JP2002006350A - 光信号の超高速時間空間変換方法 - Google Patents
光信号の超高速時間空間変換方法Info
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- JP2002006350A JP2002006350A JP2000184604A JP2000184604A JP2002006350A JP 2002006350 A JP2002006350 A JP 2002006350A JP 2000184604 A JP2000184604 A JP 2000184604A JP 2000184604 A JP2000184604 A JP 2000184604A JP 2002006350 A JP2002006350 A JP 2002006350A
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3536—Four-wave interaction
Abstract
(57)【要約】
【課題】 室温において光信号の時間−空間変換を効率
よく実現することができる光信号の超高速時間空間変換
方法を提供する。 【解決手段】 ４光波混合を利用する光信号の超高速時
間空間変換方法において、非線形物質４として有機無機
複合型自己組織化量子井戸構造を有する材料を用いるこ
とにより、室温において応答時間１０ｐｓ以下かつ３次
の非線形感受率１０-6ｅｓｕ以上の性能を有する。
よく実現することができる光信号の超高速時間空間変換
方法を提供する。 【解決手段】 ４光波混合を利用する光信号の超高速時
間空間変換方法において、非線形物質４として有機無機
複合型自己組織化量子井戸構造を有する材料を用いるこ
とにより、室温において応答時間１０ｐｓ以下かつ３次
の非線形感受率１０-6ｅｓｕ以上の性能を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピコ秒からサブピ
コ秒の範囲の時間波形を持った光信号を空間波形に投影
することで、電子光学素子では測定不可能な超高速光信
号を読むために必要な超高速時間空間変換方法に関する
ものである。
コ秒の範囲の時間波形を持った光信号を空間波形に投影
することで、電子光学素子では測定不可能な超高速光信
号を読むために必要な超高速時間空間変換方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】現在の超短光パルス発生技術はサブピコ
秒の光パルスを安定に発生させることができ、それを用
いたＴｂｉｔｓ／ｓクラスの光信号を生成することがで
きる。
秒の光パルスを安定に発生させることができ、それを用
いたＴｂｉｔｓ／ｓクラスの光信号を生成することがで
きる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
光検出器の応答速度は速いものでも数ＧＨｚ程度である
から、Ｔｂｉｔｓ／ｓクラスの超高速光信号を直接読み
取ることはできない。
光検出器の応答速度は速いものでも数ＧＨｚ程度である
から、Ｔｂｉｔｓ／ｓクラスの超高速光信号を直接読み
取ることはできない。
【０００４】なお、Ｔｂｉｔｓ／ｓクラスの光信号を読
み取る方法として、フーリエ変換を利用した時間空間変
換方法があり（特開平５−７２０４７号公報参照）、デ
モンストレーションした例があるが、それらは極低温に
おける半導体の励起子共鳴を利用しているため、室温に
おいての動作は不可能であった。
み取る方法として、フーリエ変換を利用した時間空間変
換方法があり（特開平５−７２０４７号公報参照）、デ
モンストレーションした例があるが、それらは極低温に
おける半導体の励起子共鳴を利用しているため、室温に
おいての動作は不可能であった。
【０００５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、その目的は室温において光信号の時間−
空間変換を効率よく実現することができる光信号の超高
速時間空間変換方法を提供することにある。
たものであり、その目的は室温において光信号の時間−
空間変換を効率よく実現することができる光信号の超高
速時間空間変換方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕４光波混合を利用する光信号の超
高速時間空間変換方法において、非線形物質として有機
無機複合型自己組織化量子井戸構造を有する材料を用い
ることにより、室温において応答時間１０ｐｓ以下、か
つ３次の非線形感受率１０-6ｅｓｕ以上の性能を有する
ことを特徴とする。
成するために、〔１〕４光波混合を利用する光信号の超
高速時間空間変換方法において、非線形物質として有機
無機複合型自己組織化量子井戸構造を有する材料を用い
ることにより、室温において応答時間１０ｐｓ以下、か
つ３次の非線形感受率１０-6ｅｓｕ以上の性能を有する
ことを特徴とする。
【０００７】〔２〕上記〔１〕記載の光信号の超高速時
