JP2565964B2 - Optical medium for nonlinear optical devices - Google Patents

Optical medium for nonlinear optical devices

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JP2565964B2 JP63024727A JP2472788A JP2565964B2 JP 2565964 B2 JP2565964 B2 JP 2565964B2 JP 63024727 A JP63024727 A JP 63024727A JP 2472788 A JP2472788 A JP 2472788A JP 2565964 B2 JP2565964 B2 JP 2565964B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光情報処理や光通信システムにおいて、将
来的に用いられる光スイッチや光メモリ、あるいは光信
号演算処理装置などに適用できる非線形光学媒質に関す
るものである。
The present invention relates to a non-linear optical medium applicable to optical switches, optical memories, optical signal arithmetic processing devices, etc., which will be used in the future in optical information processing and optical communication systems. It is about.

〔従来の技術および問題点〕[Conventional technology and problems]

非線形光学効果とは、物質に光が入射したときに、物
質の電気分極Pが、一般式P=x(1)E+x(2)E2+x(3)E3
+…(II)で書けるのに対し、第2項以降の項により発
現する効果を言う(x(i)はi次の電気感受率、Eは光の
電界強度である。)。特に、第2項による第2高調波発
生(SHG)や第3項による第3高調波発生(THG)は波長
変換効果としてよく知られているが、第3項はまた、光
強度に応じた光学定数の変化、例えば非線形屈折率効果
や非線形吸収効果を与えるものとして重要である。例え
ば、非線形屈折率効果は物質の屈折率nが入射光強度に
比例して変化するものであり、n=n0+n2Iで記述され
る(n0は定数、n2は非線形屈折率係数である。)。この
効果を示す媒質と、光共振器や偏光子あるいは反射鏡な
ど他の光学素子とを組合わせると、光双安定素子や光ス
イッチあるいは位相共役波発生器などの光情報処理や光
通信システムにおいて将来的に用いられる重要なデバイ
スの実現が可能である。
The nonlinear optical effect means that when light is incident on a substance, the electric polarization P of the substance is represented by the general formula P = x (1) E + x (2) E 2 + x (3) E 3
It can be written as + ... (II), but it refers to the effect exhibited by the second and subsequent terms (x (i) is the i-th order electric susceptibility, and E is the electric field intensity of light). In particular, the second harmonic generation (SHG) according to the second term and the third harmonic generation (THG) according to the third term are well known as wavelength conversion effects, but the third term also depends on the light intensity. It is important to give a change in optical constants, for example, a nonlinear refractive index effect or a nonlinear absorption effect. For example, the nonlinear refractive index effect is that the refractive index n of a substance changes in proportion to the incident light intensity, and is described by n = n 0 + n 2 I (n 0 is a constant, n 2 is a nonlinear refractive index coefficient). It is.) When a medium exhibiting this effect is combined with another optical element such as an optical resonator, a polarizer, or a reflecting mirror, it can be used in optical information processing or optical communication systems such as an optical bistable element, an optical switch, or a phase conjugate wave generator. It is possible to realize important devices that will be used in the future.

このような非線形屈折率効果を示す媒質を用いた非線
形光学装置の従来例として、光双安定素子の実例を第5
図を参照しながら以下に示す。
As a conventional example of a non-linear optical device using a medium exhibiting such a non-linear refractive index effect, an actual example of an optical bistable element is described below.
It is shown below with reference to the drawings.

第5図の符号11は非線形屈折率を有する光学材質(非
線形屈折率媒質)、52および52′は非線形屈折率媒質11
の両面にコートされた反射率約90%の誘電体蒸着ミラー
である。この構成においては、人力光の波長を僅かに変
化させて共振条件を満足すると、入力光強度Piに対して
出力光Ptが第1図(c)(d)に示した様な特性を持つ
(動作原理については文献 アプライド フィジックス
レター(Appl.Phys.Lett.)vol.35,451(1976)に詳
しい)。これらはそれぞれリミッタ動作および双安定動
作に対応しており、光通信や光情報処理システムにおい
て入力光パルスの波形整形、光スイッチ、あるいは光信
号メモリ、光論理演算動作などへの応用が可能なもので
ある。
In FIG. 5, reference numeral 11 is an optical material having a nonlinear refractive index (nonlinear refractive index medium), and 52 and 52 'are nonlinear refractive index medium 11
It is a dielectric vapor deposition mirror with a reflectance of about 90% coated on both sides of. In this configuration, when the resonance condition is satisfied by slightly changing the wavelength of the human power light, the output light Pt has the characteristics as shown in FIGS. 1C and 1D with respect to the input light intensity Pi ( For the principle of operation, refer to the document Applied Physics Letter (Appl.Phys.Lett.) Vol.35,451 (1976). These correspond to limiter operation and bistable operation, respectively, and can be applied to waveform shaping of input optical pulse, optical switch, optical signal memory, optical logic operation in optical communication and optical information processing systems. Is.

