat bulk member 1 made of a light-transmitting medium forms an optical path. Three pairs of opposing control electrodes 2A and 2B, 2C and 2D, 2E and 2F are formed on a pair of main surfaces 1c and 1d of the bulk body 1. The opposing control electrodes of each pair are arranged along the light propagation direction in the bulk body 1. As a result, along the light propagation direction in the bulk body 1, the light control elements 5C, 5D,
5E is arranged. By making the applied voltages of the respective light control elements different from each other, the response wavelength region of each element is changed.

【0021】例えば、厚さ1mmのエルビウムを含有す
るニオブ酸リチウムを光透過性媒体として使用したもの
とすると、図5に示すように、光路に対して電圧を印加
しない状態では、前述したように1.530μm近傍で
負性吸収現象が生ずる(図5の応答波長領域20A)。
ここで、光路である光透過性媒体の制御電極に、例えば
100−500ボルトの電圧を印加することによって、
応答波長領域を図5の20B、20Cに示すように、
1.531−1.532μm近傍にシフトさせることが
できる。
For example, assuming that lithium niobate containing erbium having a thickness of 1 mm is used as the light transmitting medium, as shown in FIG. 5, in the state where no voltage is applied to the optical path, as described above. A negative absorption phenomenon occurs near 1.530 μm (response wavelength region 20A in FIG. 5).
Here, by applying a voltage of, for example, 100 to 500 volts to the control electrode of the light transmitting medium that is the optical path,
As shown in FIG. 5 at 20B and 20C in the response wavelength region,
It can be shifted to around 1.531-1.532 μm.

【0022】図4(c)において、素子5C、5D、5
Eの各応答波長領域を、それぞれ、20A、20B、2
0Cに示すようにシフトさせる。そして、光制御複合素
子に対して、例えば1.532μmの波長を有する入射
光を入射させると、この光は、素子5C、5Dでは負性
吸収現象を生ずることなく伝搬し、素子5E中では負性
吸収現象を生ずる。従って、本光制御複合素子は、1.
530−1.532μmの範囲の波長の入射光を負性制
御できる。
In FIG. 4C, the elements 5C, 5D, 5
The response wavelength regions of E are respectively 20A, 20B, 2
Shift as shown at 0C. Then, when incident light having a wavelength of, for example, 1.532 μm is made incident on the light control composite element, this light propagates without generating a negative absorption phenomenon in the elements 5C and 5D and becomes negative in the element 5E. Sexual absorption phenomenon occurs. Therefore, the present light control composite device has:
Negative control can be performed on incident light having a wavelength in the range of 530 to 1.532 μm.

【0023】光透過性媒体の母材は、例えば、ガラス、
誘電体、有機化合物、有機高分子化合物、液状物質であ
ってよい。しかし、光路に電圧を印加する場合には、電
圧を効率的に印加できるようにするために、母材を誘電
体とすることが好ましく、強誘電体とすることが一層好
ましい。誘電体としては、希土類ガーネット類(特にイ
ットリウムアルミニウムガーネット、ルテチウムアルミ
ニウムガーネット)が好ましい。強誘電体としては、ニ
オブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウ
ム−タンタル酸リチウム固溶体が好ましい。特に、母材
が強誘電体である場合には、ピエゾ効果により、結晶格
子長が変化し、Er3+のエネルギー準位の間隔が変化し
易い。
The base material of the light transmitting medium is, for example, glass,
It may be a dielectric, an organic compound, an organic polymer compound, or a liquid substance. However, when a voltage is applied to the optical path, the base material is preferably a dielectric material, and more preferably a ferroelectric material, so that the voltage can be applied efficiently. As the dielectric, rare earth garnets (particularly, yttrium aluminum garnet, lutetium aluminum garnet) are preferable. As the ferroelectric, lithium niobate, lithium tantalate, and a solid solution of lithium niobate-lithium tantalate are preferable. In particular, when the base material is a ferroelectric, the crystal lattice length changes due to the piezo effect, and the interval between the energy levels of Er 3+ easily changes.