間空間変換方法において、有機無機複合型自己組織化量
子井戸構造を有する材料が、沃化鉛系層状ペロブスカイ
ト物質であることを特徴とする。
間空間変換方法において、有機無機複合型自己組織化量
子井戸構造を有する材料が、沃化鉛系層状ペロブスカイ
ト物質であることを特徴とする。
【０００８】本発明の光信号の超高速時間空間変換方法
は、時間波形の情報を持った光信号を回折格子で回折さ
せることによって、空間的に遅延時間のついた時空間波
形を作成し、その時空間波形を非線形物質中で読み出し
パルスと４光波混合を利用することで、短い時間で切り
出すようにする。
は、時間波形の情報を持った光信号を回折格子で回折さ
せることによって、空間的に遅延時間のついた時空間波
形を作成し、その時空間波形を非線形物質中で読み出し
パルスと４光波混合を利用することで、短い時間で切り
出すようにする。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の光信号の超高速時
間空間変換方法を示す模式図である。
間空間変換方法を示す模式図である。
【００１０】この図において、１は信号光ＰS 、２は回
折格子、３はレンズ、４は非線形物質、５は読み出しパ
ルスＰR 、６は自己回折光である。
折格子、３はレンズ、４は非線形物質、５は読み出しパ
ルスＰR 、６は自己回折光である。
【００１１】４光波混合を行う読み出しパルスＰ
R （５）は、切り出しの役目を持つので、そのパルス幅
Ｔr は信号光ＰS （１）の時間幅Ｔより短くなければい
けない。また、非線形物質４上に集光した時の空間的広
がりの大きさは、同じく非線形物質４上での信号光ＰS
の空間的大きさより大きくなければならない。
R （５）は、切り出しの役目を持つので、そのパルス幅
Ｔr は信号光ＰS （１）の時間幅Ｔより短くなければい
けない。また、非線形物質４上に集光した時の空間的広
がりの大きさは、同じく非線形物質４上での信号光ＰS
の空間的大きさより大きくなければならない。
【００１２】入射する信号光ＰS は非線形物質４の位相
緩和時間Ｔ2 の時定数で裾を引くので、得られる空間波
形もＴ2 に対応する分だけ空間的に裾を引く。従って、
Ｔ2は読み取りの時間分解能を低下させる。この低下を
生じさせないためには、Ｔ2は読み出しパルスＰR のパ
ルス幅Ｔr より小さくなければならない。
緩和時間Ｔ2 の時定数で裾を引くので、得られる空間波
形もＴ2 に対応する分だけ空間的に裾を引く。従って、
Ｔ2は読み取りの時間分解能を低下させる。この低下を
生じさせないためには、Ｔ2は読み出しパルスＰR のパ
ルス幅Ｔr より小さくなければならない。
【００１３】上記の条件を満たせば、読み出しパルスの
自己回折光の空間パターンＳ（ｘ）は、
自己回折光の空間パターンＳ（ｘ）は、
【００１４】
【数１】
【００１５】となる。ここで、Ｉr （ｔ）は読み出しパ
ルスの時間波形、Ｉs （ｔ）は信号光の時間波形であ
る。すなわち、読み出しパルスの時間幅をＴr としたと
きに、信号光の時間波形をＴr ／√２の幅でコンボリュ
ーションしたものとなる。
ルスの時間波形、Ｉs （ｔ）は信号光の時間波形であ
る。すなわち、読み出しパルスの時間幅をＴr としたと
きに、信号光の時間波形をＴr ／√２の幅でコンボリュ
ーションしたものとなる。
【００１６】この方法では信号波形および読み出しパル
スの正確なフーリエ変換を作る必要がないため、図１に
おいて、回折格子２とレンズ３の間の距離、およびレン
ズ３と非線形物質４の間の距離を正確にレンズ３の焦点
距離ｆにする必要がない。したがって光学系の厳格な微
調整を必要としないところに特徴がある。
スの正確なフーリエ変換を作る必要がないため、図１に
おいて、回折格子２とレンズ３の間の距離、およびレン
ズ３と非線形物質４の間の距離を正確にレンズ３の焦点
距離ｆにする必要がない。したがって光学系の厳格な微
調整を必要としないところに特徴がある。
【００１７】この時間→空間変換は、時分割された光デ
ジタル信号のシリアル・パラレル変換に応用することが
できる。すなわち、図２に示すように、Ｔｂｉｔｓ／ｓ
クラスの超高速信号を持つ信号パケットを、順次パケッ
トごとにパラレル信号に変換することが可能である。
ジタル信号のシリアル・パラレル変換に応用することが
できる。すなわち、図２に示すように、Ｔｂｉｔｓ／ｓ
クラスの超高速信号を持つ信号パケットを、順次パケッ
トごとにパラレル信号に変換することが可能である。
【００１８】上記シリアル→パラレル変換を実現するた
めには、非線形物質のエネルギー緩和時間Ｔ1 がパケッ
ト間隔Ｔp よりも小さいことが必要である。そうでなけ
れば、信号パケットと読み出し光が４光波混合を行う際
に、一つ前のパケットで作られた動的回折格子が残って
いるため、信号の変換に誤りが生じることになる。
めには、非線形物質のエネルギー緩和時間Ｔ1 がパケッ
ト間隔Ｔp よりも小さいことが必要である。そうでなけ
れば、信号パケットと読み出し光が４光波混合を行う際
