JP2860094B2 - 有機無機複合超格子型光変調器 - Google Patents
有機無機複合超格子型光変調器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次非線形光学性
能に優れた光変調器に係り、サブピコ秒の応答速度、ス
イッチングパワーの少ない、特に、パルス時間幅が数十
ピコ秒以下の大容量光パルス列を用いる光通信、光情報
処理に好適な有機無機複合超格子型光変調器に関する。
能に優れた光変調器に係り、サブピコ秒の応答速度、ス
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ピコ秒以下の大容量光パルス列を用いる光通信、光情報
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【０００２】
【従来の技術】近年のマルチメディア社会の急速な発展
に伴い、より多くの情報をやり取りするための大容量高
速光通信の要求は高まる一途である。
に伴い、より多くの情報をやり取りするための大容量高
速光通信の要求は高まる一途である。
【０００３】現在は複数の家庭やオフィス等の情報発振
源から、電話回線を通じて送られた電気信号は長距離通
信用の中継局に集められ、そこで電気信号から光信号に
変換される。そして多数の光信号が光ファイバを介し
て、数百ｋｍ離れた別の中継局に送られ、そこで再び電
気信号に変換され、目的の情報受信源に送られる。
源から、電話回線を通じて送られた電気信号は長距離通
信用の中継局に集められ、そこで電気信号から光信号に
変換される。そして多数の光信号が光ファイバを介し
て、数百ｋｍ離れた別の中継局に送られ、そこで再び電
気信号に変換され、目的の情報受信源に送られる。
【０００４】このような光通信を利用する情報発振源の
数の増加だけでなく、送られる情報が単純な音声に加え
て、コンピュータのデータファイルや画像のようにさら
に大容量化し、それらをより高速にやり取りすることが
求められている。
数の増加だけでなく、送られる情報が単純な音声に加え
て、コンピュータのデータファイルや画像のようにさら
に大容量化し、それらをより高速にやり取りすることが
求められている。
【０００５】さらに、より高速化のために、全ての情報
発振源からの電気信号が光信号化されつつある。このた
めの対応策として、より短い光パルスを用いることによ
り、単位時間当りの信号量を増加させている。
発振源からの電気信号が光信号化されつつある。このた
めの対応策として、より短い光パルスを用いることによ
り、単位時間当りの信号量を増加させている。
【０００６】こうした光信号伝送に用いられる光ファイ
バは、主にシリカガラスのファイバであり、このガラス
ファイバの光伝送損失が最小となる波長１.３μｍまた
は１.５μｍの光が信号光として用いられている。
バは、主にシリカガラスのファイバであり、このガラス
ファイバの光伝送損失が最小となる波長１.３μｍまた
は１.５μｍの光が信号光として用いられている。
【０００７】例えば、この波長での光伝送損失は０.５
ｄＢ／ｋｍ程度であるが、わずかに波長が異なるとすぐ
に伝送損失は１ｄＢ／ｋｍを超えてしまう。従って、光
通信に用いられる光源は、この光ファイバの特性に合わ
せた単色性の良いレーザ光が用いられている。このよう
なレーザ光に対して、情報となる電気信号に応じて光変
調器を用いてその強度を変化させ、光パルス列を発生さ
せることで、光信号は形成されている。
ｄＢ／ｋｍ程度であるが、わずかに波長が異なるとすぐ
に伝送損失は１ｄＢ／ｋｍを超えてしまう。従って、光
通信に用いられる光源は、この光ファイバの特性に合わ
せた単色性の良いレーザ光が用いられている。このよう
なレーザ光に対して、情報となる電気信号に応じて光変
調器を用いてその強度を変化させ、光パルス列を発生さ
せることで、光信号は形成されている。
【０００８】こうした光パルスを用いた光通信において
も、数百ｋｍにわたり光パルスを伝送すると、光信号と
いえども減衰するため、途中に光パルスを増幅する中継
器を用いている。
も、数百ｋｍにわたり光パルスを伝送すると、光信号と
いえども減衰するため、途中に光パルスを増幅する中継
器を用いている。
【０００９】現在用いられている中継器では、中継器に
到達した光信号を光検出器により１度電気信号に変換
し、電気的に増幅、再生、リタイミング等の復調処理を
行い、この電気信号によりレーザ光を変調させて、光信
号として次の受信基地まで送信する。
到達した光信号を光検出器により１度電気信号に変換
し、電気的に増幅、再生、リタイミング等の復調処理を
行い、この電気信号によりレーザ光を変調させて、光信
号として次の受信基地まで送信する。
【００１０】このように中継器において電気的処理を行
うことなく、より高速な光信号で到達した光信号を光の
ままで復調する技術が必要とされている。このような高
速光変調は、電気的信号処理の限界と言われる数１０Ｇ
ｂｉｔ／ｓｅｃ以上の大容量高速通信において必須要件
であり、より変調速度が速い光による光の変調が必要と
なる。
うことなく、より高速な光信号で到達した光信号を光の
ままで復調する技術が必要とされている。このような高
速光変調は、電気的信号処理の限界と言われる数１０Ｇ
ｂｉｔ／ｓｅｃ以上の大容量高速通信において必須要件
であり、より変調速度が速い光による光の変調が必要と
なる。
【００１１】光による光の変調には、物質の３次の非線
形光学効果の１つである四光波混合、光双安定現象等が
用いられ、これらは非線形屈折率変化に起因している。
通常、光を物質に照射すると、その光電場の大きさに比
例して物質中に分極が誘起される。
形光学効果の１つである四光波混合、光双安定現象等が
用いられ、これらは非線形屈折率変化に起因している。
通常、光を物質に照射すると、その光電場の大きさに比
例して物質中に分極が誘起される。
【００１２】非線形光学効果とは、物質に光を入射する
と誘起される物質の分極のうち、入射光電場に非線形に
比例する効果全般を指し、光電場の２乗、３乗、…に比
例する効果を、それぞれ２次、３次、…の非線形光学効
果と云う（Ｐ．Ｎ．Ｂutcher，Ｄ．Ｃotter著、「Ｔhe
Ｅlements of Ｎonlinear Ｏptics」（Ｃambridge現代
光学研究９）、Ｃambridge大学出版、１９９０年）。
と誘起される物質の分極のうち、入射光電場に非線形に
比例する効果全般を指し、光電場の２乗、３乗、…に比
例する効果を、それぞれ２次、３次、…の非線形光学効
果と云う（Ｐ．Ｎ．Ｂutcher，Ｄ．Ｃotter著、「Ｔhe
Ｅlements of Ｎonlinear Ｏptics」（Ｃambridge現代
光学研究９）、Ｃambridge大学出版、１９９０年）。
【００１３】３次の非線形光学効果による分極Ｐは、物
質が中心対称性の場合は式〔１〕で書き表される。
質が中心対称性の場合は式〔１〕で書き表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】式〔１〕において、ｔは時刻、ωは光の角
周波数を示し、ε0は真空中の誘電率、Ｅω(ｔ)は入射
光電場を示す。またχ(1)は物質の線形感受率を示し、
物質の線形屈折率ｎ0と次式〔２〕で関係付けられる。
周波数を示し、ε0は真空中の誘電率、Ｅω(ｔ)は入射
光電場を示す。またχ(1)は物質の線形感受率を示し、
物質の線形屈折率ｎ0と次式〔２〕で関係付けられる。
【００１６】
【数２】
【００１７】式〔２〕において、Ｒｅはχ(1)の実数部
をとることを示す。またχ(3)は物質の３次非線形感受
率を示し、物質の３次非線形屈折率ｎ2と次式〔３〕で
関係付けられる。
をとることを示す。またχ(3)は物質の３次非線形感受
率を示し、物質の３次非線形屈折率ｎ2と次式〔３〕で
関係付けられる。
【００１８】
【数３】
【００１９】これらから物質の屈折率ｎ(ω)は線形屈折
率ｎ0と非線形屈折率ｎ2から次式〔４〕のように表わさ
れる。
率ｎ0と非線形屈折率ｎ2から次式〔４〕のように表わさ
れる。
【００２０】
【数４】
【００２１】式〔４〕において、Ｉは光の強度を示す。
このことは物質の屈折率は光の強度が弱い時は入射する
光の強度に関係なく一定の値ｎ0であるように見える
が、レーザ光のような強い光に対しては光の強度が増加
するにつれ変化することを示している。
このことは物質の屈折率は光の強度が弱い時は入射する
光の強度に関係なく一定の値ｎ0であるように見える
が、レーザ光のような強い光に対しては光の強度が増加