【0024】また、光透過性媒体の母材が変化すると、
ドープされたEr3+の電子状態と、その周囲の母材の原
子(イオン)の電子状態との相互作用が変化するので、
図2における各エネルギー準位間の間隔と、それに対応
する各吸収波長が変化する。従って、光制御複合素子を
構成する各光制御素子の母材を変化させることによっ
て、各光制御素子における応答波長領域をシフトさせる
ことができる。即ち、本発明の光制御複合素子の1実施
形態においては、各光制御素子の各光路を形成する各光
透過性媒体が、エルビウムと、互いに相異なる母材とか
らなる。
When the base material of the light transmitting medium changes,
Since the interaction between the electronic state of the doped Er 3+ and the electronic state of atoms (ions) of the surrounding base material changes,
The intervals between the energy levels in FIG. 2 and the corresponding absorption wavelengths change. Therefore, the response wavelength region of each light control element can be shifted by changing the base material of each light control element constituting the light control composite element. That is, in one embodiment of the light control composite device of the present invention, each light transmitting medium forming each light path of each light control device is made of erbium and a base material different from each other.

【0025】母材の種類は、多くの場合、エルビウムの
含有量が多くなると、応答波長領域が長波長側にシフト
する傾向にあるので、希土類ガーネット類のように、エ
ルビウムを多く取り込める構造の母材を用いると波長調
整幅が広がる。
In many cases, when the content of erbium increases, the response wavelength region tends to shift to the longer wavelength side. Therefore, the base material has a structure capable of taking in a large amount of erbium, such as rare earth garnets. If a material is used, the wavelength adjustment range is widened.

【0026】各光制御素子ごとに、母材が相異なる場合
にも、各光透過性媒体を互いに接合することによって、
図4(a)に示すような一体のバルク体を作製でき、あ
るいは図4(b)に示すような一体の光導波路基板を作
製できる。しかし、各光制御素子を別体としてもよい。
Even when the base material is different for each light control element, by joining the respective light transmitting media to each other,
An integrated bulk body as shown in FIG. 4A can be manufactured, or an integrated optical waveguide substrate as shown in FIG. 4B can be manufactured. However, each light control element may be separate.

【0027】また、各光制御素子において、印加電圧
と、光透過性媒体の母材との双方を変化させることがで
き、これによって各光制御素子ごとにおける応答波長領
域の差を大きくし、光制御複合素子全体としての応答波
長領域を一層拡大できる。
In each light control element, both the applied voltage and the base material of the light-transmitting medium can be changed, thereby increasing the difference in the response wavelength region between each light control element and the light control element. The response wavelength region of the entire control composite element can be further expanded.

【0028】光制御素子に対して入射光を導入する手段
は、入射光が伝搬される光ファイバーでもよく、あるい
は、レンズを介した空間結合方式でもよい。
The means for introducing the incident light to the light control element may be an optical fiber through which the incident light is propagated, or may be a spatial coupling method via a lens.

【0029】本発明の光制御素子および光制御複合素子
は、例えば、非常に低損失の光信号伝送を実現できる、
光ファイバーを用いたシステムを利用した光情報処理等
に活用することができる。また、光スイッチング素子と
して、例えば、光論理回路素子といった応用分野に用い
ることができる。
The light control device and light control composite device of the present invention can realize, for example, very low-loss optical signal transmission.
It can be used for optical information processing using a system using an optical fiber. Further, the optical switching element can be used in an application field such as an optical logic circuit element.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
ファイバー通信用波長域(波長1.5μm帯)の入射光
の強度を、その入射光自体の強度に応じて安定的に負性
制御できる光制御素子を提供できる。
As described above, according to the present invention, the intensity of incident light in the wavelength range for optical fiber communication (wavelength 1.5 μm band) can be stably made negative according to the intensity of the incident light itself. A controllable light control element can be provided.