に、一つ前のパケットで作られた動的回折格子が残って
いるため、信号の変換に誤りが生じることになる。
【００１９】光デジタル信号のシリアル信号ＳS からパ
ラレル信号ＳP へのシリアル→パラレル変換では、各ビ
ットが「１」か「０」かが分かれば良いので、一つのビ
ット波形は崩れても隣のビットと分離できていれば問題
は生じない。したがって、非線形物質の位相緩和時間Ｔ
2 の条件は、上記の場合より緩和されて、ビット間隔Ｔ
b よりも小さければ良い。
ラレル信号ＳP へのシリアル→パラレル変換では、各ビ
ットが「１」か「０」かが分かれば良いので、一つのビ
ット波形は崩れても隣のビットと分離できていれば問題
は生じない。したがって、非線形物質の位相緩和時間Ｔ
2 の条件は、上記の場合より緩和されて、ビット間隔Ｔ
b よりも小さければ良い。
【００２０】本発明の光信号の超高速時間空間変換方法
を室温におけるＴｂｉｔｓ／ｓクラスのシリアル→パラ
レル変換に用いた例を示す。上記の条件を満足する非線
形物質として、有機無機複合型量子井戸構造を有する沃
化鉛系層状ペロブスカイト物質（Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 ）2 Ｐ
ｂＩ4 （以下、Ｃ６と略す）を用いた。Ｃ６の結晶構造
を図３に示す。この図３において、８は井戸層〔ＰｂＩ
6 〕4-、９はバリア層〔Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 〕+ である。
を室温におけるＴｂｉｔｓ／ｓクラスのシリアル→パラ
レル変換に用いた例を示す。上記の条件を満足する非線
形物質として、有機無機複合型量子井戸構造を有する沃
化鉛系層状ペロブスカイト物質（Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 ）2 Ｐ
ｂＩ4 （以下、Ｃ６と略す）を用いた。Ｃ６の結晶構造
を図３に示す。この図３において、８は井戸層〔ＰｂＩ
6 〕4-、９はバリア層〔Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 〕+ である。
【００２１】このＣ６は、無機ＰｂＩ6 八面体が、２次
元的に広がり量子井戸を形成し、有機Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 が
バリア層を形成する。井戸の中には束縛エネルギーの大
きな（Ｅb ≒３００ｍｅＶ）励起子が存在し、その励起
子共鳴の波長において、室温でχ(3) ≒１０-6ｅｓｕと
大きな３次の非線形感受率を有する。また、緩和時間も
Ｔ1 ≒７ｐｓ、Ｔ2 ＜１ｐｓと短いので、超高速シリア
ル→パラレル変換のための非線形物質として最適であ
る。
元的に広がり量子井戸を形成し、有機Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 が
バリア層を形成する。井戸の中には束縛エネルギーの大
きな（Ｅb ≒３００ｍｅＶ）励起子が存在し、その励起
子共鳴の波長において、室温でχ(3) ≒１０-6ｅｓｕと
大きな３次の非線形感受率を有する。また、緩和時間も
Ｔ1 ≒７ｐｓ、Ｔ2 ＜１ｐｓと短いので、超高速シリア
ル→パラレル変換のための非線形物質として最適であ
る。
【００２２】実験配置を図４に示す。２００ｆｓのレー
ザーパルスの波長をＣ６（１３）の励起子共鳴（５３０
ｎｍ）に合わせ、そのパルスから８ビットのシリアル信
号１１を作成する。このシリアル信号１１を回折格子１
２で回折させ遅延時間をつけた後、Ｃ６（１３）上に集
光し、読み出しパルスと４光波混合を行う。読み出しパ
ルス１４の自己回折光をストリークカメラ１５で検出
し、その時間・空間特性を測定する。なお、１６，１
７，１９はレンズ、１８はミラーである。なお、ｋ r は
読み出し光の方向、ｋS は信号光の方向であり、Ｃ６
（１３）で変換された光が２ｋr −ｋS 方向に出射され
ることを示している。
ザーパルスの波長をＣ６（１３）の励起子共鳴（５３０
ｎｍ）に合わせ、そのパルスから８ビットのシリアル信
号１１を作成する。このシリアル信号１１を回折格子１
２で回折させ遅延時間をつけた後、Ｃ６（１３）上に集
光し、読み出しパルスと４光波混合を行う。読み出しパ
ルス１４の自己回折光をストリークカメラ１５で検出
し、その時間・空間特性を測定する。なお、１６，１
７，１９はレンズ、１８はミラーである。なお、ｋ r は
読み出し光の方向、ｋS は信号光の方向であり、Ｃ６
（１３）で変換された光が２ｋr −ｋS 方向に出射され
ることを示している。
【００２３】例えば、ビット間隔Ｔb ＝１ｐｓの信号パ
ケットを２つ作成し、そのパケット間隔をＴp ＝３０ｐ
ｓとした場合の結果を図５に示す。
ケットを２つ作成し、そのパケット間隔をＴp ＝３０ｐ
ｓとした場合の結果を図５に示す。
【００２４】図５から明らかなように、２つのシリアル
信号ＳS が空間パターンに投影されパラレル信号ＳP に
変換されていることが分かる。
