JP2006023334A - Optical switch and its manufacturing method, and optical distributing device and optical multiplexing device using optical switch - Google Patents

Optical switch and its manufacturing method, and optical distributing device and optical multiplexing device using optical switch Download PDF

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Satoshi Tatsuura
智 辰浦
Takashi Matsubara
崇史 松原
Izumi Iwasa
泉 岩佐
Taminori Den
民権 田
Makoto Furuki
真 古木
Yasuhiro Sato
康郊 佐藤
Hiroyuki Mitsu
博之 三津
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switch which is excellent in light resistance, is ultrafast/highly efficient and is low-cost, and its manufacturing method, and to provide an optical distributing device and an optical multiplexing device using the optical switch. <P>SOLUTION: The optical switch 1 has a low reflectance mirror 12, an active film 14 including a nonlinear optical material, and a high reflectance mirror 16 on a substrate 10 in this order. Film thickness of the active film 14 satisfies a resonance condition with respect to a wavelength of at least one out of signal light and control light, or a wavelength between [(λ<SB>1</SB>+λ<SB>2</SB>)/2]-λ<SB>2</SB>when the wavelengths of the signal and control light are represented by λ<SB>1</SB>and λ<SB>2</SB>respectively. Loss of the signal and control light caused by absorption of the substrate 10 is 10% or less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信または光情報処理において必要とされる、信号光を制御光により超高速でスイッチングする光スイッチ及びその製造方法、並びに光スイッチを用いた光分配装置及び光多重化装置に関する。   The present invention relates to an optical switch that switches signal light at a very high speed with control light, a manufacturing method thereof, and an optical distribution device and an optical multiplexing device that use the optical switch, which are required in optical communication or optical information processing.

将来の大容量光通信や超高速光情報処理に用いられる光スイッチには、従来の電気信号で光信号を制御する方式でなく、光信号で光信号を制御する方式が動作速度や機器の簡略化の点で有利である。本発明者等はこれまで、光通信波長領域で動作する超高速光スイッチを提供することを主たる目的に、有機非線形光学薄膜を用いた検討を進めてきた。その結果、大面積化が容易で生産性に優れた超高速光−光スイッチの開発に成功した(例えば、特許文献1参照。)。
当該光スイッチは、活性膜である有機非線形光学薄膜に、吸収近傍の制御光により屈折率変化を生じさせ、光カー効果を利用した光学配置により、高い効率で信号光のオン・オフを行うものである。
特開2003−315857号公報
For optical switches used in future large-capacity optical communications and ultra-high-speed optical information processing, the method of controlling optical signals with optical signals is not the conventional method of controlling optical signals with electrical signals, and the operating speed and equipment are simplified. This is advantageous from the viewpoint of conversion. The inventors of the present invention have so far conducted studies using an organic nonlinear optical thin film mainly for the purpose of providing an ultrafast optical switch operating in the optical communication wavelength region. As a result, they succeeded in developing an ultrafast optical-optical switch that is easy to increase in area and excellent in productivity (see, for example, Patent Document 1).
The optical switch is an active optical thin-film organic nonlinear optical thin film that changes the refractive index by control light in the vicinity of absorption, and turns the signal light on and off with high efficiency by optical arrangement using the optical Kerr effect. It is.
JP 2003-315857 A

加えて最近、本発明者等は、共振器構造を光スイッチに導入することでその性能を大幅に向上できることを見出した。当該発明の構成は、非線形光学材料薄膜を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面(層)を設け、他方の面に低反射率の反射面(層)を設けてなるものである。その具体的構成の一形態を図10に示す。図10に係る光スイッチ1’は、基板10上に、高反射率ミラー16と、活性膜14と、低反射率ミラー12と、保護層18とをこの順に積層されてなるものである。この光スイッチは、(a)低コスト性、(b)大面積性、(c)高速応答性、(d)低駆動エネルギーなどの特徴を有する。   In addition, the present inventors recently discovered that the performance can be greatly improved by introducing a resonator structure into an optical switch. In the configuration of the invention, a non-linear optical material thin film is used as an active film, a reflective surface (layer) having a high reflectance is provided on one surface of the active film, and a reflective surface (layer) having a low reflectance is provided on the other surface. It will be. One form of the specific configuration is shown in FIG. The optical switch 1 ′ according to FIG. 10 is formed by laminating a high reflectance mirror 16, an active film 14, a low reflectance mirror 12, and a protective layer 18 in this order on a substrate 10. This optical switch has features such as (a) low cost, (b) large area, (c) high-speed response, and (d) low driving energy.

上記構成の光スイッチにおいては、以下の点を改良することにより、さらに優れた光スイッチとすることができる。
(1) 活性膜14の上に形成する低反射率ミラー12としては誘電体多層膜が適しているが、誘電体多層膜の形成時に基板10の温度が上昇するため、活性膜14に主として用いられる有機材料が劣化することがある。
(2) 光スイッチ動作に伴う活性層14への損傷を軽減するには、保護層18の形成が有効であるが、入射光が保護層18を通過する構成とした場合、使用可能な保護層の材質、膜厚等に制約が生じる。
(3) レンズ等を用いて入射光を活性膜14に集光する場合、基板10を可動台座等に固定してレンズ−活性膜間の距離および煽り角度を精密に調整する必要があり、実用に際して利便性が低い。
In the optical switch having the above-described configuration, a further excellent optical switch can be obtained by improving the following points.
(1) Although the dielectric multilayer film is suitable as the low reflectance mirror 12 formed on the active film 14, the temperature of the substrate 10 rises during the formation of the dielectric multilayer film, so that it is mainly used for the active film 14. The organic material produced may deteriorate.
(2) The formation of the protective layer 18 is effective for reducing damage to the active layer 14 due to the optical switch operation. However, when the incident light is configured to pass through the protective layer 18, the usable protective layer can be used. There are restrictions on the material, film thickness, etc.
(3) When incident light is collected on the active film 14 using a lens or the like, it is necessary to fix the substrate 10 to a movable pedestal or the like and precisely adjust the distance between the lens and the active film and the angle of rotation, which is practical. The convenience is low.

本発明は共振器構造を有する光スイッチの構成を変えることで、上記(a)〜(d)の特徴を維持しながら(1)〜(3)の問題点を解決した光スイッチ及びその製造方法を提供するものである。さらに本発明は、当該光スイッチを用いた光分配装置及び光多重化装置を提供するものである。   The present invention is an optical switch that solves the problems (1) to (3) while maintaining the characteristics (a) to (d) by changing the configuration of an optical switch having a resonator structure, and a method for manufacturing the same. Is to provide. Furthermore, the present invention provides an optical distribution device and an optical multiplexing device using the optical switch.

即ち、本発明は、
<1> 基板上に、低反射率の反射面又は反射層と、非線形光学材料を含有する活性膜と、高反射率の反射面又は反射層と、をこの順に有し、前記基板側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たし、前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、10%以下である光スイッチである。
That is, the present invention
<1> On a substrate, a reflective surface or reflective layer having a low reflectance, an active film containing a nonlinear optical material, and a reflective surface or reflective layer having a high reflectance are arranged in this order, and a signal is transmitted from the substrate side. An optical switch that performs optical switching by irradiating light and control light, and the film thickness of the active film satisfies a resonance condition for at least one of the signal light and the control light, and is due to absorption of the substrate The loss of the signal light and the control light is an optical switch that is 10% or less.

<2> 基板上に、低反射率の反射面又は反射層と、非線形光学材料を含有する活性膜と、高反射率の反射面又は反射層と、をこの順に有し、前記基板側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、(λ1+λ2)/2〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たし、前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、10%以下である光スイッチである。 <2> On a substrate, a reflective surface or reflective layer having a low reflectance, an active film containing a nonlinear optical material, and a reflective surface or reflective layer having a high reflectance are arranged in this order, and a signal is transmitted from the substrate side. An optical switch that performs optical switching by irradiating light and control light, and the thickness of the active film is such that the wavelength of the signal light is λ 1 and the wavelength of the control light is λ 2 The optical switch satisfies a resonance condition for a wavelength between (λ 1 + λ 2 ) / 2 to λ 2, and the loss of the signal light and the control light due to absorption of the substrate is 10% or less.

<3> 前記活性膜の、前記低反射率の反射面又は反射層と接する面とは反対側の面に金属層を有し、前記高反射率の反射面は、前記活性膜と前記金属層との界面である<1>又は<2>に記載の光スイッチである。   <3> The active film has a metal layer on a surface opposite to the low-reflectance reflective surface or the surface in contact with the reflective layer, and the high-reflectivity reflective surface includes the active film and the metal layer. <1> or <2>, which is an interface with the optical switch.

<4> 前記低反射率の反射層は、誘電体多層膜である<1>又は<2>に記載の光スイッチである。   <4> The optical switch according to <1> or <2>, wherein the low-reflectivity reflective layer is a dielectric multilayer film.

<5> 前記非線形光学材料は、有機分子である<1>又は<2>に記載の光スイッチである。   <5> The optical switch according to <1> or <2>, wherein the nonlinear optical material is an organic molecule.

<6> 前記有機分子は、スクエアリリウム化合物である<5>に記載の光スイッチである。   <6> The optical switch according to <5>, wherein the organic molecule is a squarylium compound.

<7> 前記有機分子は、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物である<5>に記載の光スイッチである。   <7> The optical switch according to <5>, wherein the organic molecule is a dibenzofuranonyl methanolate compound.

<8> 前記光スイッチングは、前記非線形光学材料の光カー効果を利用して行われる<1>又は<2>に記載の光スイッチである。   <8> The optical switch according to <1> or <2>, wherein the optical switching is performed using an optical Kerr effect of the nonlinear optical material.

