JP2985869B2 - 光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システム - Google Patents
光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバとポラ
リトン素子とを結合した光−ポラリトン結合装置に係
り、特に、光ファイバとポラリトン素子の結合効率を向
上させた光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリト
ン結合装置を組み込んだ光通信システムに関する。
リトン素子とを結合した光−ポラリトン結合装置に係
り、特に、光ファイバとポラリトン素子の結合効率を向
上させた光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリト
ン結合装置を組み込んだ光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光素子の高速化が求められ、数十
Ghzの変調帯域を持つ光変調器や半導体レーザが実現さ
れている。しかし、その電圧印加や電流注入のための電
極の大きさの制限のために電極の寄生容量の低減ができ
ず、それ以上の高速化は難しいのが現状である。このた
め、素子の大きさを低減できるポラリトンを用いた素子
が提案されている。
Ghzの変調帯域を持つ光変調器や半導体レーザが実現さ
れている。しかし、その電圧印加や電流注入のための電
極の大きさの制限のために電極の寄生容量の低減ができ
ず、それ以上の高速化は難しいのが現状である。このた
め、素子の大きさを低減できるポラリトンを用いた素子
が提案されている。
【０００３】ポラリトンとは、励起子（電子・正孔対）
と光がコヒーレントに結合した状態で、量子井戸や細線
と呼ばれる量子閉じ込め構造中で安定に伝搬する 。こ
のような励起子ポラリトン（以下、単に“ポラリトン”
という）は、ナノメータサイズにおける電磁波と分極の
相互作用によってその特性が記述できる。近年、このよ
うな技術として、光ＳＴＭ（Ｓcanning Ｔunneling Ｍi
croscope：走査トンネル顕微鏡）に代表される近接場フ
ォトニクス や微小共振器レーザ等の共振器量子電磁気
学 等が注目され、活発な研究が進められているが、ポ
ラリトンもそのようなナノメータフォトニクスとも言う
べき新しい技術の一つと位置付けることができる。この
ように、ポラリトンの応用は、新しいナノメータサイズ
の超高速極微小電子・光素子を実現する可能性をもつと
考えられている。
と光がコヒーレントに結合した状態で、量子井戸や細線
と呼ばれる量子閉じ込め構造中で安定に伝搬する 。こ
のような励起子ポラリトン（以下、単に“ポラリトン”
という）は、ナノメータサイズにおける電磁波と分極の
相互作用によってその特性が記述できる。近年、このよ
うな技術として、光ＳＴＭ（Ｓcanning Ｔunneling Ｍi
croscope：走査トンネル顕微鏡）に代表される近接場フ
ォトニクス や微小共振器レーザ等の共振器量子電磁気
学 等が注目され、活発な研究が進められているが、ポ
ラリトンもそのようなナノメータフォトニクスとも言う
べき新しい技術の一つと位置付けることができる。この
ように、ポラリトンの応用は、新しいナノメータサイズ
の超高速極微小電子・光素子を実現する可能性をもつと
考えられている。
【０００４】ポラリトンは、量子井戸のような量子閉じ
込め構造の中を安定に伝搬する。このことは、図６に示
すように、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓからなる量子井
戸層を中心に１層設け、そのまわりをＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓの超格子層を形成した導波路構造（導波路長：２
５０μｍ）によって確かめられた。図中の寸法は一例を
示したものである。ポラリトンが実際に伝搬しているこ
とを確認するために、導波路の一端から光パルスを入射
し、パルスの伝搬時間の変化を液体Ｈｅ温度で測定し
た。
込め構造の中を安定に伝搬する。このことは、図６に示
すように、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓからなる量子井