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

【図1】 エルビウムを3%添加したニオブ酸リチウム
単結晶からなる光制御素子用光透過性媒体について、波
長1.55μm付近での光透過スペクトルを示すグラフ
である。
FIG. 1 is a graph showing a light transmission spectrum near a wavelength of 1.55 μm for a light transmission medium for a light control element made of lithium niobate single crystal to which 3% of erbium is added.

【図2】 Er3+のエネルギー準位図である。FIG. 2 is an energy level diagram of Er 3+ .

【図3】 周波数1kHzで強度変調した波長1.52
8μmから1.533μmの各入射光を、前記光透過性
媒体に入射させたときの、出射光の強度の変調状態の変
化を示すグラフである。
FIG. 3 shows a wavelength 1.52 intensity-modulated at a frequency of 1 kHz.
It is a graph which shows the change of the modulation | alteration state of the intensity | strength of the emitted light when each incident light of 8 micrometers-1.533 micrometers is made to inject into the said light permeation medium.

【図4】 (a)は、光制御素子5Aを概略的に示す斜
視図であり、(b)は、光制御素子5Bを概略的に示す
斜視図であり、(c)は、光制御複合素子15を概略的
に示す斜視図である。
4A is a perspective view schematically showing a light control element 5A, FIG. 4B is a perspective view schematically showing a light control element 5B, and FIG. 4C is a light control composite. FIG. 2 is a perspective view schematically showing an element 15.

【図5】 前記光制御複合素子への印加電圧と応答波長
領域との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a voltage applied to the light control composite device and a response wavelength region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光路を形成するバルク体,2A、2B、2C、2
D、2E、2F 制御電極,3 入射光,4 出射光,
5A、5B 光制御素子,5C、5D、5E 光制御複
合素子15を構成する複数の光制御素子,10 光導波
路基板,11 光路を形成する光導波路,12A、12
B 光導波路11の制御電極,15 光制御複合素子,
E0 415/2準位, E1 413/2準位,E2 4
9/2 準位,σ1 E0−E1準位間遷移,σ2 E1
−E2間準位間遷移,A43、B32E2( 49/2 )から
E1( 413/2)への緩和
1. Bulk body forming optical path, 2A, 2B, 2C, 2
D, 2E, 2F control electrode, 3 incident light, 4 outgoing light,
5A, 5B Light control elements, 5C, 5D, 5E Plural light control elements constituting light control composite element 15, 10 Optical waveguide substrate, 11 Optical waveguide forming optical path, 12A, 12
B control electrode of optical waveguide 11, 15 optical control composite element,
E0 4 I 15/2 level position, E1 4 I 13/2 level position, E2 4
I 9/2 level, σ 1 E0-E1 level transition, σ 2 E1
-E2 between levels between transitions, A 43, B 32 E2 relief from (4 I 9/2) E1 to (4 I 13/2)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H079 AA02 AA12 BA04 CA07 DA03 EA03 EA11 EB04 EB05 GA01 HA04 HA07 KA11 5F072 AB01 AB20 AK03 AK07 JJ13 JJ20 MM20 RR01 YY15  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H079 AA02 AA12 BA04 CA07 DA03 EA03 EA11 EB04 EB05 GA01 HA04 HA07 KA11 5F072 AB01 AB20 AK03 AK07 JJ13 JJ20 MM20 RR01 YY15