ところで、この種の非線形光学装置においては、特性
として、使用可能な入力光波長ならびに入力光強度、さ
らに光信号の強度変化に対して追随可能な応答時間の3
つの値が重要である。例えば第5図中の非線形光学媒質
11としてGaAsとGaAlAsの半導体薄膜を交互に繰返し成長
させし作製した超格子結晶を用いた例においては、結晶
内で励起子が光吸収に伴って励起されることによって屈
折率が光強度依存性を示すこと(吸収非線形効果)を動
作原理としているため、前記第(II)式の第3項の係数
が大きく(即ち3次非線形の効率が高く)、動作に必要
な入力光強度は5×104W/cm2程度と小さくて済む点では
優れているが、使用可能な入力光波長が励起子吸収スペ
クトル近傍の極めて狭い範囲に限られてしまうこと、お
よび応答時間が励起子寿命により決定され、3×10-8se
cより高速の光信号処理には使えないという問題点があ
った。
By the way, in this type of non-linear optical device, as a characteristic, a usable input light wavelength and input light intensity, and a response time of 3 which can follow the intensity change of the optical signal are used.
One value is important. For example, the nonlinear optical medium in FIG.
In the example using a superlattice crystal prepared by alternately and repeatedly growing semiconductor thin films of GaAs and GaAlAs as 11, the refractive index depends on the light intensity because the excitons are excited by light absorption in the crystal. (The absorption nonlinear effect) is the operating principle, the coefficient of the third term of the formula (II) is large (that is, the efficiency of the third-order nonlinearity is high), and the input light intensity required for the operation is 5 ×. It is excellent in that it can be as small as 10 4 W / cm 2, but the usable input light wavelength is limited to an extremely narrow range near the exciton absorption spectrum, and the response time is determined by the exciton lifetime. And 3 × 10 -8 se
There was a problem that it could not be used for optical signal processing faster than c.

また、非線形光学媒質として非線形光学液体である二
硫化炭素(CS2)を満たしガラスセルを用い、前記誘電
体蒸着ミラー52,52′の代わりに、外部ミラーを用いた
別の従来例においては、光電界に応じた分子の回転配列
により屈折率が光強度依存性を示すこと(分子回転非線
形効果)を動作原理としているため、使用可能な入力光
波長が可視から近赤外域の広い範囲にわたるという点で
は優れているものの、3次非線形の効率がそれ程高くな
く、動作に必要な入力光強度が108W/cm2程度と大きくな
ること、および応答時間が分子の回転緩和時間により決
定され、10-11〜10-12secより高速の光信号処理には使
えないという問題点があった。
Further, in another conventional example in which a glass cell filled with carbon disulfide (CS 2 ) which is a nonlinear optical liquid is used as the nonlinear optical medium, and an external mirror is used instead of the dielectric vapor deposition mirrors 52 and 52 ′, Since the operating principle is that the refractive index depends on the light intensity due to the rotational arrangement of molecules according to the optical electric field (molecular rotation nonlinear effect), the usable input light wavelength is in a wide range from visible to near infrared region. Although it is excellent in that point, the efficiency of the third-order nonlinearity is not so high, the input light intensity required for operation is as large as 10 8 W / cm 2 , and the response time is determined by the rotational relaxation time of the molecule. There is a problem that it cannot be used for optical signal processing faster than 10 -11 to 10 -12 sec.

以上のことから明らかなように、非線形光学装置の性
能は、非線形光学材料の特性によって殆ど決定される。
従って、使用可能な波長範囲が広く、3次非線形の効率
が高く、動作に必要なに入力光強度が小さく、応答時間
が短い材料の開発が熱望され、それに向けて活発な研究
が行われているのが現状である。
As is clear from the above, the performance of the nonlinear optical device is almost determined by the characteristics of the nonlinear optical material.
Therefore, it is eager to develop a material that has a wide usable wavelength range, high third-order nonlinear efficiency, low input light intensity necessary for operation, and short response time, and active research is being conducted toward that end. It is the current situation.