戸層を中心に１層設け、そのまわりをＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓの超格子層を形成した導波路構造（導波路長：２
５０μｍ）によって確かめられた。図中の寸法は一例を
示したものである。ポラリトンが実際に伝搬しているこ
とを確認するために、導波路の一端から光パルスを入射
し、パルスの伝搬時間の変化を液体Ｈｅ温度で測定し
た。
【０００５】図７は、この測定で得た量子井戸導波路の
光パルスの遅延特性を示す図である。図中、（ａ）に示
すように、ＴＥ偏光における伝搬の遅延時間は、１．６
２３ｅＶで最大値５．３ｐｓ（ピコ秒＝１０-12秒）を
とる。このエネルギー位置は、重い励起子（ｈｈ−ｅ
ｘ）の吸収線と一致している。遅延時間５．３ｐｓは、
導波路構造を考慮した計算から、その群速度が真空中の
光に比べて３桁も減少していることを示している。この
エネルギー位置の一致と群速度の大幅な減少は、量子井
戸導波路中で光がポラリトンとして伝搬している直接の
証拠と考えられる。一方、（ｂ）に示すように、ＴＭ偏
光では、１．６４６ｅＶ、即ち軽い励起子（ｌｈ−ｅ
ｘ）に共鳴する位置で、遅延時間が最大４．７ｐｓとな
る。このことから、軽い励起子によるポラリトン効果
は、ＴＭ偏光で顕著であることがわかる。
光パルスの遅延特性を示す図である。図中、（ａ）に示
すように、ＴＥ偏光における伝搬の遅延時間は、１．６
２３ｅＶで最大値５．３ｐｓ（ピコ秒＝１０-12秒）を
とる。このエネルギー位置は、重い励起子（ｈｈ−ｅ
ｘ）の吸収線と一致している。遅延時間５．３ｐｓは、
導波路構造を考慮した計算から、その群速度が真空中の
光に比べて３桁も減少していることを示している。この
エネルギー位置の一致と群速度の大幅な減少は、量子井
戸導波路中で光がポラリトンとして伝搬している直接の
証拠と考えられる。一方、（ｂ）に示すように、ＴＭ偏
光では、１．６４６ｅＶ、即ち軽い励起子（ｌｈ−ｅ
ｘ）に共鳴する位置で、遅延時間が最大４．７ｐｓとな
る。このことから、軽い励起子によるポラリトン効果
は、ＴＭ偏光で顕著であることがわかる。
【０００６】ポラリトンでは、外部からの電界等に鋭敏
に反応する電子・正孔を通して光の伝搬状態を大幅に変
化させることが期待される。このような特性を明らかに
する実験として、導波路に電極を形成した試料を作製
し、電界印加によるポラリトン伝搬の位相変化を液体Ｈ
ｅ温度で測定した。図８は、印加電界強度に対する相対
的な屈折率変化を示した図であり、屈折率変化はポラリ
トンの位相変化に対応している。同図から、入射光強度
を７．８×１０-11Ｊ／ｃｍ2と低く抑えると、電界強度
が４０ｋＶ／ｃｍのとき相対的な屈折率変化が２０％に
達することが明らかにされた。入射光強度が１．６×１
０-8Ｊ／ｃｍ2 と比較的高い場合は、屈折率変化が１／
５以下と低くなる。この減少は、主にポラリトン間の散
乱によると考えられる。通常の電気光学効果による屈折
率変化は、入射光強度が高い場合と同じ程度の変化なの
で、２０％に達する屈折率変化は非常に大きなものであ
ることが理解される。
に反応する電子・正孔を通して光の伝搬状態を大幅に変
化させることが期待される。このような特性を明らかに
する実験として、導波路に電極を形成した試料を作製
し、電界印加によるポラリトン伝搬の位相変化を液体Ｈ
ｅ温度で測定した。図８は、印加電界強度に対する相対
的な屈折率変化を示した図であり、屈折率変化はポラリ
トンの位相変化に対応している。同図から、入射光強度
を７．８×１０-11Ｊ／ｃｍ2と低く抑えると、電界強度
が４０ｋＶ／ｃｍのとき相対的な屈折率変化が２０％に
達することが明らかにされた。入射光強度が１．６×１
０-8Ｊ／ｃｍ2 と比較的高い場合は、屈折率変化が１／
５以下と低くなる。この減少は、主にポラリトン間の散
乱によると考えられる。通常の電気光学効果による屈折
率変化は、入射光強度が高い場合と同じ程度の変化なの
で、２０％に達する屈折率変化は非常に大きなものであ
ることが理解される。
【０００７】量子井戸構造から閉じ込めの次元を更に上
げると量子細線構造になる。この系でのポラリトンは、
量子閉じ込め効果による振動子強度の増加のために、ポ
ラリトンの安定性を表わす指標であるＬ−Ｔ分裂量（Ｌ
ongitudinal-Ｔransverse 分裂量；縦励起子と横励起子
のエネルギー差）が大幅に増加する。このため、ポラリ