<9> 前記基板の前記活性膜を有する面とは反対側の面に、光軸に垂直な平面を有するレンズの平面部を当接するように設け、前記基板の厚さを前記レンズの焦点距離と等しくした<1>又は<2>に記載の光スイッチである。   <9> A surface of the substrate opposite to the surface having the active film is provided so as to abut a plane portion of a lens having a plane perpendicular to the optical axis, and the thickness of the substrate is set to a focal length of the lens. The optical switch according to <1> or <2>, which is equal to:

<10> 基板上に、誘電体多層膜と、非線形光学材料を含有する活性膜と、金属層と、をこの順に設ける光スイッチの製造方法である。   <10> An optical switch manufacturing method in which a dielectric multilayer film, an active film containing a nonlinear optical material, and a metal layer are provided in this order on a substrate.

<11> <1>乃至<9>のいずれか1つに記載の光スイッチを用いた光分配装置である。   <11> An optical distribution device using the optical switch according to any one of <1> to <9>.

<12> <1>乃至<9>のいずれか1つに記載の光スイッチを用いた光多重化装置である。   <12> An optical multiplexing device using the optical switch according to any one of <1> to <9>.

本発明によれば、耐光性に優れた超高速・高効率光スイッチを低コストで提供可能である。また、モジュール性能を高め、同時に作製プロセスを簡易化できるなど、超高速光スイッチングシステム形成において寄与するところが極めて大きい。
さらに、本発明の光分配装置及び光多重化装置は、本発明の光スイッチを用いるため、超高速動作が可能である。
According to the present invention, it is possible to provide an ultrahigh-speed and high-efficiency optical switch excellent in light resistance at a low cost. In addition, it greatly contributes to the formation of ultrafast optical switching systems, such as improving module performance and simplifying the manufacturing process at the same time.
Furthermore, since the optical distribution device and the optical multiplexing device of the present invention use the optical switch of the present invention, they can operate at a very high speed.

以下、本発明の光スイッチ及びその製造方法、並びに光スイッチを用いた光分配装置及び光多重化装置について詳細に説明する。
<光スイッチ>
本発明の光スイッチは、基板上に、低反射率の反射面又は反射層と、非線形光学材料を含有する活性膜と、高反射率の反射面又は反射層と、をこの順に有し、前記基板側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方、又は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、(λ1+λ2)/2〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たし、前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、10%以下のものである。
本発明の光スイッチにおいては、低反射率の反射面又は反射層と、非線形光学材料を含有する活性膜と、高反射率の反射面又は反射層とで非対称な共振器が構成される。この非対称の共振器により、高いスイッチング効率と短い応答時間を兼ね備えた光スイッチが実現できる。
Hereinafter, an optical switch and a manufacturing method thereof, and an optical distribution device and an optical multiplexing device using the optical switch will be described in detail.
<Optical switch>
The optical switch of the present invention has, on the substrate, a low-reflectivity reflecting surface or reflecting layer, an active film containing a nonlinear optical material, and a high-reflecting reflecting surface or reflecting layer in this order, An optical switch that performs optical switching by irradiating signal light and control light from the substrate side, wherein the thickness of the active film is at least one of the signal light and the control light, or the wavelength of the signal light. When λ 1 and the wavelength of the control light is λ 2 , a resonance condition is satisfied with respect to a wavelength between (λ 1 + λ 2 ) / 2 to λ 2, and the signal light and the signal light due to absorption of the substrate The loss of control light is 10% or less.
In the optical switch of the present invention, an asymmetric resonator is constituted by a reflection surface or reflection layer having a low reflectance, an active film containing a nonlinear optical material, and a reflection surface or reflection layer having a high reflectance. With this asymmetric resonator, an optical switch having high switching efficiency and short response time can be realized.

本発明において、前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、下記方法により測定された値をいう。
所望の波長における透過率(T)および反射率(R)を測定し、反射分を補正した透過率T'=T/(1-R)より損失(1−T')を決定する。
前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、5%以下が好ましく、1%以下がさらに好ましい。
In the present invention, the loss of the signal light and the control light due to the absorption of the substrate is a value measured by the following method.
The transmittance (T) and reflectance (R) at a desired wavelength are measured, and the loss (1-T ′) is determined from the transmittance T ′ = T / (1-R) corrected for the reflection.
The loss of the signal light and the control light due to the absorption of the substrate is preferably 5% or less, and more preferably 1% or less.

3次の非線形光学効果の一種である光カー効果の場合、出力信号の振幅Fは、活性膜内の入力信号光の電場振幅E1および活性膜の厚さdに比例し、さらに活性膜内の制御光の電場振幅E2の2乗に比例する。すなわちFは下記式(1)で表される。 In the case of the optical Kerr effect which is a kind of third-order nonlinear optical effect, the amplitude F of the output signal is proportional to the electric field amplitude E 1 of the input signal light in the active film and the thickness d of the active film. Is proportional to the square of the electric field amplitude E 2 of the control light. That is, F is represented by the following formula (1).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

式(1)において、χ(3)は活性膜の3次非線形感受率を表す。
また、出力信号の強度IはF2に比例するので、出力信号強度はE1 2およびE2 4に比例する。比例係数をCとすると、出力信号強度は下記式(2)で表される。
In equation (1), χ (3) represents the third-order nonlinear susceptibility of the active film.
Further, since the intensity I of the output signal is proportional to F 2 , the output signal intensity is proportional to E 1 2 and E 2 4 . When the proportionality coefficient is C, the output signal intensity is expressed by the following equation (2).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

従って、制御光および信号光を共に共振させてE1とE2とを入射光の振幅に対して増大させることによって、大きな出力信号を得ることができる。たとえば、E1およびE2をそれぞれ2倍にすることができれば、出力信号は64倍になる。 Therefore, a large output signal can be obtained by resonating both the control light and the signal light and increasing E 1 and E 2 with respect to the amplitude of the incident light. For example, if E 1 and E 2 can each be doubled, the output signal will be 64 times.

次に、本発明の光スイッチの作用について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の光スイッチの第一実施形態を示す断面図である。光スイッチ1は、基板10上に、低反射率の反射層である低反射率ミラー12と、活性膜14と、高反射率の反射層である高反射率ミラー16と、保護層18と、をこの順に積層してなる。なお、基板10、低反射率ミラー12、活性膜14、高反射率ミラー16及び保護層18に用いられる具体的な材料については後述する。
光スイッチ1において、活性膜14の厚さをdと、低反射率ミラー12の反射率をR1と、高反射率ミラー16の反射率をR2とする。また活性膜14の屈折率をnとする。nは波長λにより変化し、また活性膜14を構成する非線形光学材料に吸収があるときにはnは複素数である。
Next, the operation of the optical switch of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the optical switch of the present invention. The optical switch 1 includes a low-reflectivity mirror 12, which is a low-reflectance reflective layer, an active film 14, a high-reflectivity mirror 16, which is a high-reflectivity reflective layer, a protective layer 18, on a substrate 10. Are laminated in this order. Specific materials used for the substrate 10, the low reflectivity mirror 12, the active film 14, the high reflectivity mirror 16, and the protective layer 18 will be described later.
In the optical switch 1, the thickness of the active film 14 is d, the reflectance of the low reflectance mirror 12 is R 1, and the reflectance of the high reflectance mirror 16 is R 2 . The refractive index of the active film 14 is n. n varies depending on the wavelength λ, and when the nonlinear optical material constituting the active film 14 has absorption, n is a complex number.

光スイッチ1に垂直に波長λの信号光が入射した場合、膜厚dにより膜内の電場最大値はおよそ図2のように周期的に変化する。図2は、活性膜14の膜厚dの変化に対する電場振幅の変化を表す。波長λA及び波長λBは、各々1550nm及び1630nmである。
低反射率ミラー12及び高反射率ミラー16による反射における位相変化が各々φ1とφ2とであるときには、波長λと膜厚dとが下記式(3)に一致したとき、共振により内部電場は最大になる。
When signal light having a wavelength λ is incident on the optical switch 1 perpendicularly, the maximum electric field value in the film changes periodically as shown in FIG. FIG. 2 shows the change in the electric field amplitude with respect to the change in the film thickness d of the active film 14. The wavelength λ A and the wavelength λ B are 1550 nm and 1630 nm, respectively.
When the phase changes in reflection by the low reflectance mirror 12 and the high reflectance mirror 16 are φ 1 and φ 2 , respectively, the internal electric field is generated by resonance when the wavelength λ and the film thickness d coincide with the following equation (3). Is maximized.

