JP2999743B2 - Fabry-Perot microcavity optical switch - Google Patents

Fabry-Perot microcavity optical switch

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JP2999743B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学効果を
利用したファブリーペロー微小共振器型光スイッチに関
する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a Fabry-Perot microcavity type optical switch utilizing a nonlinear optical effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、非線形光学効果を利用した光スイ
ッチの開発が注目を集めており、なかでもポリシラン化
合物の3次非線形光学特性を利用した各種の光スイッチ
が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the development of optical switches utilizing the nonlinear optical effect has attracted attention, and various optical switches utilizing the third-order nonlinear optical characteristics of polysilane compounds have been proposed.

【0003】3次非線形光学効果は、光強度に依存して
屈折率が変化する現象であり、ポリシラン化合物の場
合、可視光に対する優れた透明性とピコ秒オーダで屈折
率が変化する高速非線形応答を示すことから、半導体を
用いた非線形光学素子を凌駕する光スイッチへの応用が
期待されている。例えば、ファブリーペロー型光双安定
素子の非線形媒質にポリシラン化合物を用いた特開平6
−175168号公報、導波路型非線形光スイッチにポ
リシランを応用した特開平7−313113号公報があ
る。
The third-order nonlinear optical effect is a phenomenon in which the refractive index changes depending on the light intensity. In the case of a polysilane compound, excellent transparency to visible light and a high-speed nonlinear response in which the refractive index changes on the order of picoseconds are used. Therefore, application to an optical switch that surpasses a nonlinear optical element using a semiconductor is expected. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6 (1994) -64, using a polysilane compound as a nonlinear medium of a Fabry-Perot type optical bistable element.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-313113 discloses a waveguide type nonlinear optical switch using polysilane.

【0004】しかし、特開平6−313113号公報が
その課題として明示しているように、ポリシラン化合物
の3次非線形感受率は、最大10~12esu程度であ
り、その大きさは光スイッチとして十分でないと云う問
題がある。この課題に対して、特開平−313113号
公報は、ポリシラン化合物薄膜中に3次非線形感受率の
大きい半導体微粒子を分散させる方法を提案している。
However, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-313113, the third-order nonlinear susceptibility of a polysilane compound is about 10 to 12 esu at the maximum, and its size is sufficient for an optical switch. There is a problem that is not. To cope with this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 313113 proposes a method of dispersing semiconductor fine particles having a large third-order nonlinear susceptibility in a polysilane compound thin film.

【0005】しかしながら、通常半導体微粒子の3次非
線形光学応答は多分に熱的な応答を含んでいるため、応
答速度が数100ピコ秒と遅く、この方法ではポリシラ
ン化合物本来の高速非線形応答(〜ピコ秒)を生かされ
ないと云う欠点がある。
However, since the third-order nonlinear optical response of the semiconductor fine particles usually includes a thermal response, the response speed is as slow as several hundred picoseconds. Second) cannot be used.

【0006】一方、特開平6−175168号公報は、
ポリシラン化合物を非線形媒質として用いるファブリー
ペロー共振器型光スイッチを提案している。3次非線形
光学効果による材料屈折率の変化は、材料の3次非線形
感受率に比例し、光強度の2乗に比例するので、共振器
内部の高い光強度を利用して大きな屈折率変化を引き起
こし、光スイッチングを行うと云う提案は注目に値す
る。
On the other hand, JP-A-6-175168 discloses that
A Fabry-Perot resonator type optical switch using a polysilane compound as a nonlinear medium has been proposed. The change in the refractive index of the material due to the third-order nonlinear optical effect is proportional to the third-order nonlinear susceptibility of the material and is proportional to the square of the light intensity. The proposal to trigger and perform optical switching is noteworthy.

【0007】しかし、稲葉文男他編「レーザハンドブッ
ク」(朝倉書店、東京,1973年)43〜60頁に記
載されているように、通常ファブリーペロー共振器は多
数の光共鳴モードを有するので、入射した光のエネルギ
ーが各モードに分散し、ある特定の波長に入射光強度を
集中することができないと云う問題がある。
However, as described in Fukuo Inaba et al., “Laser Handbook” (Asakura Shoten, Tokyo, 1973), pp. 43-60, a Fabry-Perot resonator usually has a large number of optical resonance modes, so There is a problem that the energy of the emitted light is dispersed in each mode, and the intensity of the incident light cannot be concentrated on a specific wavelength.