3次非線形効果を示す材料のうちでも、ベンゼン環や
2重あるいは3重結合などのπ電子共役をもつ有機非線
形光学材料が最近特に注目されてる。例えば、ポリジア
セチレンビス−(パラトルエンスルホネート)(略称PT
S)では、3次効果の定数x(3)はx(3)=1×10-10esu
(非線形屈折率係数に換算すると、n2=2×10-12(W/c
m2-1となる。)の値をもち、上記のCS2液体より2桁
大きい。さらに、この非線形効果のメカニズムが吸収に
よるものでなく、かつ分子や結晶格子との相互作用によ
るものでもなく、純粋に電子分極に由来するものである
ために、光信号の強度変化に追随可能な応答時間が10
-14secと極めて高速であり、かつ使用可能な入力光波長
も0.65μm付近から2.0μm以上の広い範囲にわたって
いるという優れた特性を持っている。
Among the materials exhibiting the third-order nonlinear effect, organic nonlinear optical materials having π-electron conjugation such as benzene ring and double or triple bond have recently attracted particular attention. For example, polydiacetylene bis- (paratoluene sulfonate) (abbreviation PT
In S), the third-order effect constant x (3) is x (3) = 1 × 10 -10 esu
(Converted to a nonlinear refractive index coefficient, n 2 = 2 × 10 −12 (W / c
m 2 ) -1 . ), Which is two orders of magnitude greater than the CS 2 liquid described above. Furthermore, since the mechanism of this non-linear effect is not due to absorption or interaction with molecules or crystal lattices but is purely due to electronic polarization, it is possible to follow the intensity change of the optical signal. Response time 10
It has an extremely high speed of -14 sec, and has the excellent characteristics that the usable input light wavelength is in a wide range from around 0.65 μm to over 2.0 μm.

しかしながら、上記PTSなどのポリジアセチレンは、
一般に結晶性高分子であるために、光学装置の媒質とし
て用いる場合には媒質全体が単結晶となっていることが
必要である。もし、媒質の一部に非晶質部が存在した
り、全体が多結晶状態になっていて微小な単結晶の集合
体であったりすると、とたんに入射光の散乱損失が増大
してしまい、使いものにならない。従って、ポリジアセ
チレンを用いた光学装置を製造するにあたっては、目的
に応じた大型結晶の育成あるいは薄膜結晶化などの技術
が不可欠であり、さらに、これらの結晶が得られた場合
でも、結晶を切断したり表面を研磨したりする加工技術
を確立することが必要である。ポリジアセチレンに関す
るこれらの周辺技術は今のところまだ解決されていな
い。従って、ポリジアセチレンを用いた非線形光学装置
はまだ実用に供せられるものは一つも実現していない。
However, polydiacetylene such as the above PTS,
In general, since it is a crystalline polymer, when it is used as a medium of an optical device, it is necessary that the entire medium is a single crystal. If an amorphous part exists in a part of the medium, or if the whole is in a polycrystalline state and is an aggregate of minute single crystals, the scattering loss of incident light will increase immediately. ,Useless. Therefore, in manufacturing an optical device using polydiacetylene, techniques such as growing large crystals or thin-film crystallization according to the purpose are indispensable, and even when these crystals are obtained, the crystals are cut. It is necessary to establish a processing technique for polishing and polishing the surface. These peripheral technologies for polydiacetylene have not yet been solved. Therefore, none of the non-linear optical devices using polydiacetylene has been realized yet.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的は、従来の光双安定素子を始めとする、光スイッチ、
位相共役波発生装置などの非線形屈折率を利用した非線
形光学装置における問題点、すなわち前記したような使
用波長制限、低速応答性、高動作入力光強度、あるいは
所望の光学媒質を容易に入手できないこと、などの欠点
を除去しようとするものであり、使用波長範囲が広く、
高速応答性を有し、かつ動作入力光強度が小さい実用に
供し得る高性能非線形光学装置に適用できる非線形光学
媒質を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is an optical switch including a conventional optical bistable element,
Problems in non-linear optical devices using non-linear refractive index such as phase conjugate wave generators, that is, limited wavelength used, slow response, high operating input light intensity, or inability to easily obtain desired optical medium It is intended to eliminate defects such as, and has a wide wavelength range to be used.
It is an object of the present invention to provide a non-linear optical medium which has a high-speed response and which can be used in a practical high-performance non-linear optical device in which the operating input light intensity is small.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するため、本発明は下記の構成からな
る。すなわち、本発明は、 非線形屈折率を有する光学媒質と、光共振器や偏光
子、あるいは反射鏡などの光学素子とで構成される非線
形光学装置において、非線形光学媒質として、下記式
(I)で示されるポリ−(パラフェニレンビニレン)を
用いることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configurations. That is, the present invention is a nonlinear optical device composed of an optical medium having a nonlinear refractive index and an optical element such as an optical resonator, a polarizer, or a reflecting mirror. It is characterized by using the indicated poly- (paraphenylene vinylene).