Figure 2006023334
Figure 2006023334

なお、式(3)においてmは正の整数を表し、d0は共振膜厚を表し、λ0は共振波長を表す。つまり、最低次(m=1)の共振は、下記式(4)で起きる。 In Equation (3), m represents a positive integer, d 0 represents the resonant film thickness, and λ 0 represents the resonant wavelength. That is, the lowest-order (m = 1) resonance occurs in the following formula (4).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

また、高次の共振は(λ0/2n)の周期で起きる。内部電場を強めるために、波長と膜厚とが式(3)又は式(4)を満たす必要がある。
式(3)は、光波が活性膜14内を1往復したときの位相変化δを下記式(5)として、位相整合の条件である下記式(6)から導かれたものである。
High-order resonance occurs at a period of (λ 0 / 2n). In order to strengthen the internal electric field, the wavelength and the film thickness must satisfy the formula (3) or the formula (4).
Equation (3) is derived from the following equation (6), which is a phase matching condition, with the phase change δ when the light wave reciprocates once in the active film 14 as the following equation (5).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

Figure 2006023334
Figure 2006023334

通常のファブリペロー共振器においては、透過光強度が極大となる共振点の両側で強度が極大値の半分になる幅を半値幅という(マックス・ボルン、エミル・ウォルフ著、光学の原理II、p.515、東海大学出版会)。空気と活性膜との界面の反射率をRとして、共振の次数がmで強度が極大値の半分になる点での位相δを式(7)とする。   In a normal Fabry-Perot resonator, the width at which the intensity becomes half of the maximum value on both sides of the resonance point where the transmitted light intensity becomes maximum is called a half-value width (Max Born, Emil Wolff, principle of optics II, p. .515, Tokai University Press). The reflectance at the interface between the air and the active film is R, and the phase δ at the point where the resonance order is m and the intensity is half of the maximum value is expressed by Equation (7).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

この場合、位相半値幅εは、下記式(8)で表される。   In this case, the phase half width ε is expressed by the following formula (8).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

式(5)から位相は膜厚および波長に依存しているので、膜厚d0での共振波長を式(3)のλ0とすれば、波長半値幅Δλは近似的に下記式(9)で与えられる。 Since the phase depends on the film thickness and the wavelength from the equation (5), if the resonance wavelength at the film thickness d 0 is λ 0 in the equation (3), the wavelength half width Δλ is approximately expressed by the following equation (9) ).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

本発明の光スイッチにおいては、上下のミラーの反射率が異なるので、RのかわりにR1とR2との幾何平均、すなわち下記式(10)を用いる。 In the optical switch of the present invention, since the reflectance of the upper and lower mirrors is different, the geometric average of R 1 and R 2 , that is, the following formula (10) is used instead of R.

Figure 2006023334
Figure 2006023334

従って、本発明の光スイッチの波長半値幅Δλは近似的に下記式(11)で与えられる。   Therefore, the wavelength half width Δλ of the optical switch of the present invention is approximately given by the following equation (11).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

ただし、式(11)における下記記号は、4乗根を意味する。   However, the following symbol in Formula (11) means the fourth root.

Figure 2006023334
Figure 2006023334

本発明において「共振条件を満たす」とは、波長λが下記式(12)の範囲内にあることをいう。   In the present invention, “resonance condition” means that the wavelength λ is within the range of the following formula (12).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

言い換えれば、本発明において「共振条件を満たす」とは、活性膜の膜厚dが下記式(12’)の範囲にあることをいう。     In other words, “resonance condition” in the present invention means that the film thickness d of the active film is in the range of the following formula (12 ′).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

簡単のために低反射率ミラー12では位相変化が生じないものとしてφ1=0と仮定し、高反射率ミラー16は理想的な金属ミラーとして位相変化はφ2=π、反射率はR2=1と仮定した場合には、波長半値幅Δλは、下記式(13)となる。 For simplicity, it is assumed that the phase change does not occur in the low reflectivity mirror 12, and φ 1 = 0. The high reflectivity mirror 16 is an ideal metal mirror, the phase change is φ 2 = π, and the reflectivity is R 2. Assuming that = 1, the wavelength half width Δλ is expressed by the following equation (13).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

式(13)は、反射の次数が高いほど、また反射率が100%に近付くほど、波長半値幅が小さくなることを示している。   Equation (13) indicates that the half-value width of the wavelength decreases as the reflection order increases and the reflectance approaches 100%.

共振条件の膜厚での電場は、反射面又は反射層の反射率が大きいほど大きくなる。しかしながら、反射面又は反射層の反射率を大きくすると、内部電場が定常値に達するまでの時間が長くなる。そこで、光スイッチに光パルスが入射したときに光スイッチ内部に生じる光電場がどのように時間的に変化するかを図3を用いて以下に説明する。なお、図3は、図1における光スイッチ1の要部(活性膜14)のみを示すものである。   The electric field at the film thickness under the resonance condition increases as the reflectance of the reflecting surface or the reflecting layer increases. However, when the reflectance of the reflecting surface or the reflecting layer is increased, the time until the internal electric field reaches a steady value increases. Therefore, how the photoelectric field generated inside the optical switch changes with time when an optical pulse enters the optical switch will be described below with reference to FIG. FIG. 3 shows only the main part (active film 14) of the optical switch 1 in FIG.

時刻t=0に振幅Aの矩形の光パルスが下方から光スイッチ1に入射する場合を考える。入射光の一部が低反射率ミラー12を透過して、活性膜14に入る。この透過光の振幅をB1とする。透過光は活性膜14内部を伝播して時刻t=Tに高反射率ミラー16に達し、一部は反射し一部は透過する。反射光の振幅をC1とする。反射光は活性膜14内部を下向きに伝播して、時刻t=2Tに低反射率ミラー12に達し、一部は反射し一部は透過する。反射光の振幅をB2とする。以下同様にして、時刻3Tには高反射率ミラー16に達して上向き反射光C2が発生し、t=4Tには低反射率ミラー12に達して下向き反射光B3が発生する。
活性膜14内部で低反射率ミラー12直上の場所の光電場は、t<0では0,t=0からt=2TまではB1,t=2Tからt=4TまではB1+C1+B2,t=4Tからt=6TまではB1+C1+B2+C2+B3、と時間発展する。つまり光が活性膜14内部を1往復する毎に光電場が変化し、往復回数が大きくなると電場は定常値に近づく。
Consider a case in which a rectangular optical pulse having an amplitude A enters the optical switch 1 from below at time t = 0. Part of the incident light passes through the low reflectivity mirror 12 and enters the active film 14. Let B 1 be the amplitude of this transmitted light. The transmitted light propagates through the inside of the active film 14 and reaches the high reflectivity mirror 16 at time t = T, and is partially reflected and partially transmitted. The amplitude of the reflected light is C 1. The reflected light propagates downward in the active film 14 and reaches the low reflectivity mirror 12 at time t = 2T, and is partially reflected and partially transmitted. Let B 2 be the amplitude of the reflected light. Similarly, at time 3T, the high reflectance mirror 16 is reached and upward reflected light C 2 is generated, and at t = 4T, the low reflectance mirror 12 is reached and downward reflected light B 3 is generated.
The photoelectric field in the active film 14 immediately above the low reflectivity mirror 12 is 0 at t <0, B 1 from t = 0 to t = 2T, and B 1 + C 1 + B from t = 2T to t = 4T. 2. From t = 4T to t = 6T, the time develops as B 1 + C 1 + B 2 + C 2 + B 3 . That is, the photoelectric field changes every time the light reciprocates within the active film 14, and the electric field approaches a steady value as the number of reciprocations increases.

ここで、(1)低反射率ミラー12及び高反射率ミラー16の両方が反射率R=99%(高反射率)の場合、(2)低反射率ミラー12及び高反射率ミラー16の両方が反射率R=60%(低反射率)の場合、(3)低反射率ミラー12が反射率R=60%(低反射率)であり、高反射率ミラー16が反射率R=99%(高反射率)の場合について、入射光の電場振幅を1として、往復回数と活性膜14内部の光電場の関係を図4に示す。活性膜14の膜厚は共振条件を満たしているものとし、また活性膜14の入射光波長での吸収は無いものとした。
活性膜14内部の光電場が定常状態の値E0の90%に達するまでの往復回数をqとし、時定数τを定常値E0の90%に達するまでの時間と定義する。1往復にかかる時間は2Tなので、τ=2qTである。Tは活性膜14の厚さdに比例する。したがってdが小さくなるほどTは短くなり、時定数τも短くなる。d=λ/2nの場合には、T=λ/2c=2.5fsである。(ただし、λ=1.5μm、c=3×108m/sとした。)
Here, (1) when both the low reflectivity mirror 12 and the high reflectivity mirror 16 have a reflectivity R = 99% (high reflectivity), (2) both the low reflectivity mirror 12 and the high reflectivity mirror 16 Is the reflectivity R = 60% (low reflectivity), (3) the low reflectivity mirror 12 is reflectivity R = 60% (low reflectivity), and the high reflectivity mirror 16 is reflectivity R = 99%. FIG. 4 shows the relationship between the number of reciprocations and the photoelectric field inside the active film 14 when the electric field amplitude of incident light is 1 in the case of (high reflectance). The film thickness of the active film 14 satisfies the resonance condition, and the active film 14 does not absorb at the incident light wavelength.
The number of reciprocations until the photoelectric field in the active film 14 reaches 90% of the steady-state value E 0 is defined as q, and the time constant τ is defined as the time until it reaches 90% of the steady-state value E 0 . Since the time required for one round trip is 2T, τ = 2qT. T is proportional to the thickness d of the active film 14. Therefore, as d decreases, T decreases and the time constant τ also decreases. In the case of d = λ / 2n, T = λ / 2c = 2.5fs. (However, λ = 1.5 μm and c = 3 × 10 8 m / s)

図4において、(1)の場合には、E0は大きいもののτが長い。E0=12.8である。電場が定常値の90%に達するまでの往復回数は約230回である(q=230)。従って、時定数は、τ=2qT=1.15psである。定常値は入射光の12.8倍に達する。
(2)の場合には、τは短いが、E0が小さい。E0=1.8である。電場が定常値の90%に達するまでの往復回数は約4回である(q=4)。T=2.5fsの場合には、τ=10fsである。定常値は入射光の1.8倍である。
(3)の場合には、τは(1)よりも短く、E0は(2)よりも大きくなる。E0=3.5である。電場が定常値の90%に達するまでの往復回数は約9回である(q=9)。T=2.5fsと仮定すると、τ=22.5fsである。定常値は入射光の3.5倍である。
In FIG. 4, in the case of (1), although E 0 is large, τ is long. E 0 = 12.8. The number of round trips until the electric field reaches 90% of the steady value is about 230 (q = 230). Therefore, the time constant is τ = 2qT = 1.15 ps. The steady value reaches 12.8 times the incident light.
In the case of (2), τ is short, but E 0 is small. E 0 = 1.8. The number of reciprocations until the electric field reaches 90% of the steady value is about 4 (q = 4). In the case of T = 2.5fs, τ = 10fs. The steady value is 1.8 times the incident light.
In the case of (3), τ is shorter than (1) and E 0 is larger than (2). E 0 = 3.5. The number of round trips until the electric field reaches 90% of the steady value is about 9 (q = 9). Assuming T = 2.5fs, τ = 22.5fs. The steady value is 3.5 times the incident light.