するにつれ変化することを示している。
【００２２】以上述べたように、このような光による物
質定数の変調により、物質の屈折率、吸収率、偏光、位
相等の物性が変化し、これにより、その物質を通過また
は反射する光の方向や強度を変えることができる。
質定数の変調により、物質の屈折率、吸収率、偏光、位
相等の物性が変化し、これにより、その物質を通過また
は反射する光の方向や強度を変えることができる。
【００２３】このような光変調は入射した光の光電場に
より引き起こされるために、光の速さで物質の分極が起
こり、急速に物性を変化させることができる。ところ
が、一度物質に誘起された分極は、入射光が通過後も一
定時間残留し、その時間は物質の分極機構によって異な
る。
より引き起こされるために、光の速さで物質の分極が起
こり、急速に物性を変化させることができる。ところ
が、一度物質に誘起された分極は、入射光が通過後も一
定時間残留し、その時間は物質の分極機構によって異な
る。
【００２４】例えば、ＧａＡｓやＩｎＳｂ等の半導体で
は光励起により電子と正孔に分離した励起子を生じ、こ
れが再結合してもとの状態に戻るには数ナノ秒（１０~9
秒）以上の時間を要する。これは半導体を構成する原子
が共有結合により規則正しく結合しているために、分離
した電子と正孔が複数の原子を渡り歩き、両者の距離が
離れるためである。
は光励起により電子と正孔に分離した励起子を生じ、こ
れが再結合してもとの状態に戻るには数ナノ秒（１０~9
秒）以上の時間を要する。これは半導体を構成する原子
が共有結合により規則正しく結合しているために、分離
した電子と正孔が複数の原子を渡り歩き、両者の距離が
離れるためである。
【００２５】これに対して、ポリジアセチレンや金属フ
タロシアニンのような有機分子では、光励起により分子
が励起状態になっても、隣の分子との間に共有結合等が
ないため電子と正孔の分離は生ぜず、励起状態が失活し
て元の状態に戻るには数ピコ秒（１０~12秒）程度以下
の時間で済む。
タロシアニンのような有機分子では、光励起により分子
が励起状態になっても、隣の分子との間に共有結合等が
ないため電子と正孔の分離は生ぜず、励起状態が失活し
て元の状態に戻るには数ピコ秒（１０~12秒）程度以下
の時間で済む。
【００２６】その一方、分極された電子と正孔の電荷量
が同じであれば、このような物質の分極の大きさはその
分離された距離に比例することから、分極の大きさと失
活の速さとはトレードオフの関係にある。
が同じであれば、このような物質の分極の大きさはその
分離された距離に比例することから、分極の大きさと失
活の速さとはトレードオフの関係にある。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】分極が大きく、かつ失
活の速さも大きな物質の励起を実現するためには、アン
トラセン単結晶表面やＺｎＳｅ微結晶の励起子の分極が
知られている。しかしながら、このような効果は良質の
単結晶を１０Ｋ以下の極低温に保つ時に発生するもの
で、量産性に乏しく、かつ、わずかな欠陥や保持状態よ
って励起子状態が容易に乱される等の問題があった。
活の速さも大きな物質の励起を実現するためには、アン
トラセン単結晶表面やＺｎＳｅ微結晶の励起子の分極が
知られている。しかしながら、このような効果は良質の
単結晶を１０Ｋ以下の極低温に保つ時に発生するもの
で、量産性に乏しく、かつ、わずかな欠陥や保持状態よ
って励起子状態が容易に乱される等の問題があった。
【００２８】この励起子状態をなるべく高温でも利用で
きるようにするために、（ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ）ｎ
や（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ）ｎ系の半導体超格
子の利用が提案されている（高橋亮、香川俊明、岩村英
俊、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ、４５巻、３５５頁、１９９６年）
が、極低温状態での励起子に比べると、熱振動の影響を
除去することができない等の問題があった。このため、
物質の純粋な励起現象を制御することを避け、一度、光
により励起された状態を、再度、光により誘導放出させ
る手法が半導体超格子に関して提案されている（Ｋ.Ｔa
jima、Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.３２巻、Ｌ１７４
６頁、１９９３年）。
きるようにするために、（ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ）ｎ
や（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ）ｎ系の半導体超格
子の利用が提案されている（高橋亮、香川俊明、岩村英
俊、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ、４５巻、３５５頁、１９９６年）
が、極低温状態での励起子に比べると、熱振動の影響を
除去することができない等の問題があった。このため、
物質の純粋な励起現象を制御することを避け、一度、光
により励起された状態を、再度、光により誘導放出させ
る手法が半導体超格子に関して提案されている（Ｋ.Ｔa
jima、Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.３２巻、Ｌ１７４
６頁、１９９３年）。
【００２９】しかしながら、この方式では常に励起光と
放出光を引き続き物質に照射する必要があるため、高繰
り返しで光パルスが照射される場合には対応できず、か
つ励起状態を失活させる光を照射させる時刻を、別の手
段により常時計測しておく必要があった。
放出光を引き続き物質に照射する必要があるため、高繰
り返しで光パルスが照射される場合には対応できず、か
つ励起状態を失活させる光を照射させる時刻を、別の手
段により常時計測しておく必要があった。
【００３０】また、最初に述べた理想的な励起子効果を
利用するアントラセン単結晶表面やＺｎＳｅ微結晶等の
場合も、励起失活した光のエネルギが物質内に蓄積され
るため、高繰り返し光パルスに対しては、その初期性能
を維持することができなかった。
利用するアントラセン単結晶表面やＺｎＳｅ微結晶等の
場合も、励起失活した光のエネルギが物質内に蓄積され
るため、高繰り返し光パルスに対しては、その初期性能
を維持することができなかった。
【００３１】このように、なるべく弱い光で物質の励起
と高速失活を実現する物質はなく、そのことが特にパル
ス幅が数ピコ秒以下で、テラヘルツ以上の高繰り返し光
パルスを用いる光変調や、それを用いた種々の光素子の
実現を困難にしていた。
と高速失活を実現する物質はなく、そのことが特にパル
ス幅が数ピコ秒以下で、テラヘルツ以上の高繰り返し光
パルスを用いる光変調や、それを用いた種々の光素子の
実現を困難にしていた。
【００３２】本発明の目的は、上記課題に対し、半導体
変調器の高非線形性と有機変調器の高速応答性を兼ね備
えた新規な光変調器の提供にある。
変調器の高非線形性と有機変調器の高速応答性を兼ね備
えた新規な光変調器の提供にある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は次のとおりである。
明の要旨は次のとおりである。
【００３４】光を入出射することが可能で、外部から制
御された電場または光により光の透過率、反射率、屈折
率等の光学特性を変調することが可能な有機無機複合超
格子型光変調器において、該光変調器が少なくとも１種
の化合物半導体層１および少なくとも１種の有機化合物
層２を含み、かつ、化合物半導体層１と有機化合物層２
とが少なくとも１周期以上交互に積層されており、か
つ、該化合物半導体層１または該有機化合物層２のうち
少なくとも１つが結晶性で、かつ、各層の厚みは該化合
物半導体のボーア半径よりも大きくそれの１０倍以下で
あることを特徴とする有機無機複合超格子型光変調器に
ある。
御された電場または光により光の透過率、反射率、屈折
率等の光学特性を変調することが可能な有機無機複合超
格子型光変調器において、該光変調器が少なくとも１種
の化合物半導体層１および少なくとも１種の有機化合物
層２を含み、かつ、化合物半導体層１と有機化合物層２
とが少なくとも１周期以上交互に積層されており、か
つ、該化合物半導体層１または該有機化合物層２のうち