ポリ−(パラフェニレンビニレン(略称PPV)は、ア
モルファス構造をもつ導電性ポリマ材料である。後で述
べるように、可溶性のポリマ中間体を経由する方法で合
成することができるため、成形性に優れ、取扱いやす
く、かつ、化学的に安定である。このPPVの3次非線形
効果が極めて大きな値をもつことを本発明者らは、はじ
めて明らかにすることができた。また、その大きな3次
効果故に非線形屈折率係数が大きな値となることを確認
し、この材料を非線形光学媒質として光双安定素子、光
スイッチ、位相共役波発生器などの非線形光学装置を構
成し、それらが実用に供し得るとしたのは、本発明の最
も強調すべき点である。
Poly- (paraphenylene vinylene (abbreviated as PPV) is a conductive polymer material with an amorphous structure. As described later, it can be synthesized by a method involving a soluble polymer intermediate, so it has excellent moldability. The present inventors were able to clarify for the first time that the third-order nonlinear effect of PPV has an extremely large value, and is easy to handle and chemically stable. Therefore, it was confirmed that the nonlinear refractive index coefficient was large, and by using this material as a nonlinear optical medium, nonlinear optic devices such as optical bistable elements, optical switches, phase conjugate wave generators, etc. could be constructed and put to practical use. This is the most important point of the present invention.

第4図(a)(b)はPPVの3次効果の効率を評価す
べく行った実験の測定データを示したものである。有機
材料の3次効果は、一般に第3高調波光(THG光)の強
度を測定することによって評価される。第4図(a)は
厚さの均一なPPVフィルム(この場合の厚さは0.69μ
m)に、波長2.0μm程度のレーザパルス光を入射し、
サンプルをレーザ光の入射方向と垂直な軸の回りに回転
させながら、出てくるTHG光強度を測定した結果であ
る。このパターンはメーカフリンジと呼ばれるものであ
り、すでに効率が既知の材料(ここでは石英ガラスを用
いた)を同一の観測系で測定して、THGのピーク強度と
比較すれば、3次効果の効率を測定することができる
(測定原理については、文献 エレクトロニクス レタ
ーズ(Electron.Lett.)vol23,No.11,595(1987)に詳
しい)。第4図(b)は得られた結果を3次の電気感受
率x(3)で表わし、入射光波長に対してプロットした結果
である。x(3)の値は5〜8×10-12esuであり、前述のPT
Sと比べると、約1桁小さい値であることが確かめられ
た。なお、この測定値から非線形屈折率はn2=1〜1.5
×10-13(W/cm2-1と算定される。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show measured data of an experiment conducted to evaluate the efficiency of the third-order effect of PPV. The third-order effect of an organic material is generally evaluated by measuring the intensity of third harmonic light (THG light). Figure 4 (a) shows a PPV film with a uniform thickness (in this case, the thickness is 0.69μ).
m), a laser pulse light having a wavelength of about 2.0 μm is incident thereon,
This is a result of measuring the emitted THG light intensity while rotating the sample around an axis perpendicular to the laser light incident direction. This pattern is called a maker fringe. If a material whose efficiency is already known (using quartz glass in this case) is measured with the same observation system and compared with the peak intensity of THG, the efficiency of the third order effect (The details of the measurement principle can be found in the literature, Electronics Letters (Electron. Lett.) Vol 23, No. 11, 595 (1987)). FIG. 4 (b) shows the obtained results by the third-order electrical susceptibility x (3) , which is plotted against the incident light wavelength. The value of x (3) is 5-8 × 10 -12 esu,
It was confirmed that the value was about an order of magnitude smaller than that of S. From this measured value, the nonlinear refractive index is n 2 = 1 to 1.5.
It is calculated as × 10 -13 (W / cm 2 ) -1 .