内部電場を大きく、かつ時定数を短くするためには、上記(3)のように一方の反射面又は反射層の反射率を低くし、他方の反射面又は反射層の反射率を高くし、かつ活性膜の膜厚が共振条件を満たすようにするのがよいことがわかった。
なお、本発明の光スイッチにおいて、信号光及び制御光は、低反射率の反射面又は反射層の側から入射する。出力信号光もまた、低反射率の反射面又は反射層の側から取り出す。
In order to increase the internal electric field and shorten the time constant, the reflectance of one reflecting surface or reflecting layer is lowered as in (3) above, and the reflectance of the other reflecting surface or reflecting layer is increased, It has also been found that the thickness of the active film should satisfy the resonance condition.
In the optical switch of the present invention, the signal light and the control light are incident from the reflective surface or the reflective layer side having a low reflectance. The output signal light is also extracted from the reflective surface or the reflective layer side having a low reflectance.

本発明の光スイッチにおいて、高反射率の反射面又は反射層における反射率は、90%以上であることが好ましく、100%に近い程よい。また、低反射率の反射面又は反射層における反射率は、光パルスの時間幅、光パルス列の時間間隔、信号光及び制御光の波長などを勘案して最適化を図ることができるが、具体的には。低反射率ミラーの反射率は、10%以上90%以下であることが好ましく、40%以上80%以下であることがさらに好ましく、特に、60%以上70%以下であることが好ましい。   In the optical switch of the present invention, the reflectance of the reflective surface or the reflective layer having a high reflectance is preferably 90% or more, and is preferably closer to 100%. In addition, the reflectance of the reflective surface or the reflective layer having a low reflectance can be optimized in consideration of the time width of the optical pulse, the time interval of the optical pulse train, the wavelength of the signal light and the control light, etc. In fact. The reflectance of the low reflectance mirror is preferably 10% or more and 90% or less, more preferably 40% or more and 80% or less, and particularly preferably 60% or more and 70% or less.

次に、非対称な反射層を有する光スイッチである前記(3)(低反射率ミラー12が反射率R=60%であり、高反射率ミラー16が反射率R=99%の場合)の特性を、対称な反射層を有する光スイッチで時定数τが同等な値となるもの(4)、および定常状態の値E0が同等な値となるもの(5)と比較した。結果は以下の通りである。 Next, the characteristics of (3) (when the low reflectance mirror 12 has a reflectance R = 60% and the high reflectance mirror 16 has a reflectance R = 99%), which is an optical switch having an asymmetric reflective layer, Were compared with an optical switch having a symmetric reflective layer (4) having an equivalent time constant τ and an equivalent value (5) having a steady-state value E 0 . The results are as follows.

(3)反射率が60%と99%の反射層 E0=3.5,q=9
(4)両側の反射層が反射率77%の場合 E0=2.5,q=9
(5)両側の反射層が反射率87.5%の場合 E0=3.5,q=17
(3) Reflective layer with reflectivity of 60% and 99% E 0 = 3.5, q = 9
(4) When the reflection layers on both sides have a reflectance of 77% E 0 = 2.5, q = 9
(5) When the reflection layers on both sides have a reflectance of 87.5% E 0 = 3.5, q = 17

(4)のqは(3)と同等だが、E0は(3)よりも小さくて劣っていた。
(5)のE0は(3)と同等だが、qは(3)よりも大きくて劣っていた。
上記結果からも、非対称な反射層を有する光スイッチは対称な反射層を有する光スイッチよりも特性が優れていることは明らかである。
The q in (4) is equivalent to (3), but E 0 is smaller and inferior than (3).
E 0 of (5) is equivalent to (3), but q is larger and inferior than (3).
From the above results, it is clear that the optical switch having the asymmetric reflection layer has better characteristics than the optical switch having the symmetric reflection layer.

一般的には、信号光の波長λ1と制御光の波長λ2とは異なっている。従って信号光の共振条件と制御光の共振条件とは異なる。本発明では片側のミラーの反射率が低いために共振条件を満たす波長半値幅が広く、λ1とλ2とが10%程度異なっている場合には両方とも共振条件を満たすことができる。本発明においては、活性膜の膜厚を、(λ1+λ2)/2〜λ2の間の波長に対する共振条件に一致させるようにしてもよい。式(2)より、λ1、λ2の組合せによっては、共振波長をλ1、λ2の中間の最適値に設定し、両波長に中程度の共振効果を与えることで、共振波長をλ1、λ2の一方に一致させるよりもE1 2、E2 4を大きくすることができる。また、式(2)によれば出力信号強度はE1 2およびE2 4に比例するから、上記の場合に特に大きな出力信号強度を得ることができる。
また低反射率の反射層を、信号光及び制御光の内のどちらか一方の波長には低反射率ミラーとして働き、他方の波長には無反射膜として働くようにすれば、一方の波長だけに対して共振条件を満たし、他方の波長に対しては非共振状態にすることができる。一方の波長のみに共振効果が作用するときは、もう一方の波長については無反射とすることで、信号光の減衰を抑えたり、制御光の利用効率を高めたりすることができる。
In general, the wavelength λ 1 of the signal light is different from the wavelength λ 2 of the control light. Therefore, the resonance condition of the signal light is different from the resonance condition of the control light. In the present invention, since the reflectance of the mirror on one side is low, the wavelength half-value width satisfying the resonance condition is wide, and when λ 1 and λ 2 are different by about 10%, both can satisfy the resonance condition. In the present invention, the thickness of the active film may be matched with the resonance condition for a wavelength between (λ 1 + λ 2 ) / 2 to λ 2 . From equation (2), depending on the combination of λ 1 and λ 2 , the resonant wavelength is set to an optimum value intermediate between λ 1 and λ 2 , and a moderate resonant effect is given to both wavelengths. E 1 2 and E 2 4 can be made larger than matching with one of 1 and λ 2 . Further, according to the equation (2), the output signal strength is proportional to E 1 2 and E 2 4 , and therefore, a particularly large output signal strength can be obtained in the above case.
In addition, if the reflection layer with low reflectivity is made to function as a low reflectivity mirror at one of the signal light and control light, and acts as a non-reflective film at the other wavelength, only one of the wavelengths can be obtained. For the other wavelength, the resonance condition can be satisfied and the non-resonance state can be obtained. When the resonance effect acts on only one wavelength, it is possible to suppress the attenuation of the signal light or increase the use efficiency of the control light by making the other wavelength non-reflective.

活性膜に吸収がある場合には、活性膜の屈折率は複素数になる。波長をλ、複素屈折率の虚数部をkとすると、吸収係数αは、α=(4π/λ)kである。吸収係数αの媒質中を進む光の強度は下記式(14)で表される。   When the active film has absorption, the refractive index of the active film becomes a complex number. When the wavelength is λ and the imaginary part of the complex refractive index is k, the absorption coefficient α is α = (4π / λ) k. The intensity of light traveling through the medium having the absorption coefficient α is expressed by the following formula (14).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

xは、入射光が活性膜中を進んだ距離であり、I0はx=0の位置での強度を表す。強度がI0/e=0.36I0になる距離を、侵入深さδと定義する。δ=1/α=(λ/4πk)と表すことができる。活性膜の厚さdがd=δの場合には、活性膜内を1往復した光の強度は1/e2=0.13となり、活性膜の厚さが侵入深さ以上の場合(d≧δ)には共振効果はほとんど起きない。すなわち、信号光又は制御光が活性膜を1回透過するときの透過率は、37%(1/e)以上であることが好ましい。 x is the distance traveled by the incident light through the active film, and I 0 represents the intensity at the position of x = 0. Strength distance becomes I 0 /e=0.36I 0, defined as the penetration depth [delta]. It can be expressed as δ = 1 / α = (λ / 4πk). When the thickness d of the active film is d = δ, the intensity of light that has made one round trip through the active film is 1 / e 2 = 0.13, and the thickness of the active film is greater than the penetration depth (d For ≧ δ), the resonance effect hardly occurs. That is, the transmittance when the signal light or control light passes through the active film once is preferably 37% (1 / e) or more.

なお、上側反射面の反射率と下側反射面の反射率とが異なる非対称ファブリ−ペロー共振器を用いた光スイッチは、半導体材料の吸収飽和を利用した光スイッチについて報告があるが(特開平07−325275)、これは吸収飽和型の光スイッチにおいて上下のミラーの反射率を調整して反射信号のOFFレベルを0にするためのもので、本発明のように光電場と時定数の調整をはかる場合とは目的が異なるものである。   An optical switch using an asymmetric Fabry-Perot resonator in which the reflectance of the upper reflective surface and the reflectance of the lower reflective surface are different has been reported as an optical switch using absorption saturation of a semiconductor material (Japanese Patent Laid-Open 07-325275), which adjusts the reflectance of the upper and lower mirrors in an absorption saturation type optical switch so that the OFF level of the reflected signal is 0. As in the present invention, the photoelectric field and time constant are adjusted. The purpose is different from the case of measuring.