信号ＳS が空間パターンに投影されパラレル信号ＳP に
変換されていることが分かる。
【００２５】Ｃ６はＴ1 ≒７ｐｓ、Ｔ2 ＜１ｐｓなの
で、ビット間隔は１ｐｓ程度が限界である。パケット間
隔は７ｐｓ程度まで近づけることが原理的に可能であ
り、実際にＴp ＝７ｐｓとして測定を行った。ストリー
クカメラ１５の時間軸方向で信号を切り出したものが図
６である。２つのパケット間の重なりが生じているが、
分離されて別の信号パケットとして読み取れることが分
かる。これにより、応答速度１０ピコ秒以下（すなわち
変換サイクル１００ＧＨｚ以上）で、Ｔｂｉｔｓ／ｓの
光信号をシリアル→パラレル変換できることが分かる。
で、ビット間隔は１ｐｓ程度が限界である。パケット間
隔は７ｐｓ程度まで近づけることが原理的に可能であ
り、実際にＴp ＝７ｐｓとして測定を行った。ストリー
クカメラ１５の時間軸方向で信号を切り出したものが図
６である。２つのパケット間の重なりが生じているが、
分離されて別の信号パケットとして読み取れることが分
かる。これにより、応答速度１０ピコ秒以下（すなわち
変換サイクル１００ＧＨｚ以上）で、Ｔｂｉｔｓ／ｓの
光信号をシリアル→パラレル変換できることが分かる。
【００２６】このシステムの変換効率は、信号光および
読み出し光の強度に依存する。
読み出し光の強度に依存する。
【００２７】上記の実験ではパルスエネルギーとして数
ｎＪを用いた。その場合の変換効率は０．１％程度であ
る。この値は決して大きくはないが、通常の光検出器の
感度に対しては十分である。
ｎＪを用いた。その場合の変換効率は０．１％程度であ
る。この値は決して大きくはないが、通常の光検出器の
感度に対しては十分である。
【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００２９】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
超高速時間−空間変換方法によると、次のような効果を
奏することができる。
超高速時間−空間変換方法によると、次のような効果を
奏することができる。
【００３０】（Ａ）現存する電子光学素子では測定不可
能なピコ秒からサブピコ秒領域の時間波形を、空間パタ
ーンに変換することで測定することが可能となる。
能なピコ秒からサブピコ秒領域の時間波形を、空間パタ
ーンに変換することで測定することが可能となる。
【００３１】（Ｂ）室温において大きな３次の非線形感
受率および短い緩和時間を持つ沃化系層状ペロブスカイ
ト物質を用いることで、室温においてＴｂｉｔｓ／ｓク
ラスの光信号をシリアル−パラレル変換することが可能
となる。
受率および短い緩和時間を持つ沃化系層状ペロブスカイ
ト物質を用いることで、室温においてＴｂｉｔｓ／ｓク
ラスの光信号をシリアル−パラレル変換することが可能
となる。
【図１】本発明の超高速時間空間変換の原理を説明する
ための原理図である。
ための原理図である。
【図２】本発明を光信号のシリアル−パラレル変換に利
用した例を示す図である。
用した例を示す図である。
【図３】（Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 ）2 ＰｂＩ4 の結晶構造を示
す図である。
す図である。
【図４】シリアル−パラレル変換の実験配置図である。
【図５】シリアル−パラレル変換の実験結果の１例を示
す図である。
す図である。
【図６】信号パケット間隔に関する性能を評価するため
の図である。
の図である。
１ 信号光ＰS ２，１２ 回折格子 ３，１６，１７，１９ レンズ ４ 非線形物質 ５，１４ 読み出しパルスＰR ６ 自己回折光 ８ 井戸層〔ＰｂＩ6 〕4- ９ バリア層〔Ｃ6 Ｈ13ＮＨ3 〕+ １１ シリアル信号 １３ 沃化鉛系層状ペロブスカイト物質（Ｃ６） １５ ストリークカメラ １８ ミラー
Claims (2)
- 【請求項１】 ４光波混合を利用する光信号の超高速時
間空間変換方法において、非線形物質として有機無機複
合型自己組織化量子井戸構造を有する材料を用いること
により、室温において応答時間１０ｐｓ以下かつ３次の
非線形感受率１０-6ｅｓｕ以上の性能を有することを特
徴とする光信号の超高速時間空間変換方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の光信号の超高速時間空間
変換方法において、前記有機無機複合型自己組織化量子
井戸構造を有する材料が、沃化鉛系層状ペロブスカイト
物質であることを特徴とする光信号の超高速時間空間変
換方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184604A JP2002006350A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 光信号の超高速時間空間変換方法 |