トンの関与する実効的な屈折率が増加し、ポラリトンの
媒質中の波長が減少する。このことは、ポラリトンを非
常に狭い導波路に沿って伝搬させることができることを
示すものである。一例として、ＧａＡｓ量子細線の場合
を考えると、２０ｎｍ幅の細線からなる導波路の場合、
電磁場の横方向拡がりは６７ｎｍ程度と非常に小さくで
きることがされている。
げると量子細線構造になる。この系でのポラリトンは、
量子閉じ込め効果による振動子強度の増加のために、ポ
ラリトンの安定性を表わす指標であるＬ−Ｔ分裂量（Ｌ
ongitudinal-Ｔransverse 分裂量；縦励起子と横励起子
のエネルギー差）が大幅に増加する。このため、ポラリ
トンの関与する実効的な屈折率が増加し、ポラリトンの
媒質中の波長が減少する。このことは、ポラリトンを非
常に狭い導波路に沿って伝搬させることができることを
示すものである。一例として、ＧａＡｓ量子細線の場合
を考えると、２０ｎｍ幅の細線からなる導波路の場合、
電磁場の横方向拡がりは６７ｎｍ程度と非常に小さくで
きることがされている。
【０００８】このように、ポラリトンは量子細線からな
るナノメータオーダの導波路を伝搬することができるの
で、２本の導波路を近接して並べ、電界印加による位相
変化を用いると、いわゆる方向性結合器型のスイッチを
形成することができる。有限要素法による計算による
と、長さ２μｍ以下で細線間の横方向トンネリングが可
能である。図９は、２本のＧａＡｓ量子細線導波路間
（導波路幅：４０ｎｍ，導波路間隔：８０ｎｍ）でポラ
リトンパワ分布が導波路ａから導波路ｂへ移動する様子
を示している。この横方向トンネリングを電界印加で制
御することにより超高速のスイッチができる。この場合
のスイッチング時間は、スイッチング部でのポラリトン
の走行時間と電極間容量による制限を受ける。前者は、
図９の構成の場合、数１０ｆｓ（フェムト秒＝１０-15
秒）であり、後者は電極領域が０．５×２μｍとして
０．３ｐｓ程度と見積もることができる。したがって、
ポラリトンを用いた場合、スイッチサイズを極微小化で
きることから超高速のスイッチングが可能となる。
るナノメータオーダの導波路を伝搬することができるの
で、２本の導波路を近接して並べ、電界印加による位相
変化を用いると、いわゆる方向性結合器型のスイッチを
形成することができる。有限要素法による計算による
と、長さ２μｍ以下で細線間の横方向トンネリングが可
能である。図９は、２本のＧａＡｓ量子細線導波路間
（導波路幅：４０ｎｍ，導波路間隔：８０ｎｍ）でポラ
リトンパワ分布が導波路ａから導波路ｂへ移動する様子
を示している。この横方向トンネリングを電界印加で制
御することにより超高速のスイッチができる。この場合
のスイッチング時間は、スイッチング部でのポラリトン
の走行時間と電極間容量による制限を受ける。前者は、
図９の構成の場合、数１０ｆｓ（フェムト秒＝１０-15
秒）であり、後者は電極領域が０．５×２μｍとして
０．３ｐｓ程度と見積もることができる。したがって、
ポラリトンを用いた場合、スイッチサイズを極微小化で
きることから超高速のスイッチングが可能となる。
【０００９】なお、上述したポラリトンを利用したポラ
リトン素子を構成する材料としては、（ａ）III族−V族
化合物半導体（ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＡｓ，ＧａＡｌ
Ａｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＮＡｓ）、（ｂ）II−
VI族化合物半導体（ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｄ
Ｓ）、（ｃ）I−VII族化合物半導体（ＣｕＣｌ，ＣｕＢ
ｒ，ＣｕＩ）、（ｄ）ペロブスカイト材料（(ＣnＨ2n+1
ＮＨ3)2(ＣＨ3ＮＨ3)m-1ＭmＸ3m+1)；ここで、Ｍ＝Ｐ
ｂ，Ｓｎ，Ｇｅ、Ｘ＝Ｉ，Ｃｌ，Ｂｒであり、また、ｍ
とｎは整数を示している）など各種材料を使用すること
ができる。ポラリトン素子については、例えば、「光
学」第２４巻、第７号（１９９５年７月発行）、第４０
４〜第４０５頁に記載されている。
リトン素子を構成する材料としては、（ａ）III族−V族
化合物半導体（ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＡｓ，ＧａＡｌ
Ａｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＮＡｓ）、（ｂ）II−
VI族化合物半導体（ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｄ
Ｓ）、（ｃ）I−VII族化合物半導体（ＣｕＣｌ，ＣｕＢ
ｒ，ＣｕＩ）、（ｄ）ペロブスカイト材料（(ＣnＨ2n+1
ＮＨ3)2(ＣＨ3ＮＨ3)m-1ＭmＸ3m+1)；ここで、Ｍ＝Ｐ
ｂ，Ｓｎ，Ｇｅ、Ｘ＝Ｉ，Ｃｌ，Ｂｒであり、また、ｍ
とｎは整数を示している）など各種材料を使用すること
ができる。ポラリトン素子については、例えば、「光
学」第２４巻、第７号（１９９５年７月発行）、第４０
４〜第４０５頁に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ポラリトン素子は、素
子が小型化され、結果的に寄生容量の低減化が可能とな
り高速の素子を得ることができ、また、上述したように
（イ）電界印加による位相変化が大きい、（ロ）数十ｎ
ｍの横拡がりで極微細な導波路をできる、（ハ）数μｍ
の長さのスイッチングデバイスを作製できる、などの特
徴的な性質を有しているため、従来の単なる電子や光デ
バイスとは違った新しい極微細な超高速電子・光複合機
能素子を実現できる可能性がある。
子が小型化され、結果的に寄生容量の低減化が可能とな
り高速の素子を得ることができ、また、上述したように
（イ）電界印加による位相変化が大きい、（ロ）数十ｎ
ｍの横拡がりで極微細な導波路をできる、（ハ）数μｍ
の長さのスイッチングデバイスを作製できる、などの特
徴的な性質を有しているため、従来の単なる電子や光デ
バイスとは違った新しい極微細な超高速電子・光複合機
能素子を実現できる可能性がある。
【００１１】しかしながら、ポラリトン素子を実用化す
るためには、通常の光が伝搬する光ファイバとポラリト
ン素子を光学的に結合する必要があるが、この結合を効
率的に行うことは容易ではない。その理由は、光ファイ
バを伝搬する光の波長とポラリトン素子中の導波路を伝
搬するポラリトンの波長が大きく異なり、少なくとも１
桁以上異なるためである。従来は、光ファイバとポラリ
トン素子を効率的に結合する技術が知られていなかった
ので、ポラリトン素子を有効に利用した装置を実現する
ことができないという問題があった。本発明の目的は、
上記問題点を解決し、光ファイバとポラリトン素子を効
率的に結合させた光−ポラリトン結合装置および該光−
ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システムを提供
することにある。
るためには、通常の光が伝搬する光ファイバとポラリト
ン素子を光学的に結合する必要があるが、この結合を効
率的に行うことは容易ではない。その理由は、光ファイ
バを伝搬する光の波長とポラリトン素子中の導波路を伝
搬するポラリトンの波長が大きく異なり、少なくとも１
桁以上異なるためである。従来は、光ファイバとポラリ
トン素子を効率的に結合する技術が知られていなかった
ので、ポラリトン素子を有効に利用した装置を実現する
ことができないという問題があった。本発明の目的は、
上記問題点を解決し、光ファイバとポラリトン素子を効
率的に結合させた光−ポラリトン結合装置および該光−
ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システムを提供
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光−ポラリトン
結合装置は、上記目的を達成するために、光ファイバ
（１）の先端をテーパー状にするとともに、該テーパー
状の先端のコアの直径と前記ポラリトン素子（２）の導
波路（３）の横方向の拡がりをともに０．５μｍ以下に
し、かつ、該テーパー状の先端とポラリトン素子（２）
の導波路（３）とをポラリトンの近接場の拡がり範囲で
ある０．５μｍ以下の距離に近接させて結合する（図１
参照）。また、ポラリトン素子の導波路を隣接させて複
数設け、光ファイバをその先端のテーパー状の部分をポ
ラリトン素子の導波路に対応させて複数設ける構成（図
２，３参照）、テーパー状の光ファイバを固定治具
（５）で固定する構成（図３参照）、光ファイバのテー