また、PPVの吸収スペクトルは、厚さ20μm程度のPPV
フィルムを用いて分光光度計で測定した。その結果、無
吸収波長域は0.57〜2.2μmと極めて広いことが判っ
た。すなわち、この材料は使用可能波長域が前述のPTS
よりさらに広く優れている。なお、波長域0.57μm〜1.
8μmにおけるPPVの3次効果効率については未測定では
あるが、非線形効果のメカニズムがPTSと同じに純粋の
電子分極によることを考えると、これらの波長域におい
ても、PPVのx(3)またはn2は第4図(b)の値とほぼ同
等の値をもつことが容易に推察される。
The absorption spectrum of PPV is about 20 μm.
It was measured with a spectrophotometer using the film. As a result, it was found that the non-absorption wavelength range was as wide as 0.57 to 2.2 μm. In other words, this material has a usable wavelength range of PTS
Even better and better. The wavelength range is 0.57 μm-1.
Although the third-order effect efficiency of PPV at 8 μm has not been measured, considering that the mechanism of the nonlinear effect is due to pure electronic polarization as in PTS, x (3) or n of PPV is also observed in these wavelength regions. It is easily inferred that 2 has a value almost equal to the value in Fig. 4 (b).

さらに同様な考案から、本材料の応答時間はPTSと同
様に10-14sec程度と推測され、充分な高速性を備えてい
る。
Furthermore, from the same idea, the response time of this material is estimated to be about 10 -14 sec, similar to PTS, and it has sufficient high speed.

以下、実施例を用いて本発明に係るポリ−(パラフェ
ニレンビニレン)を用いた非線形光学装置の特徴を詳し
く説明する。
Hereinafter, the features of the nonlinear optical device using poly- (paraphenylene vinylene) according to the present invention will be described in detail with reference to examples.

〔実施例1〕 第1図(a)は本発明の非線形光学装置の実施例を説
明する図であって、本発明で用いる非線形屈折率媒質11
は下記に述べる方法により作製したPPVフィルムであ
り、本発明装置においては、入力光を約90%反射し、残
りを透過させる誘電体多層膜ミラー12,12′を対向させ
て配置した外部光共振器である。
Example 1 FIG. 1 (a) is a diagram for explaining an example of the nonlinear optical device of the present invention, in which the nonlinear refractive index medium 11 used in the present invention is used.
Is a PPV film manufactured by the method described below. In the device of the present invention, external optical resonance in which dielectric multilayer mirrors 12 and 12 'that reflect about 90% of input light and transmit the rest are arranged opposite to each other It is a vessel.

前記PPVフィルムの作製法について述べる。まず、パ
ラキシレンビス(ジエチル スルフォニウム ブロマイ
ド)を水に溶かし、アルカリ溶液として10%アルコール
に苛性ソーダを溶かしたものを加えて撹拌し、ポリマ化
した。次にこれをキャスティング法により石英ガラス板
上にフィルム化し、風乾した。最後にこれを300℃、2
時間、不活性ガス中で加熱することにより光学品質に優
れたPPVフィルムが得られた。最後の加熱処理の過程で
の反応スキームを第1図(b)に示した。この様にして
10×10×1mm3程度の大きさのフィルム状の光学媒質を得
た。
The method for producing the PPV film will be described. First, para-xylene bis (diethyl sulfonium bromide) was dissolved in water, 10% alcohol in which caustic soda was dissolved was added as an alkaline solution, and the mixture was stirred and polymerized. Next, this was formed into a film on a quartz glass plate by a casting method and air-dried. Finally, this is 300 ℃, 2
A PPV film with excellent optical quality was obtained by heating in an inert gas for a period of time. FIG. 1B shows a reaction scheme in the last heat treatment process. Like this
A film-like optical medium having a size of about 10 × 10 × 1 mm 3 was obtained.