光スイッチ1において、高反射率ミラー16としては、誘電体多層膜からなる多層膜ミラー又は金属層を用いることができる。高反射率ミラー16が金属層である場合、本発明の光スイッチに係る高反射率の反射面は、活性膜と金属層との界面となる。
誘電体多層膜は、たとえば高屈折率の材料としてTiO2、低屈折率の材料としてSiO2を用い、入射光波長λに対して、光学厚さλ/4のTiO2と光学厚さλ/4のSiO2を積層して作ることができる。光学厚さは、(屈折率)×(膜厚)を波長単位で表した量である。TiO2/SiO2を6組(12層)積層した多層膜ミラーの反射係数はr=0.995である。
誘電体多層膜の場合には、誘電体多層膜を構成する各層の厚さや積層構造により反射の際の位相変化が異なる。入射光波長にマッチングした誘電体多層膜では、位相変化は0である。低反射率ミラー12での位相シフトも0とすれば、共振条件はnd=m(λ/2)であり、光学厚さがλ/2の整数倍の時に電場振幅が大きくなる。
In the optical switch 1, a multilayer mirror made of a dielectric multilayer film or a metal layer can be used as the high reflectivity mirror 16. When the high reflectivity mirror 16 is a metal layer, the high reflectivity reflecting surface according to the optical switch of the present invention is an interface between the active film and the metal layer.
The dielectric multilayer film, for example TiO 2 as a material for the high refractive index, the SiO 2 is used as a low refractive index material, to the incident light wavelength lambda, TiO 2 and optical thickness of optical thickness λ / 4 λ / 4 SiO 2 layers can be laminated. The optical thickness is an amount of (refractive index) × (film thickness) expressed in wavelength units. The reflection coefficient of the multilayer mirror in which 6 sets (12 layers) of TiO 2 / SiO 2 are laminated is r = 0.0.99.
In the case of a dielectric multilayer film, the phase change upon reflection differs depending on the thickness of each layer constituting the dielectric multilayer film and the laminated structure. In the dielectric multilayer film matched with the incident light wavelength, the phase change is zero. If the phase shift at the low reflectivity mirror 12 is also zero, the resonance condition is nd = m (λ / 2), and the electric field amplitude increases when the optical thickness is an integral multiple of λ / 2.

高反射率ミラー16が金属層の場合には、前記金属層を構成する金属の具体例としては、金、銀及びアルミニウム等が挙げられる。これらの中でも、通信波長帯において高い反射率を示す銀または金が好ましい。
高反射率ミラー16が金属層の場合には、反射の際に光波の位相がほぼ反転する。すなわち、約180°の位相シフトが反射の度に発生する。活性膜と金属との界面での反射係数は、活性膜の屈折率をn2、金属の屈折率をn3とすると、r=(n2−n3)/(n2+n3)である。
1例として活性膜の複素屈折率をn2=2.42610+0.03381i 、金属として銀の複素屈折率をn3=0.32205+10.99350iとすると、r=−0.891−0.413i =0.982exp(3.575i) と計算される。すなわち、φ=3.575ラジアン=204.8°の位相変化が生じる。
When the high reflectivity mirror 16 is a metal layer, specific examples of the metal constituting the metal layer include gold, silver, and aluminum. Among these, silver or gold showing high reflectance in the communication wavelength band is preferable.
When the high reflectivity mirror 16 is a metal layer, the phase of the light wave is substantially reversed upon reflection. That is, a phase shift of about 180 ° occurs every reflection. The reflection coefficient at the interface between the active film and the metal is r = (n 2 −n 3 ) / (n 2 + n 3 ) where n 2 is the refractive index of the active film and n 3 is the refractive index of the metal. .
As an example, if the complex refractive index of the active film is n 2 = 2.442610 + 0.03381i and the complex refractive index of silver as the metal is n 3 = 0.32205 + 10.99350i, then r = −0.891−0.413i = 0. .982exp (3.575i). That is, a phase change of φ = 3.575 radians = 204.8 ° occurs.

高反射率ミラー16としては、成膜時の基板の温度上昇を低く抑えることができることから金属層であることが好ましい。   The high reflectivity mirror 16 is preferably a metal layer because the temperature rise of the substrate during film formation can be kept low.

光スイッチ1において、低反射率ミラー12としては、誘電体多層膜からなる多層膜ミラーを用いることができる。例えば、TiO2とSiO2とをそれぞれ光学厚さλ/4で1層ずつ積層したものでは、反射係数はr=0.70である。TiO2/SiO2を2組(4層)積層した多層膜ミラーの反射係数はr=0.87である。 In the optical switch 1, a multilayer mirror made of a dielectric multilayer film can be used as the low reflectivity mirror 12. For example, in the case where TiO 2 and SiO 2 are laminated one by one with an optical thickness of λ / 4, the reflection coefficient is r = 0.70. The reflection coefficient of the multilayer mirror in which two sets (four layers) of TiO 2 / SiO 2 are laminated is r = 0.87.

光スイッチ1において、活性膜14は、非線形光学材料を含有するものである。前記非線形光学材料は特に限定されるものではなく、その具体例としては、有機分子、LiNbO3などの非線形光学結晶、金属微粒子分散ガラスなどの無機材料等があげられる。これらの中でも非線形光学材料としては、低コスト性、大面積加工性、非線形光学特性に優れる等の理由から有機分子であることが好ましい。
また、前記有機分子の中でも、下記一般式(1)で表されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物又は下記一般式(2)で表されるスクエアリリウム化合物がさらに好ましい。
In the optical switch 1, the active film 14 contains a nonlinear optical material. The nonlinear optical material is not particularly limited, and specific examples thereof include organic molecules, nonlinear optical crystals such as LiNbO 3, and inorganic materials such as metal fine particle-dispersed glass. Among these, the organic material is preferably an organic molecule for reasons such as low cost, large area processability, and excellent nonlinear optical characteristics.
Among the organic molecules, a dibenzofuranonyl methanolate compound represented by the following general formula (1) or a squarylium compound represented by the following general formula (2) is more preferable.

Figure 2006023334
Figure 2006023334

一般式(1)中、R1〜R4は同じでも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化したアルキル基を示し、炭素数1〜7の直鎖アルキル基または分岐化した炭素数3〜7のアルキル基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基またはtert−ブチル基がより好ましく、n−プロピル基、n−ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基またはsec−ブチル基が特に好ましい。 In the general formula (1), R 1 to R 4 may be the same or different and each represents a linear alkyl group or a branched alkyl group, each having a linear alkyl group having 1 to 7 carbon atoms or branched. An alkyl group having 3 to 7 carbon atoms is preferred. Specifically, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an isopropyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group or a tert-butyl group is more preferable, and an n-propyl group, an n-butyl group, An isopropyl group, an isobutyl group or a sec-butyl group is particularly preferred.

一般式(1)で表される化合物は、1.1μm付近に極大吸収を示し、従来の長波長吸収色素のように共役系を過剰に延長することなしに、大きくその吸収波長を長波長化することができる。また、高い熱安定性、アセトンやクロロホルム等の有機溶剤に対する良好な溶解性および成膜性を有し、さらに昇華性等の点でも優れている。   The compound represented by the general formula (1) exhibits a maximum absorption in the vicinity of 1.1 μm, and greatly increases the absorption wavelength without excessively extending the conjugated system as in the case of a conventional long wavelength absorption dye. can do. In addition, it has high thermal stability, good solubility in organic solvents such as acetone and chloroform, and film formability, and is excellent in terms of sublimation.

また、本発明における一般式(1)で示される化合物は、下記一般式(1’)で示されるような構造をとりうる。
この構造式で示される化合物は、一般式(1)で示される化合物の持つ前述のごとき特性と、同じ特性を有する
In addition, the compound represented by the general formula (1) in the present invention can have a structure represented by the following general formula (1 ′).
The compound represented by this structural formula has the same characteristics as those described above for the compound represented by the general formula (1).

Figure 2006023334
Figure 2006023334

Figure 2006023334
Figure 2006023334

一般式(2)中、R1〜R4は同じであっても、異なっていてもよく、それぞれアルキル基を示し、炭素数2〜7の低級アルキル基が好ましく、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−メチルブチル基、1−メチルブチル基、2,2−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基または1−エチルプロピル基がより好ましく、n−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基が特に好ましい。
また、一般式(2)中、X1〜X8は同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ、H、Cl、OH、CH3、C25またはOCH3を示すが、X2、X4、X5およびX7からなる群より選ばれる1又は2以上がOH基である。また、X1、X3、X6およびX8からなる群から選ばれる1または2以上がClである場合には、分子に双極子モーメントを与えることができ、二次の非線形光学効果を発現させることができるので好ましい。
In general formula (2), R 1 to R 4 may be the same or different and each represents an alkyl group, preferably a lower alkyl group having 2 to 7 carbon atoms, preferably an n-propyl group, iso- Propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, 2-methylbutyl group, 1-methylbutyl group, 2,2-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1 , 1-dimethylpropyl group or 1-ethylpropyl group is more preferable, and n-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group or tert-butyl group is particularly preferable.
In the general formula (2), X 1 to X 8 may be the same or different and each represents H, Cl, OH, CH 3 , C 2 H 5, or OCH 3. 2, X 4, 1 or 2 or more selected from the group consisting of X 5 and X 7 is OH group. In addition, when one or more selected from the group consisting of X 1 , X 3 , X 6 and X 8 is Cl, a dipole moment can be given to the molecule, and a second-order nonlinear optical effect is exhibited. This is preferable.

一般式(2)で表される色素はJ−会合体、即ち、その吸収帯が色素分子単体の吸収帯に比べ長波長側にシフトして先鋭化し、ストークスシフトの小さな蛍光を発し、吸収ピーク付近の波長の光に対して極めて大きな相互作用を持ち、しかも3次の非線形光学効果である吸収飽和の回復が非常に早いという性質を有する会合体を形成する。   The dye represented by the general formula (2) is a J-aggregate, that is, its absorption band shifts to a longer wavelength side than the absorption band of the dye molecule alone, sharpens, emits fluorescence with a small Stokes shift, and has an absorption peak. It forms an aggregate which has a very large interaction with light of a nearby wavelength and has a property of very fast recovery of absorption saturation, which is a third-order nonlinear optical effect.