少なくとも１つが結晶性で、かつ、各層の厚みは該化合
物半導体のボーア半径よりも大きくそれの１０倍以下で
あることを特徴とする有機無機複合超格子型光変調器に
ある。
【００３５】前記化合物半導体層１および有機化合物層
２を含めた全光変調層の厚みが、変調させる光の波長の
大きさの１／４〜２／１倍である有機無機複合超格子型
光変調器にある。
２を含めた全光変調層の厚みが、変調させる光の波長の
大きさの１／４〜２／１倍である有機無機複合超格子型
光変調器にある。
【００３６】前記化合物半導体層１がＺｎ、Ｃｄ、Ｓ
ｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｐの元素の少なくとも１つを含
む有機無機複合超格子型光変調器にある。
ｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｐの元素の少なくとも１つを含
む有機無機複合超格子型光変調器にある。
【００３７】前記有機化合物層２が真空度１×１０~5Ｔ
ｏｒｒ以下，温度３００℃以下で固体である化合物を含
む有機無機複合超格子型光変調器にある。
ｏｒｒ以下，温度３００℃以下で固体である化合物を含
む有機無機複合超格子型光変調器にある。
【００３８】また、前記有機化合物層２が金属フタロシ
アニン化合物を含む有機無機複合超格子型光変調器にあ
る。
アニン化合物を含む有機無機複合超格子型光変調器にあ
る。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明の光変調効果を示す媒体の
化合物半導体層１としては砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）
や窒化ガリウム（ＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳ
ｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等の化合物半導体の
バルク，低次元結晶またはこれら化合物半導体に、各種
元素をドープしたものを挙げることができる。
化合物半導体層１としては砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）
や窒化ガリウム（ＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳ
ｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等の化合物半導体の
バルク，低次元結晶またはこれら化合物半導体に、各種
元素をドープしたものを挙げることができる。
【００４０】また有機化合物層２としては２−メチル−
４−ニトロアニリン〔Ｈ2Ｎ−Ｃ6Ｈ3(−ＣＨ3)−Ｎ
Ｏ2〕や４−メチル−４’−トラン(Ｈ3Ｃ−Ｃ6Ｈ4−Ｃ
≡Ｃ−Ｃ6Ｈ4−ＣＮ)、ポリジアセチレン、ポリアセチ
レン、金属フタロシアニン等の有機化合物を挙げること
ができ、特に、効果的に光変調を起こすためにはこれら
構成する物質層単体もしくは多層化させた状態での、３
次非線形光学定数が変調させる光の波長で１０~10ｅｓ
ｕ以上であることが好ましい。
４−ニトロアニリン〔Ｈ2Ｎ−Ｃ6Ｈ3(−ＣＨ3)−Ｎ
Ｏ2〕や４−メチル−４’−トラン(Ｈ3Ｃ−Ｃ6Ｈ4−Ｃ
≡Ｃ−Ｃ6Ｈ4−ＣＮ)、ポリジアセチレン、ポリアセチ
レン、金属フタロシアニン等の有機化合物を挙げること
ができ、特に、効果的に光変調を起こすためにはこれら
構成する物質層単体もしくは多層化させた状態での、３
次非線形光学定数が変調させる光の波長で１０~10ｅｓ
ｕ以上であることが好ましい。
【００４１】また、上記の形状において、異種材料ある
いは本発明の構造の異なる他の材料と共存、混在させて
用いることができる。
いは本発明の構造の異なる他の材料と共存、混在させて
用いることができる。
【００４２】また、これらの光変調器を形成するため
に、ガラス、シリコン、砒素化ガリウム等の基板を用い
ることができる。
に、ガラス、シリコン、砒素化ガリウム等の基板を用い
ることができる。
【００４３】本発明の光変調器の作製法としては、各種
薄膜形成技術、例えば、スピンコート法、スパッタ法、
真空蒸着法、分子線蒸着法、液相エピタキシャル法、原
子層エピタキシャル法等を用いることができる。また、
これらの媒体にその光変調効果発現のための電場または
磁場によるポーリング処理を施すことができ、更に、部
分的イオン交換法により位相反転分布構造を取らせるこ
ともできる。
薄膜形成技術、例えば、スピンコート法、スパッタ法、
真空蒸着法、分子線蒸着法、液相エピタキシャル法、原
子層エピタキシャル法等を用いることができる。また、
これらの媒体にその光変調効果発現のための電場または
磁場によるポーリング処理を施すことができ、更に、部
分的イオン交換法により位相反転分布構造を取らせるこ
ともできる。
【００４４】光変調器の形成には、必要とされる光パル
スの特性に応じて、各種精密加工技術を用いることがで
きる。例えば、精密ダイアモンド切断加工、レーザ加
工、エッチング加工、フォトリソグラフィ、反応性イオ
ンエッチング、集束イオンビームエッチング等が挙げら
れる。また、予め加工された光変調器を複数個多層化、
もしくは一定の間隔で配置したり、または、その間を光
導波路で結合したり、あるいはその状態で封止すること
ができる。
スの特性に応じて、各種精密加工技術を用いることがで
きる。例えば、精密ダイアモンド切断加工、レーザ加
工、エッチング加工、フォトリソグラフィ、反応性イオ
ンエッチング、集束イオンビームエッチング等が挙げら
れる。また、予め加工された光変調器を複数個多層化、
もしくは一定の間隔で配置したり、または、その間を光
導波路で結合したり、あるいはその状態で封止すること
ができる。
【００４５】本発明の光変調器は、製品の形成後に、特
性の向上や長寿命化のための処理を行ってもよい。こう
した後処理としては熱アニーリング、放射線照射、電子
線照射、光照射、電波照射、磁力線照射、超音波照射等
が挙げられる。
性の向上や長寿命化のための処理を行ってもよい。こう
した後処理としては熱アニーリング、放射線照射、電子
線照射、光照射、電波照射、磁力線照射、超音波照射等
が挙げられる。
【００４６】さらにその素子を各種複合化、例えば、接
着、融着、電着、蒸着、圧着、染着、熔融成形、混練、
プレス成形、塗工等その目的や用途に応じた手段を用い
て複合化させることができる。
着、融着、電着、蒸着、圧着、染着、熔融成形、混練、
プレス成形、塗工等その目的や用途に応じた手段を用い
て複合化させることができる。
【００４７】本発明は、特に、物質の電気的状態を制御
するための電極の設置や、光強度密度を上昇させるため
の、光共振器構造または光導波路構造を取るのに必要な
鏡や異なる屈折率媒体の付加は、光変調特性を向上させ
るのに有効である。
するための電極の設置や、光強度密度を上昇させるため
の、光共振器構造または光導波路構造を取るのに必要な
鏡や異なる屈折率媒体の付加は、光変調特性を向上させ
るのに有効である。
【００４８】クラッド層に囲まれたコアとなるべき空間
に、光変調効果を示す媒体を充填することにより、より
少ない入射光強度でも効果的に光増幅効果を引き出すこ
とができる。特に波長１.３μｍ〜１.５μｍの光通信帯
の信号光パルスに対する光パラメトリック増幅素子とし
ては、波長０.６５μｍ〜０.８μｍのＧａＡｌＡｓ半導
体レーザやチタンドープサファイア固体レーザ等をポン
プ光パルスに用いることができる。あるいは、これらレ
ーザを光導波路や光ファイバを組み込んだ一体型の素子
とすることも可能である。
に、光変調効果を示す媒体を充填することにより、より
少ない入射光強度でも効果的に光増幅効果を引き出すこ
とができる。特に波長１.３μｍ〜１.５μｍの光通信帯
の信号光パルスに対する光パラメトリック増幅素子とし
ては、波長０.６５μｍ〜０.８μｍのＧａＡｌＡｓ半導
体レーザやチタンドープサファイア固体レーザ等をポン
プ光パルスに用いることができる。あるいは、これらレ
ーザを光導波路や光ファイバを組み込んだ一体型の素子
とすることも可能である。
【００４９】本発明の光パラメトリック増幅素子を組み
込んだ各種素子、例えば、光波長変換素子、光変調器、
光スイッチ、光メモリ、光混合器、光位相分別器、光位
相共役鏡、画像表示素子、画像印刷素子、等の光機能素
子等に応用することができる。特に、ポンプ光パルスに