パー状の先端を球形にする構成（図４参照）などを採用
してもよい。これらの構成により、光ファイバとポラリ
トン素子を効率的に結合させることができる。また、本
発明の光通信システムは、上記構成の光−ポラリトン結
合装置を光通信における中継器として組み込んだもので
ある。この構成により、通信効率を大幅に増加すること
ができる。
結合装置は、上記目的を達成するために、光ファイバ
（１）の先端をテーパー状にするとともに、該テーパー
状の先端のコアの直径と前記ポラリトン素子（２）の導
波路（３）の横方向の拡がりをともに０．５μｍ以下に
し、かつ、該テーパー状の先端とポラリトン素子（２）
の導波路（３）とをポラリトンの近接場の拡がり範囲で
ある０．５μｍ以下の距離に近接させて結合する（図１
参照）。また、ポラリトン素子の導波路を隣接させて複
数設け、光ファイバをその先端のテーパー状の部分をポ
ラリトン素子の導波路に対応させて複数設ける構成（図
２，３参照）、テーパー状の光ファイバを固定治具
（５）で固定する構成（図３参照）、光ファイバのテー
パー状の先端を球形にする構成（図４参照）などを採用
してもよい。これらの構成により、光ファイバとポラリ
トン素子を効率的に結合させることができる。また、本
発明の光通信システムは、上記構成の光−ポラリトン結
合装置を光通信における中継器として組み込んだもので
ある。この構成により、通信効率を大幅に増加すること
ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る光−ポラリ
トン結合装置の実施の形態を示す模式図である。同図に
おいて、１は先端がテーパー状の光ファイバを示す。こ
の先端がテーパー状の光ファイバ（以下、テーパー状光
ファイバという）は、光ファイバの外径が小さくなるに
つれて、その内部のコアもやはり徐々に小さくなってい
る。また、２はポラリトン素子を示す。ポラリトン素子
２の中にはポラリトンを伝搬するポラリトン導波路３が
形成されている。テーパー状光ファイバ１の先端とポラ
リトン素子２は、ポラリトンの近接場の拡がり範囲であ
る０．５μｍ以内の距離に近接させて図示しない固定治
具で結合固定する。
トン結合装置の実施の形態を示す模式図である。同図に
おいて、１は先端がテーパー状の光ファイバを示す。こ
の先端がテーパー状の光ファイバ（以下、テーパー状光
ファイバという）は、光ファイバの外径が小さくなるに
つれて、その内部のコアもやはり徐々に小さくなってい
る。また、２はポラリトン素子を示す。ポラリトン素子
２の中にはポラリトンを伝搬するポラリトン導波路３が
形成されている。テーパー状光ファイバ１の先端とポラ
リトン素子２は、ポラリトンの近接場の拡がり範囲であ
る０．５μｍ以内の距離に近接させて図示しない固定治
具で結合固定する。
【００１４】左方から光ファイバ中を伝搬してきた光
は、テーパー状の領域に達すると徐々にその横方向フィ
ールドが小さくなり、最終的には、ポラリトン素子２中
の導波路３をポラリトンが伝搬するときと同程度の横方
向フィールドとなる。その結果、左方から光ファイバ中
を伝搬してきた光は、スムーズにポラリトン導波路３に
結合し、比較的低い損失のみで光ファイバ中の光がポラ
リトンに変換される。
は、テーパー状の領域に達すると徐々にその横方向フィ
ールドが小さくなり、最終的には、ポラリトン素子２中
の導波路３をポラリトンが伝搬するときと同程度の横方
向フィールドとなる。その結果、左方から光ファイバ中
を伝搬してきた光は、スムーズにポラリトン導波路３に
結合し、比較的低い損失のみで光ファイバ中の光がポラ
リトンに変換される。
【００１５】上述した構成は、光ファイバ中を伝搬して
きた光がポラリトンに変換され、ポラリトン素子内の導
波路を伝搬する場合、すなわち光からポラリトンへの変
換の場合であったが、逆にポラリトン素子内の導波路を
伝搬してきたポラリトンを光ファイバー中を伝搬する光
に変換することも可能である。この場合は、ポラリトン
素子２の中の導波路３を伝搬してきたポラリトンの横方
向フィールドが、テーパー状光ファイバ１によって徐々
に大きくなり、その結果最終的に通常の光ファイバを安
定に伝搬できる光に変換される。
きた光がポラリトンに変換され、ポラリトン素子内の導
波路を伝搬する場合、すなわち光からポラリトンへの変
換の場合であったが、逆にポラリトン素子内の導波路を
伝搬してきたポラリトンを光ファイバー中を伝搬する光
