JP2010025966A - 光パルス発生装置及びその設計方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】BK-7プリズム1に入射された可視レーザ光Vは金層2に入射角θで入射する。金層2において可視レーザ光Vによって表面プラズモン共鳴光を励起し、光パルス発生器7から光パルスP7を照射して有機色素層3を励起して時間的変化する反転分布状態にし、反転分布状態の時間的変化に応じて有機色素層3の消衰係数k3を負とする。入射角θは、全反射領域において可視レーザ光Vの金層2の光入射面での反射率Rが最小となる光吸収(プラズモン)ディップ角である。パルス幅の大きい光パルスP7からパルス幅の小さい光パルスP1を金層2の反射波として得る。
【選択図】 図1
Description
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=可変
屈折率n2=0.18
消衰係数k2=3
である。有機色素層3について、
厚さt3=0
である。つまり、有機色素層3が形成されていない状態である。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=53nm
屈折率n2=0.18
消衰係数k2=3
である。有機色素層3について、
厚さt3=可変
屈折率n3=1.4
消衰係数k3=0
である。
(49.5°,25nm)
(59.5°,50nm)
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=53nm
屈折率n2=0.18
消衰係数k2=3
である。有機色素層3について、
厚さt3=50nm
屈折率n3=1.4
消衰係数k3=-0.05, -0.077
である。
K : T/2 = Δk3 : Δt
∴ Δt = Δk3・(T/2)/K
= 0.0001・1ns/0.1
= 0.001ns
= 1ps
つまり、図8の(A)に示す周期2nsの光パルスP7を利用して図8の(B)に示すFWHM=1psの光パルスP1を得ることができる。このとき、He-Neレーザ源5の入射光強度Iinを10mWとすれば、約107倍増強されるので、光パルスP1の尖頭値Ioutは100kW程度となる。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=可変
屈折率n2=0.22
消衰係数k2=6
である。GaAs層3aについて、
厚さt3=0
である。つまり、GaAs層3aが形成されていない状態である。この結果、金層2の厚さt2≒39nmで反射率R=0の鋭いプラズモンディップを有し、金層2の厚さt2を39±1nmの範囲で選択することにより表面プラズモン共鳴光の励起量は最大となる。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=39nm
屈折率n2=0.22
消衰係数k2=6
である。GaAs層3aについて、
厚さt3=可変
屈折率n3=3.57
消衰係数k3=0.00013
である。
(41.5°,10nm)
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=39nm
屈折率n2=0.22
消衰係数k2=6
である。GaAs層3aについて、
厚さt3=10nm
屈折率n3=3.57
消衰係数k3=-0.64587
である。
K : T/2 = Δk3 : Δt
∴ Δt = Δk3・(T/2)/K
= 0.00002・1ns/1.0
= 0.00002ns
= 20fs
つまり、図15の(A)に示す周期2nsの光パルスP7を利用して図15の(B)に示すFWHM=20fsの光パルスP1を得ることができる。このとき、赤外レーザ源5aの入射光強度Iinを10mWとすれば、約1010倍増強されるので、光パルスP1の尖頭値Ioutは100MW程度となる。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=可変
屈折率n2=0.18
消衰係数k2=3
である。有機色素層3について、
厚さt3=50nm
屈折率n3=1.4
消衰係数k3=0
である。銀層4について、
厚さt4=10nm
屈折率n4=0.135
消衰係数k4=4
である。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=39nm
屈折率n2=0.18
消衰係数k2=3
である。有機色素層3について、
厚さt3=50nm
屈折率n3=1.4
消衰係数k3=-0.211
である。銀層4について、
厚さt4=10nm
屈折率n4=0.135
消衰係数k4=4
である。
K : T/2 = Δk3 : Δt
∴ Δt = Δk3・(T/2)/K
= 0.0001・1ns/0.4
= 0.00025ns
= 250fs
つまり、図21の(A)に示す周期2nsの光パルスP7を利用して図21の(B)に示すFWHM=250fsの光パルスP1を得ることができる。このとき、He-Neレーザ源5の入射光強度Iinを10mWとすれば、約106倍増強されるので、光パルスP1の尖頭値Ioutは10kW程度となる。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=可変
屈折率n2=0.22
消衰係数k2=6
である。活性層32について、
厚さt3=0
である。つまり、活性層32が形成されていない状態である。正孔注入層31、電子注入層33、GaAs基板34及び電極35も存在しないものとする。この結果、金層2の厚さt2≒39nmで反射率R=0の鋭いプラズモンディップを有し、金層2の厚さt2を39±1nmの範囲で選択することにより表面プラズモン共鳴光の励起量は最大となる。
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=39nm
屈折率n2=0.22
消衰係数k2=6
である。活性層32について、
厚さt3=可変
屈折率n3=3.57
消衰係数k3=0.00013
である。正孔注入層31について、
厚さ=50nm
屈折率=3.4
消衰係数=0
である。電子注入層33について、
厚さ=50nm
屈折率=3.4
消衰係数=0
である。GaAs基板34について、
厚さ=950nm
屈折率=3.57
消衰係数=0.00013
である。尚、正孔注入層31、電子注入層33の消衰係数は0であるので、理論上は吸収損失は生じないが、実際は少し生じる。従って、ここでは、正孔注入層31、電子注入層33の厚さは50nmとする。
(43.0°,25nm)
BK-7プリズム1について、