他の外部信号情報、例えば可視域の画像情報等を重畳す
ることにより、通信波長域の光パルス列に対して、信号
を書き込み伝送する素子としても用いることが可能であ
る。
込んだ各種素子、例えば、光波長変換素子、光変調器、
光スイッチ、光メモリ、光混合器、光位相分別器、光位
相共役鏡、画像表示素子、画像印刷素子、等の光機能素
子等に応用することができる。特に、ポンプ光パルスに
他の外部信号情報、例えば可視域の画像情報等を重畳す
ることにより、通信波長域の光パルス列に対して、信号
を書き込み伝送する素子としても用いることが可能であ
る。
【００５０】これらの具体的応用例としては、通信用の
光導波路、光ケーブル、光集積回路、２次元論理素子等
が挙げられる。
光導波路、光ケーブル、光集積回路、２次元論理素子等
が挙げられる。
【００５１】本発明によれば、半導体層と有機物層の励
起子効果を組み合わせた状態の物質を形成すること、お
よび、局所場効果により光変調器中の光電場強度が上昇
すること等により、より効果的に光変調特性が得られ
る。
起子効果を組み合わせた状態の物質を形成すること、お
よび、局所場効果により光変調器中の光電場強度が上昇
すること等により、より効果的に光変調特性が得られ
る。
【００５２】即ち、半導体のみからなる従来の光変調器
よりも高速変調が可能であり、同時に有機物のみからな
る従来の光変調器よりも、より少ない変調パワーで駆動
させることができる。このような光変調器により、高
速、かつ、高繰り返しの大容量光通信の情報抽出が実現
できる。
よりも高速変調が可能であり、同時に有機物のみからな
る従来の光変調器よりも、より少ない変調パワーで駆動
させることができる。このような光変調器により、高
速、かつ、高繰り返しの大容量光通信の情報抽出が実現
できる。
【００５３】
【実施例】次に、本発明に係る光変調器の実施例につい
て説明する。
て説明する。
【００５４】〔実施例 １〕本発明の光変調器の具体的
作製例として、１種類の化合物半導体と１種類の有機化
合物からなる多層薄膜を光変調媒体とする光変調器につ
いて説明する。
作製例として、１種類の化合物半導体と１種類の有機化
合物からなる多層薄膜を光変調媒体とする光変調器につ
いて説明する。
【００５５】図１は、本発明の光変調器を構成する光学
媒体の基本構成図である。ここでは化合物半導体層１と
有機化合物層２が上から順次、半導体層１、有機物層
２、半導体層１、有機物層２…と続き、この半導体層１
と有機物層２の繰り返しを１周期として、光学媒体全体
でＮ周期積層されている。以下、このような多層膜中の
第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の半導体層、有機物層
をそれぞれ（１（ｉ））、（２（ｉ））と示すことにす
る。
媒体の基本構成図である。ここでは化合物半導体層１と
有機化合物層２が上から順次、半導体層１、有機物層
２、半導体層１、有機物層２…と続き、この半導体層１
と有機物層２の繰り返しを１周期として、光学媒体全体
でＮ周期積層されている。以下、このような多層膜中の
第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の半導体層、有機物層
をそれぞれ（１（ｉ））、（２（ｉ））と示すことにす
る。
【００５６】また３は上記の薄膜を乗せる基板で、該基
板３に対する積層の順序はここでは基板３／有機物層２
／半導体層１となっているが、基板３／半導体層１／有
機物層２のような逆の順序でもよい。
板３に対する積層の順序はここでは基板３／有機物層２
／半導体層１となっているが、基板３／半導体層１／有
機物層２のような逆の順序でもよい。
【００５７】各半導体層１および有機物層２は結晶性で
あり、このような媒体に光が入射すると励起子を発生さ
せることができる。励起子とは結晶中に光が入射するこ
とにより結晶中の原子や分子が励起され、互いに束縛さ
れた電子と正孔の対を形成された状態のことを云う（例
えば、Ｃ.Ｋittel著、宇野良清ら訳、「固体物理学入
門、下」９頁、丸善、１９８６年）。
あり、このような媒体に光が入射すると励起子を発生さ
せることができる。励起子とは結晶中に光が入射するこ
とにより結晶中の原子や分子が励起され、互いに束縛さ
れた電子と正孔の対を形成された状態のことを云う（例
えば、Ｃ.Ｋittel著、宇野良清ら訳、「固体物理学入
門、下」９頁、丸善、１９８６年）。
【００５８】この電子と正孔が対を形成する時の両者の
距離を励起子のボーア半径と云うが、半導体ではＳｉで
５８Å、Ｇｅで１６０Å、ＧａＡｓで１０５Å、ＩｎＳ
ｂで６３０Å程度である。
距離を励起子のボーア半径と云うが、半導体ではＳｉで
５８Å、Ｇｅで１６０Å、ＧａＡｓで１０５Å、ＩｎＳ
ｂで６３０Å程度である。
【００５９】これに対して、有機結晶のボーア半径は高
々１０Å程度であり、これは半導体に比べて静的誘電率
が小さいことと、分子性結晶であるために、隣接分子と
の相互作用が弱く、電子と正孔が他分子にまたがって分
離できないためである。
々１０Å程度であり、これは半導体に比べて静的誘電率
が小さいことと、分子性結晶であるために、隣接分子と
の相互作用が弱く、電子と正孔が他分子にまたがって分
離できないためである。
【００６０】この大きさより小さな半導体では励起子の
ような多体効果が発現しなくなるため、本発明における
半導体層はこのボーア半径よりも大きな膜厚を有する媒
体がより効果的となる。同時に、このような半導体層１
と有機物層２との励起子が混在化すると、一方の層で発
生した励起子が他方の層にエネルギー移動して、その層
の中で消滅したりする可能性がある。
ような多体効果が発現しなくなるため、本発明における
半導体層はこのボーア半径よりも大きな膜厚を有する媒
体がより効果的となる。同時に、このような半導体層１
と有機物層２との励起子が混在化すると、一方の層で発
生した励起子が他方の層にエネルギー移動して、その層
の中で消滅したりする可能性がある。
【００６１】このような励起子混在化が有効に生じるた
めには、励起子を半導体層１と有機物層２の境界近くに
局在化させることが好ましく、かつ、前記の安定な励起
子発生に必要な大きさから、特に、ボーア半径の大きな
半導体層の膜厚は、そのボーア半径の１０倍以下である
ことが望ましい。これ以上大きいと、界面近くよりも半
導体層の中心部により多くの励起子が発生し、効果が低
減する。
めには、励起子を半導体層１と有機物層２の境界近くに
局在化させることが好ましく、かつ、前記の安定な励起
子発生に必要な大きさから、特に、ボーア半径の大きな
半導体層の膜厚は、そのボーア半径の１０倍以下である
ことが望ましい。これ以上大きいと、界面近くよりも半
導体層の中心部により多くの励起子が発生し、効果が低
減する。
【００６２】次に、本発明の基本的な光変調器媒体の設
計指針に基づき、具体的に半導体層１と有機物層２との
多層構造の作製例について説明する。
計指針に基づき、具体的に半導体層１と有機物層２との
多層構造の作製例について説明する。
【００６３】まづ、素材として化合物半導体にはセレン
化カドミウム（ＣｄＳｅ、レアメタリクス社製、純度９
９.９９９９％）を用い、有機化合物には錫二塩化フタ
ロシアニン〔ＳｎＣｌ2Ｐｃ、分子式：ＳｎＣｌ2Ｃ8Ｈ
16Ｎ8（東京化成社製）をエタノール洗浄後、ベース圧
力１０~5Ｔｏｒｒにて昇華精製した純度９９.９％のも
の〕を用いた。
化カドミウム（ＣｄＳｅ、レアメタリクス社製、純度９
９.９９９９％）を用い、有機化合物には錫二塩化フタ
ロシアニン〔ＳｎＣｌ2Ｐｃ、分子式：ＳｎＣｌ2Ｃ8Ｈ
16Ｎ8（東京化成社製）をエタノール洗浄後、ベース圧
力１０~5Ｔｏｒｒにて昇華精製した純度９９.９％のも
の〕を用いた。
【００６４】基板３には石英ガラスを用い、アセトン超
音波洗浄したものを用いた。基板はモリブデン製ホルダ
に乗せ、その他の素材は窒化ホウ素製るつぼ（信越化学
製）に入れたセルを、分子線蒸着装置（日電アネルバ
製、型式ＩＭＢＥ−６２０、ベース圧力５×１０~10Ｔ
ｏｒｒ）に装着し、チャンバ，基板およびセルを２００
℃にて脱ガスした。
音波洗浄したものを用いた。基板はモリブデン製ホルダ
に乗せ、その他の素材は窒化ホウ素製るつぼ（信越化学
製）に入れたセルを、分子線蒸着装置（日電アネルバ
製、型式ＩＭＢＥ−６２０、ベース圧力５×１０~10Ｔ
ｏｒｒ）に装着し、チャンバ，基板およびセルを２００
℃にて脱ガスした。
【００６５】次に、チャンバを液体窒素で冷却しつつ、
ＣｄＳｅ用セルは６２５℃、ＳｎＣｌ2Ｐｃ用セルは３