に変換することも可能である。この場合は、ポラリトン
素子２の中の導波路３を伝搬してきたポラリトンの横方
向フィールドが、テーパー状光ファイバ１によって徐々
に大きくなり、その結果最終的に通常の光ファイバを安
定に伝搬できる光に変換される。
【００１６】以上示した光−ポラリトン結合装置は、光
ファイバとポラリトン素子中の導波路の組が１つの場合
であったが、図２に示すように、テーパー状光ファイバ
１を２本組にして平行に並べ、ポラリトン素子内の隣接
した平行ポラリトン導波路４と直接結合させることも可
能である。この場合もテーパー状光ファイバ１の先端と
ポラリトン素子２は、ポラリトンの近接場の拡がり範囲
である０．５μｍ以内の距離に近接させて図示しない固
定治具で結合固定する。テーパー状光ファイバ１の組
は、もちろん２組以上でも良い。ポラリトン素子２内に
複数の導波路を設けることによって、図８で説明した方
向性結合型の超高速のスイッチが実用可能になる。
ファイバとポラリトン素子中の導波路の組が１つの場合
であったが、図２に示すように、テーパー状光ファイバ
１を２本組にして平行に並べ、ポラリトン素子内の隣接
した平行ポラリトン導波路４と直接結合させることも可
能である。この場合もテーパー状光ファイバ１の先端と
ポラリトン素子２は、ポラリトンの近接場の拡がり範囲
である０．５μｍ以内の距離に近接させて図示しない固
定治具で結合固定する。テーパー状光ファイバ１の組
は、もちろん２組以上でも良い。ポラリトン素子２内に
複数の導波路を設けることによって、図８で説明した方
向性結合型の超高速のスイッチが実用可能になる。
【００１７】このような光−ポラリトン結合装置を実際
に使用するときは、テーパー状光ファイバ１を固定治具
５で固定し、テーパー状光ファイバ１の微小な振動ある
いは移動を防ぐことが有効である。この場合もテーパー
状光ファイバ１の先端とポラリトン素子２を、ポラリト
ンの近接場の拡がり範囲である０．５μｍ以内の距離に
近接させて固定治具５とともに図示しない固定治具で結
合固定する。
に使用するときは、テーパー状光ファイバ１を固定治具
５で固定し、テーパー状光ファイバ１の微小な振動ある
いは移動を防ぐことが有効である。この場合もテーパー
状光ファイバ１の先端とポラリトン素子２を、ポラリト
ンの近接場の拡がり範囲である０．５μｍ以内の距離に
近接させて固定治具５とともに図示しない固定治具で結
合固定する。
【００１８】また、図４に示すように、テーパー状光フ
ァイバの先端６が球面であれば光とポラリトンの結合効
率はより一層向上する。同図において、７は光ファイバ
中のコアを示している。テーパー状光ファイバの先端の
コアの直径は、０．５μｍ以下にすることが効率よく結
合を行なう上で必要である。
ァイバの先端６が球面であれば光とポラリトンの結合効
率はより一層向上する。同図において、７は光ファイバ
中のコアを示している。テーパー状光ファイバの先端の
コアの直径は、０．５μｍ以下にすることが効率よく結
合を行なう上で必要である。
【００１９】図５は、ポラリトン導波路におけるポラリ
トン横方向プロファイルの半値全幅とＬ−Ｔ分裂量（Ｌ
ongitudinal-Ｔransverse 分裂量；縦励起子と横励起子
のエネルギー差）との関係を導波路幅をパラメータとし
て示したものである。ここで、Ｌ−Ｔ分裂量はポラリト
ンの安定性に関係する量で、通常の導波路の場合、０．
５〜２．０ｍｅＶの範囲にある。また、導波路幅は、同
図に示す１０〜５０ｎｍ程度の場合が最も効率よくポラ
リトンを伝搬できる。これらのことから、ポラリトン導
波路出射端でのフィールドの横方向拡がりは、図５よ
り、０．５μｍ以下であることがわかる。このため、テ
ーパー状光ファイバの先端のコアの直径を少なくとも
０．５μｍ以下にすればテーパー状光ファイバの先端か
らポラリトン導波路への結合が効率よく行われる。
トン横方向プロファイルの半値全幅とＬ−Ｔ分裂量（Ｌ
ongitudinal-Ｔransverse 分裂量；縦励起子と横励起子
のエネルギー差）との関係を導波路幅をパラメータとし
て示したものである。ここで、Ｌ−Ｔ分裂量はポラリト
ンの安定性に関係する量で、通常の導波路の場合、０．
５〜２．０ｍｅＶの範囲にある。また、導波路幅は、同
図に示す１０〜５０ｎｍ程度の場合が最も効率よくポラ
リトンを伝搬できる。これらのことから、ポラリトン導