| PCT/JP2000/008365 WO2001098824A1 (fr) | 2000-06-20 | 2000-11-28 | Procede de conversion temps-espace a tres grande vitesse d'un signal optique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184604A JP2002006350A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 光信号の超高速時間空間変換方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002006350A true JP2002006350A (ja) | 2002-01-09 |
Family
ID=18685021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000184604A Pending JP2002006350A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 光信号の超高速時間空間変換方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002006350A (ja) |
| WO (1) | WO2001098824A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04333830A (ja) * | 1991-05-10 | 1992-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体結晶および非線形光学信号処理装置 |
| JPH0572047A (ja) * | 1991-09-10 | 1993-03-23 | Res Dev Corp Of Japan | 超高速光波形測定法 |
| JPH0695177A (ja) * | 1992-09-17 | 1994-04-08 | Hamamatsu Photonics Kk | 光シリアル−パラレル変換器 |
| JPH0695178A (ja) * | 1992-09-17 | 1994-04-08 | Hamamatsu Photonics Kk | 光波形測定装置 |
| JPH0743765A (ja) * | 1993-07-28 | 1995-02-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光直列並列変換回路 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5353149A (en) * | 1992-09-17 | 1994-10-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | Apparatus for affecting time-space conversion on a light signal changing at ultra-high speed |
-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000184604A patent/JP2002006350A/ja active Pending
- 2000-11-28 WO PCT/JP2000/008365 patent/WO2001098824A1/ja unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04333830A (ja) * | 1991-05-10 | 1992-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体結晶および非線形光学信号処理装置 |
| JPH0572047A (ja) * | 1991-09-10 | 1993-03-23 | Res Dev Corp Of Japan | 超高速光波形測定法 |
| JPH0695177A (ja) * | 1992-09-17 | 1994-04-08 | Hamamatsu Photonics Kk | 光シリアル−パラレル変換器 |
| JPH0695178A (ja) * | 1992-09-17 | 1994-04-08 | Hamamatsu Photonics Kk | 光波形測定装置 |
| JPH0743765A (ja) * | 1993-07-28 | 1995-02-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光直列並列変換回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2001098824A1 (fr) | 2001-12-27 |
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