３０℃に加熱し、ビームフラックスモニタにて蒸着する
分子線量を約１×１０~7Ｔｏｒｒとして蒸着速度を調整
し、基板温度を２３℃とし、各セルの出射口に取り付け
られたシャッタを交互に開閉することにより、基板上に
有機物層２と半導体層１とを交互に積層した。各層の積
層膜厚はシャッタの開放時間により調整した。
ＣｄＳｅ用セルは６２５℃、ＳｎＣｌ2Ｐｃ用セルは３
３０℃に加熱し、ビームフラックスモニタにて蒸着する
分子線量を約１×１０~7Ｔｏｒｒとして蒸着速度を調整
し、基板温度を２３℃とし、各セルの出射口に取り付け
られたシャッタを交互に開閉することにより、基板上に
有機物層２と半導体層１とを交互に積層した。各層の積
層膜厚はシャッタの開放時間により調整した。
【００６６】次に、得られた膜の周期構造並びに結晶性
について評価した結果を示す。図２には、膜厚比１：
１、周期長９３Å、周期数２０のＸ線回折分析結果を示
す。
について評価した結果を示す。図２には、膜厚比１：
１、周期長９３Å、周期数２０のＸ線回折分析結果を示
す。
【００６７】図２（ａ）は小角域、図２（ｂ）は広角域
の回折パターンを示した。小角域には約１度付近に周期
長９３Åに対応した強い回折ピークが認められ、設定通
りの半導体層１と有機物層２の多層構造が得られてい
る。
の回折パターンを示した。小角域には約１度付近に周期
長９３Åに対応した強い回折ピークが認められ、設定通
りの半導体層１と有機物層２の多層構造が得られてい
る。
【００６８】また、広角域には複数の回折ピークが認め
られ、これらをＣｄＳｅ並びにＳｎＣｌ2Ｐｃの単結晶
構造の文献（ＣｄＳｅ：Ｎ．Ａ．Ｇoryunova，Ｖ．Ａ．
Ｋotovich and Ｖ．Ａ．Ｆrank−Ｋamenetskii，Ｚh．
Ｔekn．Ｆiz．第25巻、2419頁、1955年。また、ＳｎＣ
ｌ2Ｐｃ：Ｄ．Ｒogers and Ｒ．Ｓ．Ｏsborn，Ｃhem．
Ｃommun．1971年版、840頁）から帰属させると、図中に
示したようなＣｄＳｅ並びにＳｎＣｌ2Ｐｃの特定の方
位に帰属させることができ、この多層膜中で半導体層１
と有機物層２は共に結晶性であることが分かった。
られ、これらをＣｄＳｅ並びにＳｎＣｌ2Ｐｃの単結晶
構造の文献（ＣｄＳｅ：Ｎ．Ａ．Ｇoryunova，Ｖ．Ａ．
Ｋotovich and Ｖ．Ａ．Ｆrank−Ｋamenetskii，Ｚh．
Ｔekn．Ｆiz．第25巻、2419頁、1955年。また、ＳｎＣ
ｌ2Ｐｃ：Ｄ．Ｒogers and Ｒ．Ｓ．Ｏsborn，Ｃhem．
Ｃommun．1971年版、840頁）から帰属させると、図中に
示したようなＣｄＳｅ並びにＳｎＣｌ2Ｐｃの特定の方
位に帰属させることができ、この多層膜中で半導体層１
と有機物層２は共に結晶性であることが分かった。
【００６９】次に、得られた膜の光学特性を評価した結
果について示す。図３の（ａ）には、得られた膜の同じ
く膜厚比１：１、周期長９３Å、周期数２０の室温にお
ける可視〜近赤外吸収スペクトルを示した。比較のため
同様の蒸着条件にて作製した（ｃ）ＳｎＣｌ2Ｐｃ単独
膜、（ｄ）ＣｄＳｅ単独膜吸収スペクトル、（ｂ）はそ
れら単独膜のスペクトルの合成スペクトルを示した。
果について示す。図３の（ａ）には、得られた膜の同じ
く膜厚比１：１、周期長９３Å、周期数２０の室温にお
ける可視〜近赤外吸収スペクトルを示した。比較のため
同様の蒸着条件にて作製した（ｃ）ＳｎＣｌ2Ｐｃ単独
膜、（ｄ）ＣｄＳｅ単独膜吸収スペクトル、（ｂ）はそ
れら単独膜のスペクトルの合成スペクトルを示した。
【００７０】単独膜のスペクトルとしては、（ｃ）のＳ
ｎＣｌ2Ｐｃ単独膜ではフタロシアニン骨格のｐ−ｐ＊
電子励起に由来するピークが、７４０ｎｍ付近に見られ
るのに対して、（ｄ）のＣｄＳｅ単独膜では半導体のバ
ンドギャップに由来する幅広い吸収帯が、７００ｎｍよ
り短波長域に広く見られる。
ｎＣｌ2Ｐｃ単独膜ではフタロシアニン骨格のｐ−ｐ＊
電子励起に由来するピークが、７４０ｎｍ付近に見られ
るのに対して、（ｄ）のＣｄＳｅ単独膜では半導体のバ
ンドギャップに由来する幅広い吸収帯が、７００ｎｍよ
り短波長域に広く見られる。
【００７１】（ａ）の多層膜のスペクトルは、（ｂ）の
単独膜（ｃ）と（ｄ）の合成スペクトルにほぼ等しく、
多層膜化により変成を受けることなく、それぞれの成分
が結晶性薄膜として積層されていることが分かった。
単独膜（ｃ）と（ｄ）の合成スペクトルにほぼ等しく、
多層膜化により変成を受けることなく、それぞれの成分
が結晶性薄膜として積層されていることが分かった。
【００７２】次に、得られた膜の光変調特性に関連する
３次光非線形光学特性を評価した結果について示す。
３次光非線形光学特性を評価した結果について示す。
【００７３】光源にはアルゴンガスレーザ励起のチタン
サファイアレーザ（コヒーレント社製、中心波長７９０
ｎｍ、パルス幅８０ｆｓｅｃ、スペクトル幅１５ｎｍ、
繰り返し周波数７８ＭＨｚ、パルスエネルギー３０ｎ
Ｊ）を発振源として、その光パルスをＹＬＦ（ＹＬｉＦ
4）レーザ励起のチタンサファイア再生増幅器（ビーエ
ムインダストリ社製、中心波長７９０ｎｍ、パルス幅１
００ｆｓｅｃ、スペクトル幅１５ｎｍ、繰り返し周波数
１ｋＨｚ、パルスエネルギー２０ｍＪ）にて増幅し、こ
の光パルスを用いた。
サファイアレーザ（コヒーレント社製、中心波長７９０
ｎｍ、パルス幅８０ｆｓｅｃ、スペクトル幅１５ｎｍ、
繰り返し周波数７８ＭＨｚ、パルスエネルギー３０ｎ
Ｊ）を発振源として、その光パルスをＹＬＦ（ＹＬｉＦ
4）レーザ励起のチタンサファイア再生増幅器（ビーエ
ムインダストリ社製、中心波長７９０ｎｍ、パルス幅１
００ｆｓｅｃ、スペクトル幅１５ｎｍ、繰り返し周波数
１ｋＨｚ、パルスエネルギー２０ｍＪ）にて増幅し、こ
の光パルスを用いた。
【００７４】この光パルスを用いて、ボックスカー配置
の縮退４光波混合法により、非線形光学感受率χ(3)
（−ω：ω，−ω，ω）を測定した。
の縮退４光波混合法により、非線形光学感受率χ(3)
（−ω：ω，−ω，ω）を測定した。
【００７５】ここで、多層膜については総膜厚が３６０
０Åとなるようにし、１：１にて周期長を４５Å〜１８
００Åと変化させたものを用い、比較のための単独膜は
膜厚１８００Åとなるようにした膜を用いた。
０Åとなるようにし、１：１にて周期長を４５Å〜１８
００Åと変化させたものを用い、比較のための単独膜は
膜厚１８００Åとなるようにした膜を用いた。
【００７６】これらの多層膜試料の室温における吸収ス
ペクトルは同様の形状をしており、かつ、総膜厚は測定
波長よりも小さいため、その解析では一様な膜として非
線形光学感受率χ(3)を計算した。表１には３次非線形
光学特性の測定結果で、得られた非線形光学感受率χ
(3)の値をＳｎＣｌ2Ｐｃ単独膜を１として示した。
ペクトルは同様の形状をしており、かつ、総膜厚は測定
波長よりも小さいため、その解析では一様な膜として非
線形光学感受率χ(3)を計算した。表１には３次非線形
光学特性の測定結果で、得られた非線形光学感受率χ
(3)の値をＳｎＣｌ2Ｐｃ単独膜を１として示した。
【００７７】
【表１】
【００７８】表１の結果から、多層化により周期長が９
００Å以上ではＳｎＣｌ2Ｐｃ単独膜と同じ大きさであ
ったが、３６０Å以下から少しずつ非線形光学感受率χ
(3)が上昇した。
００Å以上ではＳｎＣｌ2Ｐｃ単独膜と同じ大きさであ
ったが、３６０Å以下から少しずつ非線形光学感受率χ
(3)が上昇した。
【００７９】このように半導体層１と有機物層２の多層
化により光変調特性に関連する３次非線形光学感受率を
向上できることが分かった。
化により光変調特性に関連する３次非線形光学感受率を
向上できることが分かった。
【００８０】この原因はよく分かっていないが、この波
長域においてはＣｄＳｅ層はバンド端より長波長である
ため、ＣｄＳｅの非線形性の寄与は少なく、むしろ静的
誘電率が有機物のＳｎＣｌ2Ｐｃが１.６程度であるのに
対して、ＣｄＳｅが２.７程度となるため局所場の効果
によるものと思われる。
長域においてはＣｄＳｅ層はバンド端より長波長である
ため、ＣｄＳｅの非線形性の寄与は少なく、むしろ静的
誘電率が有機物のＳｎＣｌ2Ｐｃが１.６程度であるのに
対して、ＣｄＳｅが２.７程度となるため局所場の効果
によるものと思われる。
【００８１】〔実施例 ２〕次に、化合物半導体にセレ
ン化亜鉛カドミウム〔ＺｎxＣｄyＳｅ、（ｘ＝０.２、
ｙ＝０.８）〕を用い、有機化合物に銅フタロシアニン