第1図(a)に示した装置を動作させるには、前記従
来例第5図と同様、入力光波長を僅か変化させるか、あ
るいは共振器長(ミラー間隔)を僅か変化させて共振条
件を調整すれば良い。本実施例の場合にはNd3+−YAGレ
ーザからの1.064μmの光を使用したので、調整は共振
器長を変化させる方法に依った。入力光強度Piと出力光
強度Ptとの間には第1図(c)(d)で示したようなリ
ミッタ動作および双安定動作が得られた。
In order to operate the device shown in FIG. 1 (a), the resonance condition is changed by slightly changing the input light wavelength or by slightly changing the resonator length (mirror interval) as in the case of FIG. Adjust it. In the case of the present embodiment, 1.064 μm light from the Nd 3+ -YAG laser was used, so the adjustment depended on the method of changing the cavity length. Between the input light intensity Pi and the output light intensity Pt, the limiter operation and the bistable operation as shown in FIGS. 1C and 1D were obtained.

動作に必要な最小入力光強度(Pimin)は解析的に Pimin(Kλ)/(n2l) (但し、λは光の波長、lは光学媒質長、K(〜0.00
1)は鏡の反射率と共振器長調整で決まる係数)で与え
られるが、本実施例ではλ=1.064μm、l=1mmである
から、Pimin=1×107W/cm2と求まる。
The minimum input light intensity (Pi min ) required for operation is analytically Pi min (Kλ) / (n 2 l) (where λ is the wavelength of light, l is the optical medium length, and K (~ 0.00
1) is given by the reflectance of the mirror and the coefficient determined by the cavity length adjustment). In this embodiment, λ = 1.064 μm and l = 1 mm, so Pi min = 1 × 10 7 W / cm 2 is obtained. .

実効出力300mW(パルス発振)、発振波長0.83μmの
半導体レーザを光源とする場合、ビーム径を1μmまで
絞り込むと、光強度は3.8×107W/cm2と計算され、この
波長における上記非線形光学装置のPiminの値より充分
大きい。実際、本非線形光学装置は半導体レーザを光源
とした場合にも動作可能であった。
When a semiconductor laser with an effective output of 300 mW (pulse oscillation) and an oscillation wavelength of 0.83 μm is used as the light source, if the beam diameter is narrowed down to 1 μm, the light intensity is calculated to be 3.8 × 10 7 W / cm 2, and the nonlinear optical at this wavelength is calculated. It is sufficiently larger than the Pi min value of the device. In fact, this nonlinear optical device was operable even when a semiconductor laser was used as a light source.

本材料(PPV)の応答時間τは10-14sec程度と推測さ
れることについてはすでに述べた。但し、装置としての
反応時間は、この媒質応答時間τと共振器内光子寿命tp
との大きい方の値で決まるが、 tp=−lop/(ClnR) (但し、lopは共振器の光学長、Cは光速、Rはミラー
の反射率)から計算されるtpが6×10-11secと得られ、
tp>tなので、この値が装置の応答時間となる。本実施
例においては、応答時間は10-10secより短いことが確認
された。
It has already been mentioned that the response time τ of this material (PPV) is estimated to be about 10 -14 sec. However, the reaction time of the device is determined by the medium response time τ and the photon lifetime tp in the resonator.
Is determined by the larger value of tp = −lop / (ClnR) (where lop is the optical length of the resonator, C is the speed of light, and R is the reflectance of the mirror), and tp is 6 × 10 I got 11 sec,
Since tp> t, this value becomes the response time of the device. In this example, it was confirmed that the response time was shorter than 10 −10 sec.

〔実施例2〕 第2図は、光制御光スイッチの実施例を説明する図で
ある。図中、符号21と21′は互いに偏光軸が直光するよ
う配置された2枚の偏光子からなる直交偏光子系であ
り、11は前記実施例1にて得られた媒質結晶である。こ
の構成においては、ゲートパルスPgが入射している間だ
け直交偏光子21を通過した直線偏光が、非線形屈折率媒
質11の屈折率変化によって偏光角の回転を受け、直交偏
光子21′を通過する。すなわち入射光はゲート光によっ
て光スイッチされる。
Example 2 FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the optically controlled optical switch. In the figure, reference numerals 21 and 21 'designate an orthogonal polarizer system composed of two polarizers arranged so that the polarization axes thereof are direct rays, and 11 is the medium crystal obtained in the first embodiment. In this configuration, linearly polarized light that has passed through the orthogonal polarizer 21 only while the gate pulse Pg is incident receives rotation of the polarization angle due to the change in the refractive index of the nonlinear refractive index medium 11, and passes through the orthogonal polarizer 21 '. To do. That is, the incident light is optically switched by the gate light.