有機分子からなる活性膜は、有機分子を適当な溶媒に溶解させて塗布液を調整し、この塗布液を、基板上にバーコート法、スピンコート法、キャストコート法、ディップコート法等を用いて塗布し、塗布液を乾燥させることにより得られる。また、有機分子以外のその他の非線形光学材料からなる活性膜は、用いられる非線形光学材料に適した公知の方法を用いることにより得られる。   An active film made of organic molecules is prepared by dissolving organic molecules in a suitable solvent to prepare a coating solution, and using this coating solution on a substrate using a bar coating method, a spin coating method, a cast coating method, a dip coating method, or the like. It is obtained by coating and drying the coating solution. Moreover, the active film which consists of other nonlinear optical materials other than an organic molecule is obtained by using the well-known method suitable for the nonlinear optical material to be used.

本発明の光スイッチによる光スイッチングは、前記非線形光学材料の光カー効果を利用して行われることが好ましい。光スイッチングを光カー効果を利用して行うことにより、材料の透明領域を使うので信号光の損失が少ない。電子の実励起を伴わないので高速動作が可能になる。さらに、用いる波長が共鳴領域に限定されないので、広い波長域のスイッチングに対応可能である
光カー効果を生じさせることのできる非線形光学材料の具体例としては、上述したジベンゾフラノニルメタノラート化合物及びスクエアリリウム化合物等が挙げられる
The optical switching by the optical switch of the present invention is preferably performed using the optical Kerr effect of the nonlinear optical material. By performing optical switching using the optical Kerr effect, the loss of signal light is small because a transparent region of the material is used. High speed operation is possible because there is no actual excitation of electrons. Furthermore, since the wavelength to be used is not limited to the resonance region, specific examples of the nonlinear optical material capable of producing the optical Kerr effect that can be applied to switching in a wide wavelength region include the above-mentioned dibenzofuranonyl methanolate compounds and squares. Lilium compound etc. are mentioned

光スイッチ1において、保護層18は、活性膜14に損傷を与えない範囲でなら材質、膜厚共に何の制限もなく、任意の保護層を設けることが可能である。一例としては金属膜や市販の封止材料等が考えられ、これら保護層の最適化により光スイッチ1の耐光性を大幅に向上させることができる。また、ヒートシンク等により膜の温度上昇を抑制する場合も、膜面に直接ヒートシンク等を接触させることができるため効果が大きい。
図10に係る光スイッチ1’の構成では、信号光及び制御光が入射する面に保護層18を形成する。そのため、保護層18は制御光、信号光に対して透明である必要があった。また保護層18を反射防止膜にする場合や、図11に示すように共振器内(低反射率ミラー12と高反射率ミラー16との間)に保護層18を形成する場合は、保護層18の屈折率や膜厚が共振条件を満たすよう、これらを厳密に制御する必要があった。例えば、共振器内に保護層18を形成する場合、保護層18の厚さは、共振に係る波長の整数倍の厚さとしなければならない。これに対し、本発明の光スイッチの構成では、保護層18は高反射率ミラー16の外部に形成されるため、このような制限はない。
In the optical switch 1, the protective layer 18 can be provided with any protective layer as long as it does not damage the active film 14 with any material and film thickness. As an example, a metal film, a commercially available sealing material, etc. can be considered, and the light resistance of the optical switch 1 can be greatly improved by optimizing these protective layers. Also, when the temperature rise of the film is suppressed by a heat sink or the like, the effect is great because the heat sink or the like can be brought into direct contact with the film surface.
In the configuration of the optical switch 1 ′ according to FIG. 10, the protective layer 18 is formed on the surface on which the signal light and the control light are incident. Therefore, the protective layer 18 needs to be transparent to control light and signal light. When the protective layer 18 is an antireflection film or when the protective layer 18 is formed in the resonator (between the low reflectance mirror 12 and the high reflectance mirror 16) as shown in FIG. These must be strictly controlled so that the refractive index and film thickness of 18 satisfy the resonance condition. For example, when the protective layer 18 is formed in the resonator, the thickness of the protective layer 18 must be an integral multiple of the wavelength related to resonance. On the other hand, in the configuration of the optical switch of the present invention, the protective layer 18 is formed outside the high reflectivity mirror 16, and thus there is no such limitation.

光スイッチ1において、基板10の吸収による信号光及び制御光の損失は、10%以下であることが必要である。基板10が信号光及び制御光に対し10%よりも大きい損失をもたらすとすると、信号光については基板を2回透過することに対して、制御光についてはKerr効果の寄与に対してそれぞれ2乗で効くため、結果的に損失0の場合に比べ66%未満の信号強度しか得られない。これは2dBよりも大きい損失に相当し、素子の駆動効率に対し無視できない大きさとなる。そのため基板10による損失は10%以下であることが必要である。このような条件を満たす基板としては、信号光及び制御光が通信波長帯の場合、溶融石英やBK7等の光学ガラスおよびシリコンウェハを用いることができる。また、基板10における信号光及び制御光が入射する面には、反射防止層を設けることができ、これによって基板表面の反射に由来する素子性能の低下を最小限に抑えることができる。   In the optical switch 1, the loss of signal light and control light due to absorption of the substrate 10 needs to be 10% or less. If the substrate 10 causes a loss larger than 10% with respect to the signal light and the control light, the signal light is transmitted through the substrate twice, while the control light is squared with respect to the contribution of the Kerr effect. As a result, only a signal intensity of less than 66% can be obtained as compared with the case of no loss. This corresponds to a loss larger than 2 dB, which is a size that cannot be ignored with respect to the driving efficiency of the element. Therefore, the loss due to the substrate 10 needs to be 10% or less. As the substrate that satisfies such conditions, when the signal light and the control light are in the communication wavelength band, optical glass such as fused silica or BK7 and a silicon wafer can be used. In addition, an antireflection layer can be provided on the surface of the substrate 10 on which signal light and control light are incident, so that deterioration in element performance resulting from reflection on the substrate surface can be minimized.

図5は、本発明の光スイッチの第二実施形態を示す断面図である。第二実施形態に係る光スイッチ2は、基板10の活性膜14を有する面とは反対側の面に、光軸に垂直な平面を有するレンズ20の平面部を基板10と当接するように設け、基板10の厚さをレンズ20の焦点距離と等しくしたものである。
レンズ20としては、光軸に垂直な平面を有するものであれば特に限定はされず、例えば、屈折率分布型レンズ、レンズアレイ等が挙げられる。
レンズ20のような、表面が平坦なレンズを使用し、レンズ20の焦点距離に基板10の厚さを一致させることで、レンズ−活性膜間の距離に関する調整を不要にすることができる。光の射出面であるレンズ表面に基板を直接密着させるだけで済むので、光スイッチの作製工程が大幅に簡略化され、実用上のメリットが大きい。また、煽り角度は光の射出端面と基板の平坦性で決まるので、自由空間で調節する場合に比べ、高い精度が容易に実現できる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the optical switch of the present invention. The optical switch 2 according to the second embodiment is provided on the surface opposite to the surface having the active film 14 of the substrate 10 so that the planar portion of the lens 20 having a plane perpendicular to the optical axis is in contact with the substrate 10. The thickness of the substrate 10 is equal to the focal length of the lens 20.
The lens 20 is not particularly limited as long as it has a plane perpendicular to the optical axis, and examples thereof include a gradient index lens and a lens array.
By using a lens having a flat surface, such as the lens 20, and adjusting the thickness of the substrate 10 to match the focal length of the lens 20, adjustment regarding the distance between the lens and the active film can be made unnecessary. Since it is only necessary to directly attach the substrate to the lens surface, which is the light exit surface, the optical switch manufacturing process is greatly simplified, and there are great practical advantages. In addition, since the turning angle is determined by the light emission end face and the flatness of the substrate, higher accuracy can be easily realized as compared with the case of adjusting in free space.

また、本発明者等は、光スイッチをモジュール化することで、小型・高性能化した素子を開発した(特開2003−149693号公報。)。当該素子に本発明の光スイッチを適用すれば、レンズの焦点距離及び煽り角度を容易に調整することができるため、実用的に大きな効果が期待される。   In addition, the present inventors have developed an element that is smaller and has higher performance by modularizing an optical switch (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-149693). If the optical switch of the present invention is applied to the element, the focal length and the tilt angle of the lens can be easily adjusted.

<光スイッチの製造方法>
本発明の光スイッチの製造方法は、基板上に、誘電体多層膜と、非線形光学材料を含有する活性膜と、金属層とをこの順に設けるものである。この方法は、基板上に、誘電体多層膜と、非線形光学材料として有機分子を含有する活性膜と、金属層とをこの順に有する光スイッチの製造に用いられる。
本発明の光スイッチの製造方法によれば、有機分子を含有する活性膜は、低反射率ミラーである誘電体多層膜の形成後に製膜されるため、同ミラー形成時に生じる活性膜の性能劣化の危険がない。誘電体多層膜は、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法により形成されるが、この場合、基板温度は200℃を越えることがある。誘電体多層膜よりも先に活性膜を基板上に成膜した場合、活性膜中の有機分子が損傷する危険があるが、本発明ではその危険はない。一方、基板として通常用いられるガラス基板等では、この程度の温度は問題にならない。
また、金属層は通常の真空蒸着法により形成できるため、金属層形成時の基板/活性膜温度の上昇を40〜50℃程度に抑えることができる。その結果として、光スイッチの製造における活性膜へのダメージを最小限にとどめることができる。
<Manufacturing method of optical switch>
In the method for manufacturing an optical switch of the present invention, a dielectric multilayer film, an active film containing a nonlinear optical material, and a metal layer are provided in this order on a substrate. This method is used for manufacturing an optical switch having a dielectric multilayer film, an active film containing organic molecules as a nonlinear optical material, and a metal layer in this order on a substrate.
According to the method for manufacturing an optical switch of the present invention, the active film containing organic molecules is formed after the formation of the dielectric multilayer film which is a low-reflectance mirror. There is no danger of. The dielectric multilayer film is formed by an electron beam evaporation method or a sputtering method. In this case, the substrate temperature may exceed 200 ° C. When the active film is formed on the substrate prior to the dielectric multilayer film, there is a risk of damaging organic molecules in the active film, but there is no risk in the present invention. On the other hand, such a temperature is not a problem in a glass substrate or the like normally used as a substrate.
Further, since the metal layer can be formed by a normal vacuum deposition method, the increase in the substrate / active film temperature during the metal layer formation can be suppressed to about 40 to 50 ° C. As a result, damage to the active film in the manufacture of the optical switch can be minimized.