（ＣｕＰｃ）を用い、基板には砒素化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）単結晶基板〔方位（００１）面〕を用いて、実施例
１と同様に半導体層１と有機物層２の多層構造を作成
し、その光変調特性を検討した結果について説明する。
ン化亜鉛カドミウム〔ＺｎxＣｄyＳｅ、（ｘ＝０.２、
ｙ＝０.８）〕を用い、有機化合物に銅フタロシアニン
（ＣｕＰｃ）を用い、基板には砒素化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）単結晶基板〔方位（００１）面〕を用いて、実施例
１と同様に半導体層１と有機物層２の多層構造を作成
し、その光変調特性を検討した結果について説明する。
【００８２】試料の作製方法は、実施例１と同様に分子
線蒸着法を用い、蒸着原料には半導体材料としてセレン
化亜鉛（ＺｎＳｅ、レアメタリックス製、純度９９.９
９９９％）、セレン化砒素（ＣｄＳｅ、レアメタリック
ス製、純度９９.９９９９％）、有機材料として銅フタ
ロシアニン〔ＣｕＰｃ、分子式：ＣｕＣ8Ｈ16Ｎ8（東京
化成製）ベース圧力１０~5Ｔｏｒｒにて昇華精製、純度
９９.９％のもの〕を用いた。
線蒸着法を用い、蒸着原料には半導体材料としてセレン
化亜鉛（ＺｎＳｅ、レアメタリックス製、純度９９.９
９９９％）、セレン化砒素（ＣｄＳｅ、レアメタリック
ス製、純度９９.９９９９％）、有機材料として銅フタ
ロシアニン〔ＣｕＰｃ、分子式：ＣｕＣ8Ｈ16Ｎ8（東京
化成製）ベース圧力１０~5Ｔｏｒｒにて昇華精製、純度
９９.９％のもの〕を用いた。
【００８３】各蒸着原料は窒化ホウ素製るつぼ（信越化
学製）に入れたセルを分子線蒸着装置に装着した。基板
には砒素化ガリウム単結晶基板〔ＧａＡｓ、日立金属
製、方位（００１）面〕を用い、これを純水超音波洗
浄、アセトン超音波洗浄、イソプロパノール超音波洗浄
および純水超音波洗浄を施した後、濃硫酸：過酸化水素
水：純水の混合比が４：１：１の混合溶液中に６０℃，
９０秒浸漬してエッチングし、純水洗浄を施し、乾燥窒
素で乾燥させたものをモリブデン製ホルダに載せて分子
線蒸着装置内に装着した。
学製）に入れたセルを分子線蒸着装置に装着した。基板
には砒素化ガリウム単結晶基板〔ＧａＡｓ、日立金属
製、方位（００１）面〕を用い、これを純水超音波洗
浄、アセトン超音波洗浄、イソプロパノール超音波洗浄
および純水超音波洗浄を施した後、濃硫酸：過酸化水素
水：純水の混合比が４：１：１の混合溶液中に６０℃，
９０秒浸漬してエッチングし、純水洗浄を施し、乾燥窒
素で乾燥させたものをモリブデン製ホルダに載せて分子
線蒸着装置内に装着した。
【００８４】次に、チャンバを液体窒素で冷却しなが
ら、蒸着前に基板を超高真空条件下で５８０℃に加熱
し、反射型電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）でＧａＡｓの
清浄表面が現われたのを観測した後、ＺｎＳｅ用セルは
８１０℃、ＣｄＳｅ用セルは６２５℃、ＣｕＰｃ用セル
は３６０℃に加熱し、ビームフラックスモニタにて蒸着
する分子線量を約１×１０~7Ｔｏｒｒとして蒸着速度を
調整し、基板温度を２５０℃の下で、各セルの出射口に
取り付けられたシャッタを交互に開閉することにより、
基板上に有機物層２と半導体層１を交互に積層した。
ら、蒸着前に基板を超高真空条件下で５８０℃に加熱
し、反射型電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）でＧａＡｓの
清浄表面が現われたのを観測した後、ＺｎＳｅ用セルは
８１０℃、ＣｄＳｅ用セルは６２５℃、ＣｕＰｃ用セル
は３６０℃に加熱し、ビームフラックスモニタにて蒸着
する分子線量を約１×１０~7Ｔｏｒｒとして蒸着速度を
調整し、基板温度を２５０℃の下で、各セルの出射口に
取り付けられたシャッタを交互に開閉することにより、
基板上に有機物層２と半導体層１を交互に積層した。
【００８５】ここでは半導体層１はＺｎＳｅとＣｄＳｅ
の２元であるため、その組成比は分子線蒸着装置内のＸ
線光電子分光装置（ＸＰＳ）により決定した。各層の膜
厚は同様の蒸着条件で作製した単独膜の膜厚を基準に蒸
着時間比から算出した。
の２元であるため、その組成比は分子線蒸着装置内のＸ
線光電子分光装置（ＸＰＳ）により決定した。各層の膜
厚は同様の蒸着条件で作製した単独膜の膜厚を基準に蒸
着時間比から算出した。
【００８６】次に、作製した有機無機複合膜を用いて、
光のスイッチング特性に関連する光励起の発光寿命を評
価した結果を表２に示し説明する。
光のスイッチング特性に関連する光励起の発光寿命を評
価した結果を表２に示し説明する。
【００８７】
【表２】
【００８８】表２に示したように、総膜厚を３６００Å
とし、周期長を４５Å〜１８００Åまで変化させた多層
膜と、比較のための総膜厚１８００Åの単独膜を形成し
た。
とし、周期長を４５Å〜１８００Åまで変化させた多層
膜と、比較のための総膜厚１８００Åの単独膜を形成し
た。
【００８９】光励起による発光寿命評価には、光源にア
ルゴンガスレーザ励起のチタンサファイアレーザ（コヒ
ーレント社製、中心波長７９０ｎｍ、パルス幅８０ｆｓ
ｅｃ、スペクトル幅１５ｎｍ、繰り返し周波数７８ＭＨ
ｚ、パルスエネルギー３０ｎＪ）を発振源としたもの
を、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）結晶にて第二高調波に変
換（波長３９５ｎｍ）した光パルスを用い、これを薄膜
表面に入射角４５°で照射し、反射角０°方向の散乱光
を集光して、分光器一体型ピコ秒ストリークカメラ（浜
松ホトニクス社製）で測定した発光寿命を、表２に示
す。
ルゴンガスレーザ励起のチタンサファイアレーザ（コヒ
ーレント社製、中心波長７９０ｎｍ、パルス幅８０ｆｓ
ｅｃ、スペクトル幅１５ｎｍ、繰り返し周波数７８ＭＨ
ｚ、パルスエネルギー３０ｎＪ）を発振源としたもの
を、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）結晶にて第二高調波に変
換（波長３９５ｎｍ）した光パルスを用い、これを薄膜
表面に入射角４５°で照射し、反射角０°方向の散乱光
を集光して、分光器一体型ピコ秒ストリークカメラ（浜
松ホトニクス社製）で測定した発光寿命を、表２に示
す。
【００９０】各成分のうち、銅フタロシアニンは発光し
なかった。セレン化亜鉛カドミウムの発光寿命は、単独
膜では１０,０００ｐｓであったが、周期長が小さくな
るにしたがって３６０Å以下より短くなり始め、半導体
層中に発生した励起子の寿命が短くなり、光応答性が向
上した。特に、周期長４５Åでは９００ｐｓ程度とな
り、単独膜の１／１００程度まで短くなった。
なかった。セレン化亜鉛カドミウムの発光寿命は、単独
膜では１０,０００ｐｓであったが、周期長が小さくな
るにしたがって３６０Å以下より短くなり始め、半導体
層中に発生した励起子の寿命が短くなり、光応答性が向
上した。特に、周期長４５Åでは９００ｐｓ程度とな
り、単独膜の１／１００程度まで短くなった。
【００９１】〔実施例 ３〕実施例１で作製した組成の
有機無機多層膜を有する光変調器を用いて、フェムト秒
光パルス抽出実験を行った。
有機無機多層膜を有する光変調器を用いて、フェムト秒
光パルス抽出実験を行った。
【００９２】試料の作製は、実施例１と同様に分子線蒸
着法によったが、ここでは光変調器の性能向上を図るた
めに、有機無機多層膜に加えて、以下の条件でバッファ
層を加えた形状の光変調器を作製した。その素子の基本
構造を図４の（ａ）に示した。
着法によったが、ここでは光変調器の性能向上を図るた
めに、有機無機多層膜に加えて、以下の条件でバッファ
層を加えた形状の光変調器を作製した。その素子の基本
構造を図４の（ａ）に示した。
【００９３】素子の光変調部は、厚さＬ２の有機無機複
合多層膜５と、それを上下で挟む厚さＬ１のバッファ層
４，４’からなり、これは１００％反射する反射鏡６の
上に形成されており、さらにこの鏡は基板７上に設けら
れている。
合多層膜５と、それを上下で挟む厚さＬ１のバッファ層
４，４’からなり、これは１００％反射する反射鏡６の
上に形成されており、さらにこの鏡は基板７上に設けら
れている。
【００９４】光変調はカーシャッタ方式に従い、この変
調器上方より偏光面が４５°異なる信号光と制御光を入
射し、光変調層（４，５，４’）を透過した光が反射鏡
６で反射されて再び光変調層を透過し、光変調器外部に
出た光を偏光解析することにより、そのスイッチング特