屈折率n1=1.535
消衰係数k1=0
である。金層2について、
厚さt2=39nm
屈折率n2=0.22
消衰係数k2=6
である。活性層32について、
厚さt3=25nm
屈折率n3=3.57
消衰係数k3=-0.147187
である。正孔注入層31について、
厚さ=50nm
屈折率=3.4
消衰係数=0
である。電子注入層33について、
厚さ=50nm
屈折率=3.4
消衰係数=0
である。GaAs基板34について、
厚さ=950nm
屈折率=3.57
消衰係数=0.00013
である。
K : T/2 = Δk3 : Δt
∴ Δt = Δk3・(T/2)/K
= 0.0001・1ns/0.3
= 0.00033ns
= 330fs
つまり、図25の(A)に示す周期2nsの電流パルスP7’を利用して図25の(B)に示すFWHM=1psの光パルスP1を得ることができる。このとき、赤外レーザ源5aの入射光強度Iinを10mWとすれば、約105倍増強されるので、光パルスP1の尖頭値Ioutは1kW程度となる。
2:金層
3:有機色素層
3a:GaAs層
4:無反射コート
5:He-Neレーザ源
5a:赤外レーザ源
6:波長板
7:光パルス発生器
7a:電流パルス発生器
31:正孔注入層
32:活性層
33:電子注入層
34:GaAs基板
35:電極
Claims (13)
- 入射光を入射しその反射光を光パルスとして発生するための光入射/反射面を有する金属層と、
該金属層の光入射/反射面の反対面に被覆された誘電体層と、
該誘電体層を時間的変化する励起状態にする誘電体層励起手段と
を具備し、
前記金属層において前記入射光により表面プラズモン共鳴光を励起すると共に、前記誘電体層の励起状態の時間的変化に応じて前記誘電体層の消衰係数を負にするようにした光パルス発生装置。 - 前記誘電体層励起手段は前記光パルスのパルス幅より大きいパルス幅を有する第2の光パルスを発生する光パルス発生器を具備し、該第2の光パルスを前記誘電体層に照射する請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記誘電体層励起手段は前記光パルスのパルス幅より大きいパルス幅を有するパルス電流を発生するパルス電流発生器を具備し、該パルス電流を前記誘電体層に注入する請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での入射角は、前記誘電体層が非励起状態のときに、全反射領域において前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での反射率が最小となる光吸収ディップ角度である請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記金属層の厚さは、前記誘電体層が非励起状態のときに、前記光吸収ディップ角度で入射した前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での反射率が最小となるように、選択された請求項1に記載の光パルス発生装置。
- さらに、前記金属層の前記光入射/反射面に付着された透明基材を具備する請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記透明基材はプリズムである請求項6に記載の光パルス発生装置。
- 前記金属層は金、銀、銅、Al、Ir、Mo、Ni、Pt、Rh、W、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Nb、Pd、Irまたはそれらの合金よりなる請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記誘電体層は半導体層である請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記金属層に前記入射光の波長より小さい径を有する複数の孔部を設けた請求項1に記載の光パルス発生装置。
- 前記複数の孔部が規則性を有する請求項10に記載の光パルス発生装置。
- 入射光を入射しその反射光を光パルスとして発生するための光入射/反射面を有する金属層と、
該金属層の光入射/反射面の反対面に被覆された誘電体層と、
該誘電体層を時間的変化する励起状態にする誘電体層励起手段と
を具備し、
前記金属層において前記入射光により表面プラズモン共鳴光を励起すると共に、前記誘電体層の励起状態の時間的変化に応じて前記誘電体層の消衰係数を負にするようにした光パルス発生装置の設計方法であって、
前記誘電体層が非励起状態のときに、全反射領域において入射光の前記金属層の光入射/反射面での反射率が最小となるように前記金属層の厚さを選択する工程と、
前記誘電体層が非励起状態のときに、前記選択された金属層の厚さを維持しつつ全反射領域において入射光の前記金属層の光入射/反射面での反射率が最小となるように、前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での入射角及び前記誘電体層の厚さの組合せを選択する工程と、
前記入射光の前記入射角での反射率が所定値より大きくなるように前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での入射角及び前記誘電体層の厚さの組合せの1つを決定する工程と
を具備する光パルス発生装置の設計方法。 - 入射光を入射しその反射光を光パルスとして発生するための光入射/反射面を有する金属層と、
該金属層の光入射/反射面の反対面に被覆された誘電体層と、
該誘電体層を時間的変化する励起状態にする誘電体層励起手段と
を具備し、
前記金属層において前記入射光により表面プラズモン共鳴光を励起すると共に、前記誘電体層の励起状態の時間的変化に応じて前記誘電体層の消衰係数を負にするようにした光パルス発生装置の設計方法であって、
前記共振器層の透過率に応じて該共振器層の厚さを選択する工程と、
前記誘電体層の厚さを選択する工程と、
前記誘電体層が非励起状態のときに、全反射領域において入射光の前記金属層の光入射/反射面での反射率が最小となるように、前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での入射角及び前記金属層の厚さを選択する工程と
前記入射光の前記入射角での反射率が所定値より大きくなるように前記入射光の前記金属層の光入射/反射面での入射角及び前記誘電体層の厚さを決定する工程と
を具備する光パルス発生装置の設計方法。
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