<光分配装置>
本発明の光分配装置は、本発明の光スイッチを用いるものである。図6は、本発明の光分配装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る光分配装置は、本発明の光スイッチ1に対して信号光42を斜めに入射させ、制御光44を垂直に入射させるものである。
光スイッチ1の基板側から、光導波路46中を伝送された信号光42を、レンズを組み合わせて構成した光学系48に入射させて光学系48の出射光として進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた信号光パルス42A〜42Fの列からなる信号光42を得る。信号光42に同期した制御光44を、その進行方向を光スイッチ1に対して垂直にして光スイッチ1の基板側から、所定幅Wに渡って光スイッチ1に入射させる。
<Light distribution device>
The optical distribution device of the present invention uses the optical switch of the present invention. FIG. 6 shows an embodiment of the light distribution apparatus of the present invention. In the optical distribution device according to the present embodiment, the signal light 42 is incident obliquely and the control light 44 is incident vertically on the optical switch 1 of the present invention.
The signal light 42 transmitted through the optical waveguide 46 from the substrate side of the optical switch 1 is incident on an optical system 48 configured by combining lenses, and the surface direction is perpendicular to the traveling direction as outgoing light of the optical system 48. Thus, signal light 42 composed of a row of signal light pulses 42A to 42F whose wavefronts are widened is obtained. The control light 44 synchronized with the signal light 42 is incident on the optical switch 1 over a predetermined width W from the substrate side of the optical switch 1 with its traveling direction perpendicular to the optical switch 1.

また、本実施形態に係る光分配装置には、信号光42が光スイッチ1で反射した後の位置に、ライン状ないし1次元アレイ状の光素子50を、その各画素が信号光42の各空間位置部分42p〜42uの反射光を受けるように配置される。信号光パルス42A〜42Fが光スイッチ1の対応する領域Wp〜Wuに到達する時点で、制御光パルス44aが光スイッチ1の各領域Wp〜Wuに到達するように制御光44を信号光42に同期させる。
これにより、信号光パルス42Aの空間位置部分42p、信号光パルス42Bの空間位置部分42q、信号光パルス42Cの空間位置部分42r、信号光パルス42Dの空間位置部分42s、信号光パルス42Eの空間位置部分42t、信号光パルス42Fの空間位置部分42uが、それぞれ出力光パルス52Ap,52Bq,52Cr,52Ds,52Et,52Fuとして切り出され、光素子50の対応する画素で処理または検出される。
Further, in the optical distribution device according to the present embodiment, the optical element 50 in the form of a line or a one-dimensional array is provided at a position after the signal light 42 is reflected by the optical switch 1, and each pixel thereof has each of the signal lights 42. It arrange | positions so that the reflected light of the space position parts 42p-42u may be received. When the signal light pulses 42A to 42F reach the corresponding regions Wp to Wu of the optical switch 1, the control light 44 is changed to the signal light 42 so that the control light pulse 44a reaches the regions Wp to Wu of the optical switch 1. Synchronize.
Thus, the spatial position portion 42p of the signal light pulse 42A, the spatial position portion 42q of the signal light pulse 42B, the spatial position portion 42r of the signal light pulse 42C, the spatial position portion 42s of the signal light pulse 42D, and the spatial position of the signal light pulse 42E. The spatial position portion 42u of the portion 42t and the signal light pulse 42F is cut out as output light pulses 52Ap, 52Bq, 52Cr, 52Ds, 52Et, and 52Fu, respectively, and processed or detected by the corresponding pixel of the optical element 50.

<光多重化装置>
本発明の光多重化装置は、本発明の光スイッチを用いるものである。図7は、本発明の光多重化装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る光多重化装置は、本発明の光スイッチ1に対して一次元のパラレルな信号光42を斜めに入射させ、制御光44を垂直に入射させるものである。本実施形態では、パラレルな信号光42は6チャンネルの信号光42A〜42Fからなる。
光スイッチ1の基板側からパラレルな信号光42を所定幅Wに渡って入射させるとともに、パラレルな信号光42に同期した制御光44を、その進行方向を光スイッチ1に対して垂直にして光スイッチ1の基板側から、所定幅Wに渡って光スイッチ1に入射させる。
<Optical multiplexer>
The optical multiplexing apparatus of the present invention uses the optical switch of the present invention. FIG. 7 shows an embodiment of the optical multiplexing apparatus of the present invention. In the optical multiplexing apparatus according to the present embodiment, one-dimensional parallel signal light 42 is obliquely incident on the optical switch 1 of the present invention, and control light 44 is incident vertically. In the present embodiment, the parallel signal light 42 includes six-channel signal lights 42A to 42F.
Parallel signal light 42 is incident from the substrate side of the optical switch 1 over a predetermined width W, and control light 44 synchronized with the parallel signal light 42 is light with its traveling direction perpendicular to the optical switch 1. The light is incident on the optical switch 1 over a predetermined width W from the substrate side of the switch 1.

また、本実施形態に係る光多重化装置には、信号光42が光スイッチ1で反射した後の位置に、集光光学系54及び光導波路46を配置する。信号光42A〜42Fのすべてが光スイッチ1の各信号光42A〜42Fに対応する領域Wp〜Wuに到達する時点で、制御光パルス44aが光スイッチ1の各領域Wp〜Wuに到達するように制御光44を信号光42に同期させる。
これにより、信号光42A〜42Fのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光56A〜56Fとして切り出されて、集光光学系54及び光導波路46により、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路46において、信号光(出力光)56A〜56Fが時間的に多重化されたシリアルな信号光56が得られる。
Further, in the optical multiplexing apparatus according to the present embodiment, the condensing optical system 54 and the optical waveguide 46 are disposed at a position after the signal light 42 is reflected by the optical switch 1. When all of the signal lights 42A to 42F reach the areas Wp to Wu corresponding to the signal lights 42A to 42F of the optical switch 1, the control light pulse 44a reaches the areas Wp to Wu of the optical switch 1. The control light 44 is synchronized with the signal light 42.
Thereby, a part of each of the signal lights 42A to 42F is cut out as output lights 56A to 56F each having a short pulse time width, and has a predetermined time difference between them by the condensing optical system 54 and the optical waveguide 46. In the optical waveguide 46, serial signal light 56 in which signal lights (output lights) 56A to 56F are temporally multiplexed is obtained.

以下、本発明を、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。
下記実施例においては、数百フェムト秒(fs=10-15秒)のパルス幅を持つレーザを信号光および制御光に用い、ジベンゾフラノニルメタノラート誘導体薄膜およびスクエアリリウム誘導体薄膜を光制御部とし、本発明にかかる構造の共振器構造光スイッチを作製し、通信波長帯の1.55(m光および近赤外領域の900nm光について光スイッチングを行った。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited by the following Example.
In the following examples, a laser having a pulse width of several hundred femtoseconds (fs = 10 −15 seconds) is used for signal light and control light, and a dibenzofuranyl methanolate derivative thin film and a squarylium derivative thin film are used as light control units. A resonator structure optical switch having a structure according to the present invention was fabricated, and optical switching was performed for 1.55 (m light in the communication wavelength band and 900 nm light in the near infrared region.

[実施例1]
活性膜にジベンゾフラノニルメタノラート誘導体薄膜を用い、図1の構成の光スイッチを形成した。低反射率ミラーには、電子ビーム蒸着法によりTiO2とSiO2をそれぞれ1/4波長の光学膜厚ずつガラス基板(吸収による損失は、ほぼ0%)上に計4層製膜した誘電体多層膜を用いた。当該誘電体多層膜ミラーの反射率は60%であった。ジベンゾフラノニルメタノラート誘導体には、下記分子構造の誘導体を用いた。
[Example 1]
A dibenzofuranonyl methanolate derivative thin film was used as the active film to form an optical switch having the configuration shown in FIG. The low-reflectivity mirror has a dielectric layer in which a total of four layers of TiO 2 and SiO 2 are deposited on a glass substrate with an optical film thickness of 1/4 wavelength by electron beam evaporation (the loss due to absorption is almost 0%). A multilayer film was used. The reflectivity of the dielectric multilayer mirror was 60%. As the dibenzofuranonyl methanolate derivative, a derivative having the following molecular structure was used.