性を測定した。
調器上方より偏光面が４５°異なる信号光と制御光を入
射し、光変調層（４，５，４’）を透過した光が反射鏡
６で反射されて再び光変調層を透過し、光変調器外部に
出た光を偏光解析することにより、そのスイッチング特
性を測定した。
【００９５】即ち、制御光がない時は直線偏光の信号光
は直線偏光の反射光として出てくるが、制御光が入射さ
れると信号光の直線偏光に垂直な成分の光も発生するた
め、この新たな垂直成分の光を検知することができる。
これにより、制御光により、信号光を取り出すことがで
きる。
は直線偏光の反射光として出てくるが、制御光が入射さ
れると信号光の直線偏光に垂直な成分の光も発生するた
め、この新たな垂直成分の光を検知することができる。
これにより、制御光により、信号光を取り出すことがで
きる。
【００９６】この素子の作製は、基板７にガラス基板
（面精度λ／２０）を用い、この上に反射鏡６として誘
電体多層膜からなる全反射ミラーを蒸着（シグマ光機
製）した。
（面精度λ／２０）を用い、この上に反射鏡６として誘
電体多層膜からなる全反射ミラーを蒸着（シグマ光機
製）した。
【００９７】これを蒸着用の基板として、実施例１と同
様の手法で、光変調層を作製した。バッファ層４にはフ
ッ化カルシウム（ＣａＦ2）を用い、有機無機多層膜に
は実施例１で用いたセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と
錫二塩化フタロシアニン（ＳｎＣｌ2Ｐｃ）を用いた。
これらの蒸着基板および蒸着源も同じ分子線蒸着装置に
装着し、蒸着膜厚も同様に蒸着時間の制御により決定し
た。
様の手法で、光変調層を作製した。バッファ層４にはフ
ッ化カルシウム（ＣａＦ2）を用い、有機無機多層膜に
は実施例１で用いたセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と
錫二塩化フタロシアニン（ＳｎＣｌ2Ｐｃ）を用いた。
これらの蒸着基板および蒸着源も同じ分子線蒸着装置に
装着し、蒸着膜厚も同様に蒸着時間の制御により決定し
た。
【００９８】図４の（ｂ）に光変調特性を評価した光学
系を示した。光源８には、実施例１で用いたチタンサフ
ァイアレーザと再生増幅器を用い、そこからの光パルス
をビームスプリッタ９で２つに分け、１つは鏡１１で反
射して制御光とし、もう一つは、遅延減光偏光回転光路
１０の中で強度を１／１０にし、偏光面を４５°回転さ
せて信号光とする。
系を示した。光源８には、実施例１で用いたチタンサフ
ァイアレーザと再生増幅器を用い、そこからの光パルス
をビームスプリッタ９で２つに分け、１つは鏡１１で反
射して制御光とし、もう一つは、遅延減光偏光回転光路
１０の中で強度を１／１０にし、偏光面を４５°回転さ
せて信号光とする。
【００９９】これら２つの光は、ビームスプリッタ９’
で再び１つに合わされ、光変調器１２に入射する。入射
光はこの中で変調を受けて出射され、鏡１１’で反射さ
れ、偏光子１３に到る。ここで元の信号光の偏光方向に
垂直な成分のみを透過させ、その透過光をストリークカ
メラ１４で検出した。
で再び１つに合わされ、光変調器１２に入射する。入射
光はこの中で変調を受けて出射され、鏡１１’で反射さ
れ、偏光子１３に到る。ここで元の信号光の偏光方向に
垂直な成分のみを透過させ、その透過光をストリークカ
メラ１４で検出した。
【０１００】今回は有機無機多層膜の全体の厚さＬ２＝
１５００Å、周期長１００Åに固定し、バッファ層の厚
さＬ１を変化させた光変調器を作製した。これの透過光
を検出，測定した結果を表３に示した。ここで、制御光
が混在した強度は差し引いた。表３はカーシャッタ型光
変調特性の測定結果で、光の変調効果が観測された。
１５００Å、周期長１００Åに固定し、バッファ層の厚
さＬ１を変化させた光変調器を作製した。これの透過光
を検出，測定した結果を表３に示した。ここで、制御光
が混在した強度は差し引いた。表３はカーシャッタ型光
変調特性の測定結果で、光の変調効果が観測された。
【０１０１】
【表３】
【０１０２】〔実施例 ４〕次に、実施例１と同様の素
材として化合物半導体にはセレン化カドミニウム（Ｃｄ
Ｓｅ）を用い、有機化合物には錫二塩化フタロシアニン
（ＳｎＣｌ2Ｐｃ、分子式：ＳｎＣｌ2Ｃ8Ｈ16Ｎ8）を用
い、基板温度２５０℃で、同様の蒸着条件で複合多層膜
を作成した。基板には石英ガラスを用い、アセトン超音
波洗浄したものを用いた。
材として化合物半導体にはセレン化カドミニウム（Ｃｄ
Ｓｅ）を用い、有機化合物には錫二塩化フタロシアニン
（ＳｎＣｌ2Ｐｃ、分子式：ＳｎＣｌ2Ｃ8Ｈ16Ｎ8）を用
い、基板温度２５０℃で、同様の蒸着条件で複合多層膜
を作成した。基板には石英ガラスを用い、アセトン超音
波洗浄したものを用いた。
【０１０３】これらの素材は窒化ホウ素製るつぼ（信越
化学製）にいれたセルを、また、基板はモリブデン製ホ
ルダに載せて分子線蒸着装置（日電アネルバ製、型式１
ＭＢＥ−６２０、ベース圧力５×１０~10Ｔｏｒｒ）に
装着し、チャンバ，セルおよび基板を２００℃で脱ガス
した。
化学製）にいれたセルを、また、基板はモリブデン製ホ
ルダに載せて分子線蒸着装置（日電アネルバ製、型式１
ＭＢＥ−６２０、ベース圧力５×１０~10Ｔｏｒｒ）に
装着し、チャンバ，セルおよび基板を２００℃で脱ガス
した。
【０１０４】次に、チャンバを液体窒素で冷却しながら
ＣｄＳｅ用セルは６２５℃、ＳｎＣｌ2Ｐｃ用セルは３
３０℃に加熱し、ビームフラックスモニタにて蒸着する
分子線量を約１×１０~7Ｔｏｒｒとして蒸着速度を調整
し、各セルの出射口に取り付けられたシャッタを交互に
開閉することにより、基板上に有機物層２と半導体層１
とを交互に積層した。各層の積層膜厚はシャッタの開放
時間により調整した。
ＣｄＳｅ用セルは６２５℃、ＳｎＣｌ2Ｐｃ用セルは３
３０℃に加熱し、ビームフラックスモニタにて蒸着する
分子線量を約１×１０~7Ｔｏｒｒとして蒸着速度を調整
し、各セルの出射口に取り付けられたシャッタを交互に
開閉することにより、基板上に有機物層２と半導体層１
とを交互に積層した。各層の積層膜厚はシャッタの開放
時間により調整した。
【０１０５】こうして得られた複合多層膜について、実
施例１と同様に膜の光変調特性に関する３次非線形光学
特性を評価したところ、周期長を４００Å以下から少し
ずつ非線形感受率χ(3)が上昇した。
施例１と同様に膜の光変調特性に関する３次非線形光学
特性を評価したところ、周期長を４００Å以下から少し
ずつ非線形感受率χ(3)が上昇した。
【０１０６】
【発明の効果】本発明の非線形光学効果の高い材料を用
いりことにより、従来より高速の新規な光変調器を得る
ことができ、特に、コンパクトな光変調器を作製するこ
とができる。
いりことにより、従来より高速の新規な光変調器を得る
ことができ、特に、コンパクトな光変調器を作製するこ
とができる。
【図１】本発明の光変調器の基本構造を示す模式構成図
である。
である。
【図２】実施例１の光変調器の有機無機多層膜のＸ線回
折パターンである。
折パターンである。
【図３】実施例１の光変調器の有機無機多層膜の可視〜
近赤外吸収スペクトルである。
近赤外吸収スペクトルである。
【図４】実施例３の光変調器の素子構成と変調特性評価
光学系の模式構成図である。
光学系の模式構成図である。
１…化合物半導体層１、２…有機化合物層２、３…基
板、４…バッファ層、５…有機無機多層膜、６…反射
鏡、７…基板、８…光源、９…ビームスプリッタ、１０
…遅延減光偏光回転光路、１１…鏡、１２…光変調器、
１３…偏光子、１４…ストリークカメラ。
板、４…バッファ層、５…有機無機多層膜、６…反射
鏡、７…基板、８…光源、９…ビームスプリッタ、１０
…遅延減光偏光回転光路、１１…鏡、１２…光変調器、
１３…偏光子、１４…ストリークカメラ。
Claims (5)
- 【請求項１】 光を入出射することが可能で、外部から
制御された電場または光により光の透過率、反射率、屈
折率等の光学特性を変調することが可能な有機無機複合
超格子型光変調器において、該光変調器が少なくとも１
種の化合物半導体層１および少なくとも１種の有機化合
物層２を含み、かつ、化合物半導体層１と有機化合物層
２とが少なくとも１周期以上交互に積層されており、か
つ、該化合物半導体層１または該有機化合物層２のうち
少なくとも１つが結晶性で、かつ、各層の厚みは該化合
物半導体のボーア半径よりも大きくそれの１０倍以下で
あることを特徴とする有機無機複合超格子型光変調器。 - 【請求項２】 前記化合物半導体層１および有機化合物