本装置においても、使用可能波長範囲、応答時間、お
よび動作入力光強度(ゲートパルス光)の値は重要であ
るが、使用可能波長範囲および応答時間について極めて
優れていることは実施例1より明らかであって改めて説
明するまでもない。
Also in this device, the usable wavelength range, the response time, and the value of the operating input light intensity (gate pulse light) are important, but it is clear from Example 1 that the usable wavelength range and the response time are extremely excellent. It goes without saying.

必要なゲートパルス光強度(Pπ/2)は解析的に Pπ/2=λ/(2・n2l) で与えられ、本実施例ではλ=1.064μm、l=1mmであ
るから、Pπ/2=5×109W/cm2と求められた。実際に
は、これより低いゲートパルス光強度においても、透過
率Tが、 T=sin2{(Pi/Pπ/2)×π/2} の式に従うので、ビーム径を絞り込んだ半導体レーザ光
によっても動作可能であることがわかった。
The required gate pulse light intensity (Pπ / 2) is analytically given by Pπ / 2 = λ / (2 · n 2 l), and in this embodiment, λ = 1.064 μm and l = 1 mm, so Pπ / 2 = 5 × 10 9 W / cm 2 was calculated. Actually, even at a gate pulse light intensity lower than this, the transmittance T follows the formula of T = sin 2 {(Pi / Pπ / 2 ) × π / 2}, so that the semiconductor laser light with a narrowed beam diameter can be used. Also found to be operational.

〔実施例3〕 第3図は、位相共役波発生装置の実施例を説明する図
である。図中符号31と31′は半透過鏡、32は全反射鏡、
11は実施例1にて得られた光学媒質である。この構成は
縮退4光波混合と呼ばれる光学配置であって、非線形屈
折率をもつ媒質に、A1,A2(A1と反対方向)、Ap(傾入
射)の3つの光波が入射すると、Apに対して空間位相項
のみが共役である第4の光波(Ac)が発生する。この位
相共役波は画像情報処理技術における像修正や、実時間
ホログラフィなどの有効な手段として注目されている
(応用については、文献 オ プラス イ(O plus
E)3月号,p.73(1982)参照)。
Third Embodiment FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of a phase conjugate wave generator. In the figure, reference numerals 31 and 31 'are semi-transmissive mirrors, 32 is a total reflection mirror,
Reference numeral 11 represents the optical medium obtained in Example 1. This configuration is an optical configuration called degenerate four-wave mixing. When three light waves A 1 , A 2 (in the opposite direction to A 1 ) and Ap (oblique incidence) enter a medium having a nonlinear refractive index, Ap , A fourth light wave (Ac) in which only the spatial phase term is conjugate is generated. This phase conjugate wave has attracted attention as an effective means for image correction and real-time holography in image information processing technology (for application, refer to the document O plus (O plus
E) March issue, p.73 (1982)).

本実施例においても装置の高速応答性、および低動作
入力光強度が確認できた。
Also in this example, high-speed response and low operation input light intensity of the device were confirmed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明に係るポリ−(パラフェニレンビニレン)は、
極めて応答速度が大きく、かつ大きな非線形屈折率を持
つという特徴を有している。従って、ポリ−(パラフェ
ニレンビニレン)のフィルムを光双安定素子、光スイッ
チ、あるいは位相共役波発生装置など将来の光情報処理
あるいは光通信分野で重要な非線形光学装置の媒質とし
て適用できる。これにより、従来の非線形光学液体や半
導体超格子結晶を用いた装置に比較して波長依存性、応
答速度、動作に必要な入力光強度の点で格段に優れたも
のとすることが出来、現在の半導体レーザを光源として
移動させ得るという実用的価値を有するものである。
The poly- (paraphenylene vinylene) according to the present invention is
It has the characteristics of extremely high response speed and large nonlinear refractive index. Therefore, a film of poly- (paraphenylene vinylene) can be applied as a medium of a nonlinear optical device which is important in future optical information processing or optical communication fields such as an optical bistable element, an optical switch, or a phase conjugate wave generator. As a result, compared with conventional devices using nonlinear optical liquids and semiconductor superlattice crystals, it is possible to make them far superior in terms of wavelength dependence, response speed, and input light intensity required for operation. It has a practical value in that the semiconductor laser can be moved as a light source.