波路出射端でのフィールドの横方向拡がりは、図５よ
り、０．５μｍ以下であることがわかる。このため、テ
ーパー状光ファイバの先端のコアの直径を少なくとも
０．５μｍ以下にすればテーパー状光ファイバの先端か
らポラリトン導波路への結合が効率よく行われる。
【００２０】次に、本発明の光−ポラリトン結合装置の
作製法と装置の具体的構造を述べる。まず、テーパー状
光ファイバは、コア径が１０μｍで外径が１２５μｍ、
コアとクラッドの屈折率差が１％の石英ガラスファイバ
を用いて作製した。すなわち、長手方向に外径が小さく
なるようにエッチングし、次に加熱により引き延ばした
ものを用いた。このときのテーパー状光ファイバの先端
は、球面になっており、かつ先端のコア直径は、０．４
μｍとした。このとき先端の外径は、２μｍとなった。
このテーパー状光ファイバを２本等間隔（ファイバ中心
線の間隔を２．５μｍとした）で並べ、それらを樹脂で
埋め込み両者を固定して結合装置を作製した。これとＧ
ａＡｓ量子井戸導波路が２．５μｍ間隔で並んだ方向性
結合器型導波路を結合したところ、結合効率８０％を得
ることができ、従来のテーパー状光ファイバを用いない
ときに比べて結合効率が１桁増加した。
作製法と装置の具体的構造を述べる。まず、テーパー状
光ファイバは、コア径が１０μｍで外径が１２５μｍ、
コアとクラッドの屈折率差が１％の石英ガラスファイバ
を用いて作製した。すなわち、長手方向に外径が小さく
なるようにエッチングし、次に加熱により引き延ばした
ものを用いた。このときのテーパー状光ファイバの先端
は、球面になっており、かつ先端のコア直径は、０．４
μｍとした。このとき先端の外径は、２μｍとなった。
このテーパー状光ファイバを２本等間隔（ファイバ中心
線の間隔を２．５μｍとした）で並べ、それらを樹脂で
埋め込み両者を固定して結合装置を作製した。これとＧ
ａＡｓ量子井戸導波路が２．５μｍ間隔で並んだ方向性
結合器型導波路を結合したところ、結合効率８０％を得
ることができ、従来のテーパー状光ファイバを用いない
ときに比べて結合効率が１桁増加した。
【００２１】上述した構成を有する光−ポラリトン結合
装置を光通信システムにおける中継器に搭載したとこ
ろ、通信速度を単一波長の光当たり１００Ｇbit/sとす
ることができ、通信効率を大幅に増加することができ
た。
装置を光通信システムにおける中継器に搭載したとこ
ろ、通信速度を単一波長の光当たり１００Ｇbit/sとす
ることができ、通信効率を大幅に増加することができ
た。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたごとく本発明によれば、光フ
ァイバとポラリトン素子を効率的に結合することができ
る光−ポラリトン結合装置、および、これを組み込むこ
とによって、ポラリトン素子を効率的に実用化した光通
信システムが得られる。
ァイバとポラリトン素子を効率的に結合することができ
る光−ポラリトン結合装置、および、これを組み込むこ
とによって、ポラリトン素子を効率的に実用化した光通
信システムが得られる。
【図１】光−ポラリトン結合装置を示す模式図である。
【図２】２本のテーパー状光ファイバを並列に並べた光
−ポラリトン結合装置を示す図である。
−ポラリトン結合装置を示す図である。
【図３】２本のテーパー状光ファイバを固定治具を用い
て固定した光−ポラリトン結合装置を示す図である。
て固定した光−ポラリトン結合装置を示す図である。
【図４】テーパー状光ファイバの先端を示す図である。
【図５】ポラリトン導波路におけるポラリトン横方向フ
ィールドの半値全幅とＬ−Ｔ分裂量の関係をポラリトン
導波路幅をパラメータとして示した図である。
ィールドの半値全幅とＬ−Ｔ分裂量の関係をポラリトン
導波路幅をパラメータとして示した図である。
【図６】ポラリトン素子における量子井戸導波路の構造
を示す図である。（導波路長：２５０μｍ）
を示す図である。（導波路長：２５０μｍ）
【図７】ポラリトン素子における量子井戸導波路の光パ
ルスの遅延時間特性を示す図である。
ルスの遅延時間特性を示す図である。
【図８】ポラリトン素子における電界印加による屈折率
の変化を示す図である。
の変化を示す図である。
【図９】平行導波路間のポラリトン横方向トンネリング
を説明するための図である。
を説明するための図である。
１：テーパー状光ファイバ、２：ポラリトン素子、３：