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 波長1.5μm帯の入射光を入射させ、
出射光を出射させるための光路であって少なくともエル
ビウムを含有する光透過性媒体からなる光路を備えてお
り、光透過性媒体内において出射光の強度を入射光の強
度に応じて特定の応答波長領域で負性制御する光制御素
子において、前記光制御素子が光路に電圧を印加する電
圧印加手段を備えており、光路に印加される電圧によっ
て光透過性媒体の応答波長領域を制御することを特徴と
する、波長1.5μm帯用の光制御素子。
1. An incident light having a wavelength of 1.5 μm is made incident,
An optical path for emitting outgoing light, comprising an optical path made of a light-transmitting medium containing at least erbium, wherein the intensity of the outgoing light in the light-transmitting medium is adjusted to a specific response wavelength according to the intensity of incident light. In a light control element that performs negative control in a region, the light control element includes a voltage applying unit that applies a voltage to an optical path, and controls a response wavelength region of the light transmissive medium by a voltage applied to the optical path. Characteristic light control element for 1.5 μm wavelength band.
【請求項2】 前記電圧印加手段が複数設けられている
ことを特徴とする、請求項1記載の光制御素子。
2. The light control element according to claim 1, wherein a plurality of said voltage applying means are provided.
【請求項3】 前記光透過性媒体の母材が誘電体材料で
あることを特徴とする、請求項1記載の光制御素子。
3. The light control element according to claim 1, wherein a base material of said light transmitting medium is a dielectric material.
【請求項4】 前記誘電体材料が強誘電体材料であるこ
とを特徴とする、請求項3記載の光制御素子。
4. The light control device according to claim 3, wherein said dielectric material is a ferroelectric material.
【請求項5】 波長1.5μm帯用の光制御素子を複数
個備えている光制御複合素子であって、 複数の光制御素子が直列に接続されており、各光制御素
子が、それぞれ、波長1.5μm帯の入射光を入射さ
せ、出射光を出射させるための光路であって少なくとも
エルビウムを含有する光透過性媒体からなる光路を備え
ており、光透過性媒体内において出射光の強度を入射光
の強度に応じて特定の応答波長領域で負性制御してお
り、かつ各光制御素子における各光透過性媒体の応答波
長領域が相異なることを特徴とする、光制御複合素子。
5. An optical control composite device comprising a plurality of light control elements for a wavelength band of 1.5 μm, wherein a plurality of light control elements are connected in series, and each light control element is An optical path for allowing incident light in a wavelength band of 1.5 μm to enter and emitting outgoing light, the optical path including at least an erbium-containing light transmitting medium, and the intensity of the outgoing light in the light transmitting medium. A light control composite device, wherein the light control medium is negatively controlled in a specific response wavelength region according to the intensity of incident light, and the response wavelength regions of the respective light transmitting media in the respective light control devices are different.
【請求項6】 少なくとも一つの光制御素子が、前記光
路に電圧を印加する電圧印加手段を備えており、光路に
印加される電圧によって前記光透過性媒体の応答波長領
域がシフトしていることを特徴とする、請求項5記載の
光制御複合素子。
6. At least one light control element includes voltage applying means for applying a voltage to the optical path, and a response wavelength region of the light transmitting medium is shifted by the voltage applied to the optical path. 6. The light control composite device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記光路が前記光透過性媒体からなるバ
ルク体であり、このバルク体の光伝搬方向に沿って複数
の電圧印加手段が設けられており、これによってバルク
体に複数の光制御素子が設けられていることを特徴とす
る、請求項6記載の光制御複合素子。
7. The optical path is a bulk body made of the light-transmitting medium, and a plurality of voltage applying means are provided along a light propagation direction of the bulk body, whereby a plurality of light control units are provided in the bulk body. The light control composite device according to claim 6, wherein the device is provided.
【請求項8】 前記光制御複合素子が光導波路基板を備
えており、前記光路がこの光導波路基板に形成されてい
る光導波路からなり、この光導波路の光伝搬方向に沿っ
て複数の電圧印加手段が設けられており、これによって
複数の光制御素子が直列に設けられていることを特徴と
する、請求項6記載の光制御複合素子。
8. The optical control composite device includes an optical waveguide substrate, wherein the optical path comprises an optical waveguide formed on the optical waveguide substrate, and a plurality of voltage application devices are provided along a light propagation direction of the optical waveguide. 7. The light control composite device according to claim 6, wherein means are provided, whereby a plurality of light control devices are provided in series.
【請求項9】 前記各光制御素子の各光路を形成する各
光透過性媒体が、エルビウムと、互いに相異なる母材と
からなることを特徴とする、請求項5記載の光制御複合
素子。
9. The light control composite device according to claim 5, wherein each light transmitting medium forming each light path of each light control device is made of erbium and a base material different from each other.
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