層２を含めた全光変調層の厚みが、変調させる光の波長
の大きさの１／４〜２／１倍である請求項１に記載の有
機無機複合超格子型光変調器。 - 【請求項３】 前記化合物半導体層１がＺｎ、Ｃｄ、Ｓ
ｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｐの元素の少なくとも１つを含
む請求項１または２に記載の有機無機複合超格子型光変
調器。 - 【請求項４】 前記化合物半導体層１がＺｎ、Ｃｄ、Ｓ
ｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｐの元素の少なくとも１つを含
み、前記有機化合物層２が真空度１×１０~5Ｔｏｒｒ以
下，温度３００℃以下で固体である化合物を含む請求項
１，２または３に記載の有機無機複合超格子型光変調
器。 - 【請求項５】 前記有機化合物層２が金属フタロシアニ
ン化合物を含む請求項１〜４のいずれかに記載の有機無
機複合超格子型光変調器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9142086A JP2860094B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 有機無機複合超格子型光変調器 |
| EP98109759A EP0881519A3 (en) | 1997-05-30 | 1998-05-28 | Organic/inorganic composite superlattice type optical modulator |
| US09/086,417 US6124964A (en) | 1997-05-30 | 1998-05-29 | Organic/inorganic composite superlattice type optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9142086A JP2860094B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 有機無機複合超格子型光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10333192A JPH10333192A (ja) | 1998-12-18 |
| JP2860094B2 true JP2860094B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=15307109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9142086A Expired - Fee Related JP2860094B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 有機無機複合超格子型光変調器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6124964A (ja) |
| EP (1) | EP0881519A3 (ja) |
| JP (1) | JP2860094B2 (ja) |
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| US6970490B2 (en) * | 2002-05-10 | 2005-11-29 | The Trustees Of Princeton University | Organic light emitting devices based on the formation of an electron-hole plasma |
| JP4095486B2 (ja) * | 2003-04-18 | 2008-06-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | テラヘルツ電磁波対応ウェハ、テラヘルツ発生検出デバイス及びそれらの製造方法 |
| US7075231B1 (en) * | 2005-01-03 | 2006-07-11 | Eastman Kodak Company | Tandem OLEDs having low drive voltage |
| JP2006235381A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁波発生装置およびその製造方法 |
| KR101502195B1 (ko) * | 2007-11-21 | 2015-03-12 | 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 및 질화물 반도체의 결정 성장 방법 그리고 질화물 반도체 발광 소자 |
| US8515510B2 (en) * | 2009-03-31 | 2013-08-20 | Covidien Lp | Electroadhesive medical devices |
| KR101175699B1 (ko) * | 2011-03-16 | 2012-08-21 | 광주과학기술원 | 정공 주입 및 수송에 기반한 테라헤르츠파 변조장치 |
| CN103309057B (zh) * | 2013-07-05 | 2016-05-25 | 上海交通大学 | 非周期宽带响应电光调制器的制备方法 |
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| JP2627071B2 (ja) * | 1988-01-26 | 1997-07-02 | キヤノン株式会社 | 光変調素子 |
| JPH03126040A (ja) * | 1989-10-11 | 1991-05-29 | Takao Kawamura | 電子写真感光体 |
| US5034783A (en) * | 1990-07-27 | 1991-07-23 | At&T Bell Laboratories | Semiconductor device including cascadable polarization independent heterostructure |
| IL98753A0 (en) * | 1990-10-10 | 1992-07-15 | Yeda Res & Dev | Process for the production of composite organic-inorganic superlattices |
| US5543631A (en) * | 1993-06-17 | 1996-08-06 | Weinberger; Lester | Hybrid organic-inorganic bistable nonlinear optical gate |
| JPH08102360A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-04-16 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 有機無機複合薄膜型電界発光素子 |
| US6005707A (en) * | 1997-11-21 | 1999-12-21 | Lucent Technologies Inc. | Optical devices comprising polymer-dispersed crystalline materials |
-
1997
- 1997-05-30 JP JP9142086A patent/JP2860094B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-05-28 EP EP98109759A patent/EP0881519A3/en not_active Withdrawn
- 1998-05-29 US US09/086,417 patent/US6124964A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6124964A (en) | 2000-09-26 |
| EP0881519A2 (en) | 1998-12-02 |
| EP0881519A3 (en) | 1999-11-17 |
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