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

第1図(a)〜(d)は本発明に係る光学媒質を用いた
非線形光学装置の第1の実施例を示すもので、(a)は
光双安定素子の構成図、(b)は非線形光学媒質ポリ−
(パラフェニレンビニレン)を合成するときの反応スキ
ーム、(c)(d)は動作特性を示すもので、(c)は
リミッタ動作を示し、(d)は双安定動作を示し、図中
の矢印はPiの増加時、および減少時のPtの特性を現わす
経路を示す。 第2図は本発明に係る光学媒質を用いた非線形光学装置
の第2の実施例を示すもので、光制御光スイッチの構成
図である。 第3図は本発明に係る光学媒質を用いた非線形光学装置
の第3の実施例を示すもので、位相共役波発生装置の構
成図である。 第4図(a)は本発明に係るポリ−(パラフェニレンビ
ニレン)のTHG強度パターンを示す図、第4図(b)は
同ポリ−(パラフェニレンビニレン)のx(3)値のスペク
トルを示す図である。 第5図は従来の非線形光学装置(光双安定素子)の一例
を示す構成図である。 11……非線形屈折率媒質、12,12′……(外部)誘電体
多層蒸着膜ミラー、Pi……入力光、Pt……出力光、21,2
1′……偏光子(直交偏光子系を構成している)、Pg…
…ゲートパルス光、31,31′……半透過鏡、32……全反
射鏡、52,52′……誘電体蒸着ミラー(反射率約90
%)。
FIGS. 1A to 1D show a first embodiment of a nonlinear optical device using an optical medium according to the present invention. FIG. 1A is a configuration diagram of an optical bistable element, and FIG. Non-linear optical medium Poly-
Reaction schemes for synthesizing (paraphenylene vinylene), (c) and (d) show operating characteristics, (c) shows limiter operation, (d) shows bistable operation, and arrow in the figure Shows the pathway that shows the characteristics of Pt when Pi increases and decreases. FIG. 2 shows a second embodiment of a nonlinear optical device using an optical medium according to the present invention, and is a configuration diagram of an optically controlled optical switch. FIG. 3 shows a third embodiment of a nonlinear optical device using an optical medium according to the present invention, and is a configuration diagram of a phase conjugate wave generator. FIG. 4 (a) is a diagram showing a THG intensity pattern of poly- (paraphenylene vinylene) according to the present invention, and FIG. 4 (b) is a spectrum of x (3) value of the poly- (paraphenylene vinylene). FIG. FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a conventional nonlinear optical device (optical bistable element). 11 …… Nonlinear refractive index medium, 12,12 ′ …… (External) Dielectric multilayer vapor deposition film mirror, Pi …… Input light, Pt …… Output light, 21,2
1 '... Polarizer (constituting orthogonal polarizer system), Pg ...
… Gate pulse light, 31,31 ′ …… Semi-transmissive mirror, 32 …… Total reflection mirror, 52,52 ′ …… Dielectric vapor deposition mirror (Reflectance about 90
%).

フロントページの続き (72)発明者 栗原 隆 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 斎藤 省吾 福岡県福岡市中央区薬院4丁目1番18号 (72)発明者 筒井 哲夫 福岡県春日市紅葉ケ丘東8丁目66番地 (72)発明者 時任 静士 福岡県大野城市白木原1丁目1番20号 コーポ浜田202号Continued on the front page (72) Inventor Takashi Kurihara 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Shogo Saito 4-1-118 Yakuin, Chuo-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture (72 ) Inventor Tetsuo Tsutsui 8-66, Koyogaoka-Higashi, Kasuga-shi, Fukuoka (72) Inventor Shizuto 1-2-1, Shirakibara, Onojo-shi, Fukuoka 202-Corporate Hamada

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記式(I)で示されるポリ−(パラフェ
ニレンビニレン)であることを特徴とする非線形光学装
置用光学媒質。
1. An optical medium for a nonlinear optical device, which is poly- (paraphenylene vinylene) represented by the following formula (I).
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