ポラリトン導波路、４：隣接したポラリトン導波路、
５：固定治具、６：テーパー状光ファイバの先端、７：
光ファイバのコア。
ポラリトン導波路、４：隣接したポラリトン導波路、
５：固定治具、６：テーパー状光ファイバの先端、７：
光ファイバのコア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−166504（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−5686（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/26 - 6/43
Claims (5)
- 【請求項１】 光ファイバと、励起子ポラリトンを伝搬
する導波路を有するポラリトン素子とを結合した光−ポ
ラリトン結合装置であって、前記光ファイバの先端をテ
ーパー状にするとともに、該テーパー状の先端のコアの
直径と前記ポラリトン素子の導波路の横方向の拡がりを
ともに０．５μｍ以下にし、かつ、前記テーパー状の先
端と前記ポラリトン素子の導波路とを０．５μｍ以下の
距離に近接して結合したことを特徴とする光−ポラリト
ン結合装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の光−ポラリトン結合装置
において、前記ポラリトン素子の導波路を隣接させて複
数設けるとともに、前記光ファイバをその先端のテーパ
ー状の部分を前記ポラリトン素子の導波路に対応させて
複数設けたことを特徴とする光−ポラリトン結合装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の光−ポラリトン
結合装置において、前記テーパー状の光ファイバを固定
治具で固定したことを特徴とする光−ポラリトン結合装
置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の光
−ポラリトン結合装置において、前記光ファイバのテー
パー状の先端を球面にしたことを特徴とする光−ポラリ
トン結合装置。 - 【請求項５】 請求項１から４に記載の光−ポラリトン
結合装置を光通信における中継器として組み込んだこと
を特徴とする光通信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10067054A JP2985869B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10067054A JP2985869B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11264917A JPH11264917A (ja) | 1999-09-28 |
| JP2985869B2 true JP2985869B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=13333751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10067054A Expired - Fee Related JP2985869B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 光−ポラリトン結合装置および該光−ポラリトン結合装置を組み込んだ光通信システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2985869B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4528970B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2010-08-25 | 国立大学法人東京農工大学 | 導波路の接続構造および光分岐結合素子 |
-
1998
- 1998-03-17 JP JP10067054A patent/JP2985869B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11264917A (ja) | 1999-09-28 |
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