Figure 2006023334
Figure 2006023334

当該分子をテトラヒドロフラン溶媒に2質量%の濃度で溶解し、約160nmの膜厚になるようスピンコート法により製膜した。高反射率ミラーには銀を500nm真空蒸着したものを用いた。さらに保護層として酸化ゲルマニウムまたはアルミニウム蒸着膜を任意の厚さで形成した。作製した光スイッチの反射スペクトルを紫外可視分光装置(日立U-4100)で測定した。その結果を図8に示す。
図8から、1600nm付近に共振による反射率の低下が観測され、共振器構造が形成されていることが確認された。この光スイッチについて、下記方法により、繰り返し周期1kHz、パルス幅150fsの信号光(1550nm)、制御光(1640nm)により光スイッチング実験を行った。
光スイッチング実験は標準的なKerr配置光学系により行った。信号光に対し光スイッチを挟んで偏光子と検光子とをクロスニコル状態で配置する。制御光がない状態では信号光は検光子を透過することができない。次に信号光の偏光方向に対し45°の偏光方向を持つ制御光を、信号光と同期させて光スイッチに入射する。制御光により光スイッチに誘起された複屈折により信号光が楕円偏光となり、一部が検光子を透過する。この透過光をスイッチング出力として観測する。その結果、良好なスイッチング特性が得られ、光スイッチの性能を示す光カー回転角は、制御光強度が5.3pJ/μm2のとき2.2°と高い値を示した。
The molecule was dissolved in a tetrahydrofuran solvent at a concentration of 2% by mass and formed into a film by spin coating so as to have a film thickness of about 160 nm. As the high reflectivity mirror, silver having a vacuum deposited of 500 nm was used. Further, a germanium oxide or aluminum vapor deposition film was formed in an arbitrary thickness as a protective layer. The reflection spectrum of the produced optical switch was measured with an ultraviolet-visible spectrometer (Hitachi U-4100). The result is shown in FIG.
From FIG. 8, a decrease in reflectance due to resonance was observed near 1600 nm, and it was confirmed that a resonator structure was formed. With respect to this optical switch, an optical switching experiment was performed using signal light (1550 nm) having a repetition period of 1 kHz and a pulse width of 150 fs and control light (1640 nm) by the following method.
Optical switching experiments were performed with a standard Kerr configuration optical system. A polarizer and an analyzer are arranged in a crossed Nicols state with an optical switch sandwiched between signal lights. In the absence of control light, the signal light cannot pass through the analyzer. Next, control light having a polarization direction of 45 ° with respect to the polarization direction of the signal light is incident on the optical switch in synchronization with the signal light. The signal light becomes elliptically polarized light due to the birefringence induced in the optical switch by the control light, and a part of the signal light passes through the analyzer. This transmitted light is observed as a switching output. As a result, good switching characteristics were obtained, and the optical Kerr rotation angle indicating the performance of the optical switch showed a high value of 2.2 ° when the control light intensity was 5.3 pJ / μm 2 .

[実施例2]
活性膜にスクエアリリウム誘導体薄膜を用い、実施例1と同様の構成の光スイッチを形成した。スクエアリリウム誘導体には、下記分子構造の誘導体を用いた。
[Example 2]
An optical switch having the same configuration as in Example 1 was formed using a squarylium derivative thin film as the active film. As the squarylium derivative, a derivative having the following molecular structure was used.

Figure 2006023334
Figure 2006023334

当該分子をプロピルアミン溶媒に1質量%の濃度で溶解し、約60nmの膜厚になるようスピンコート法により製膜した。ミラーの種類および形成方法に関しては実施例1と同様である。実施例1と同様の方法により作製した光スイッチの反射スペクトルを測定した。その結果を図9に示す。850nm付近に共振による反射率の低下が観測され、共振器構造が形成されていることが確認された。
この光スイッチについて、実施例1と同様の方法で繰り返し周期80MHz、パルス幅150fsの信号光(900nm)、制御光(850nm)により光スイッチング実験を行った。その結果、良好なスイッチング特性が得られ、共振器構造を導入しない場合に比べ、膜厚あたりのカー回転角は10倍以上になることが確認された。
The molecule was dissolved in a propylamine solvent at a concentration of 1% by mass and formed into a film by spin coating so as to have a film thickness of about 60 nm. The type of mirror and the formation method are the same as in Example 1. The reflection spectrum of the optical switch produced by the same method as in Example 1 was measured. The result is shown in FIG. A decrease in reflectance due to resonance was observed near 850 nm, and it was confirmed that a resonator structure was formed.
With respect to this optical switch, an optical switching experiment was performed in the same manner as in Example 1 using signal light (900 nm) having a repetition period of 80 MHz and a pulse width of 150 fs, and control light (850 nm). As a result, good switching characteristics were obtained, and it was confirmed that the Kerr rotation angle per film thickness was 10 times or more compared with the case where the resonator structure was not introduced.

本発明の光スイッチの第一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st embodiment of the optical switch of this invention. 活性膜の膜厚の変化に対する電場振幅の変化を表す図である。It is a figure showing the change of the electric field amplitude with respect to the change of the film thickness of an active film. 光スイッチ内部に生ずる光電場の時間的変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the time change of the photoelectric field which arises inside an optical switch. 入射光の往復回数と活性膜内部の光電場との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the reciprocation number of incident light, and the photoelectric field inside an active film. 本発明の光スイッチの第二実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd embodiment of the optical switch of this invention. 本発明の光分配装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the optical distribution apparatus of this invention. 本発明の光多重化装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the optical multiplexing apparatus of this invention. 実施例1で作製した光スイッチの反射スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a reflection spectrum of the optical switch manufactured in Example 1. 実施例2で作製した光スイッチの反射スペクトルを示す図である。6 is a diagram showing a reflection spectrum of an optical switch manufactured in Example 2. FIG. 共振器構造を導入した光スイッチを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical switch which introduce | transduced the resonator structure. 共振器内に保護層を形成した光スイッチを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical switch which formed the protective layer in the resonator.

符号の説明Explanation of symbols

1 光スイッチ
10 基板
12 低反射率ミラー
14 活性膜
16 高反射率ミラー
18 保護層
20 レンズ
1 optical switch 10 substrate 12 low reflectivity mirror 14 active film 16 high reflectivity mirror 18 protective layer 20 lens

Claims (12)

基板上に、低反射率の反射面又は反射層と、非線形光学材料を含有する活性膜と、高反射率の反射面又は反射層と、をこの順に有し、前記基板側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、
前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たし、
前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、10%以下である光スイッチ。
On the substrate, a reflective surface or reflective layer having a low reflectivity, an active film containing a nonlinear optical material, and a reflective surface or reflective layer having a high reflectivity are arranged in this order, and the signal light and control are performed from the substrate side. An optical switch that performs light switching by irradiating with light,
The thickness of the active film satisfies a resonance condition for at least one of the signal light and the control light,
The loss of the signal light and the control light due to the absorption of the substrate is 10% or less.
基板上に、低反射率の反射面又は反射層と、非線形光学材料を含有する活性膜と、高反射率の反射面又は反射層と、をこの順に有し、前記基板側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、
前記活性膜の膜厚は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、(λ1+λ2)/2〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たし、
前記基板の吸収による前記信号光及び前記制御光の損失は、10%以下である光スイッチ。
On the substrate, a reflective surface or reflective layer having a low reflectivity, an active film containing a nonlinear optical material, and a reflective surface or reflective layer having a high reflectivity are arranged in this order, and the signal light and control are performed from the substrate side. An optical switch that performs light switching by irradiating with light,
The thickness of the active film is resonant with respect to a wavelength between (λ 1 + λ 2 ) / 2 to λ 2 when the wavelength of the signal light is λ 1 and the wavelength of the control light is λ 2. Meet the requirements,
The loss of the signal light and the control light due to the absorption of the substrate is 10% or less.
前記活性膜の、前記低反射率の反射面又は反射層と接する面とは反対側の面に金属層を有し、前記高反射率の反射面は、前記活性膜と前記金属層との界面である請求項1又は2に記載の光スイッチ。   The active film has a metal layer on a surface opposite to the low-reflectance reflecting surface or the surface in contact with the reflecting layer, and the high-reflecting reflecting surface is an interface between the active film and the metal layer. The optical switch according to claim 1 or 2. 前記低反射率の反射層は、誘電体多層膜である請求項1又は2に記載の光スイッチ。   The optical switch according to claim 1, wherein the reflective layer having a low reflectance is a dielectric multilayer film. 前記非線形光学材料は、有機分子である請求項1又は2に記載の光スイッチ。   The optical switch according to claim 1, wherein the nonlinear optical material is an organic molecule. 前記有機分子は、スクエアリリウム化合物である請求項5に記載の光スイッチ。   The optical switch according to claim 5, wherein the organic molecule is a squarylium compound. 前記有機分子は、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物である請求項5に記載の光スイッチ。   The optical switch according to claim 5, wherein the organic molecule is a dibenzofuranonyl methanolate compound. 前記光スイッチングは、前記非線形光学材料の光カー効果を利用して行われる請求項1又は2に記載の光スイッチ。   The optical switch according to claim 1, wherein the optical switching is performed using an optical Kerr effect of the nonlinear optical material. 前記基板の前記活性膜を有する面とは反対側の面に、光軸に垂直な平面を有するレンズの平面部を当接するように設け、前記基板の厚さを前記レンズの焦点距離と等しくした請求項1又は2に記載の光スイッチ。   The surface of the substrate opposite to the surface having the active film is provided so as to abut the flat portion of the lens having a plane perpendicular to the optical axis, and the thickness of the substrate is made equal to the focal length of the lens. The optical switch according to claim 1 or 2. 基板上に、誘電体多層膜と、非線形光学材料を含有する活性膜と、金属層と、をこの順に設ける光スイッチの製造方法。   A method for manufacturing an optical switch, wherein a dielectric multilayer film, an active film containing a nonlinear optical material, and a metal layer are provided in this order on a substrate. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光スイッチを用いた光分配装置。   An optical distribution device using the optical switch according to claim 1. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光スイッチを用いた光多重化装置。   An optical multiplexing device using the optical switch according to claim 1.
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