【0008】ところが、Hasegawaらがフィジカ
ルレビューレターズ(Physical Review Letters)第
45巻、6317〜6320頁に示しているように、ポ
リシラン化合物の非線形感受率は、入射光波長が化合物
の光吸収ピーク波長に共鳴する場合にのみ顕著な値とな
る(共鳴効果)ので、同公報の方法では共鳴効果による
ポリシラン化合物の非線形分極率を利用することが困難
であり、スイッチ動作に必要な光強度が大きくなってし
まうと云う欠点がある。
However, as shown in Hasegawa et al., Physical Review Letters, Vol. 45, pp. 6317-6320, the nonlinear susceptibility of a polysilane compound is such that the incident light wavelength is smaller than the light absorption peak wavelength of the compound. Since the value becomes remarkable only in the case of resonance (resonance effect), it is difficult to use the nonlinear polarizability of the polysilane compound due to the resonance effect in the method of the publication, and the light intensity required for the switch operation increases. There is a drawback that it will.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来技
術ではポリシラン化合物の高速非線形光学応答を生かし
た光スイッチの提供は困難である。
As described above, it is difficult to provide an optical switch utilizing the high-speed nonlinear optical response of a polysilane compound in the prior art.

【0010】本発明の目的は、ポリシラン化合物の高速
非線形応答を生かした光スイッチを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide an optical switch that makes use of the high-speed nonlinear response of a polysilane compound.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は、非線形光学媒質膜の両面を誘電体薄膜ある
いは金属薄膜で被覆したファブリーペロー微小共振器型
光スイッチにおいて、前記非線形光学媒質膜がポリシラ
ン化合物であり、その膜厚が入力光波長の2分の1であ
り、かつ、入力波長を前記ポリシラン化合物の光吸収ピ
ーク波長に共鳴するように構成したことを特徴とするフ
ァブリーペロー微小共振器型光スイッチにある。
To achieve the above object, the gist of the present invention is to provide a Fabry-Perot microresonator type optical switch in which both surfaces of a nonlinear optical medium film are coated with a dielectric thin film or a metal thin film. film is a polysilane compound, 1 der half of its thickness input light wavelength
The input wavelength and the light absorption peak of the polysilane compound.
A Fabry-Perot microresonator type optical switch characterized in that it is configured to resonate with a peak wavelength .

【0012】図1は本発明のファブリーペロー微小共振
器の説明図を示す。1は非線形媒質(ポリシラン化合
物)、2はハーフミラー(誘電体薄膜あるいは金属薄
膜)である。
FIG. 1 is an explanatory view of a Fabry-Perot microresonator of the present invention. 1 is a non-linear medium (polysilane compound) and 2 is a half mirror (dielectric thin film or metal thin film).

【0013】ファブリーペロー微小共振器は、J.H.
Eberly他編「コヒーレンス アンド クアンタム オ
プトテイックス」(Coherence and Quantum Optic
s)(Plenum Press N.Y.1989年)1249〜
1257頁に記載されているように、単一の共振モード
を有するため、入射光強度をこのモードに集中させるこ
とができる。
A Fabry-Perot microresonator is described in H.
Eberly et al. “Coherence and Quantum Optics” (Coherence and Quantum Optic)
s) (Plenum Press NY, 1989) 1249-
Since it has a single resonance mode as described on page 1257, the incident light intensity can be concentrated on this mode.

【0014】例えば、縦2a×横2a×幅dのサイズを
有する光共振器の共鳴条件は、前出の稲葉文男他編「レ
ーザーハンドブック」第56頁に記載されているように
式〔1〕で与えられる。
For example, the resonance conditions of an optical resonator having a size of 2a × 2a × d are given by the following equation [1] as described in “Laser Handbook”, p. 56, edited by Fumio Inaba et al. Given by

【0015】[0015]

【数1】 (2/λ)2=(q/d)2+(m/2a)2+(n/2a)2 …〔1〕 ここで、λは共振波長、q,m,nは共振波のモードを
表す指数である。通常のファブリーペロー共振器では式
〔1〕を満たすq,m,nの組み合わせは多数あり、こ
のために多数の共鳴モードを有する。
(2 / λ) 2 = (q / d) 2 + (m / 2a) 2 + (n / 2a) 2 (1) where λ is the resonance wavelength, and q, m, and n are resonance. An index that represents the mode of the wave. In a normal Fabry-Perot resonator, there are many combinations of q, m, and n that satisfy Expression [1], and thus have many resonance modes.

【0016】一方、ファブリーペロー微小共振器の共振
条件は、式〔1〕においてd=λ/2として式〔2〕で
与えられる。
On the other hand, the resonance condition of the Fabry-Perot microresonator is given by equation [2] where d = λ / 2 in equation [1].

【0017】[0017]

【数2】 (2/λ)2=(2/λ)22+(m/2a)2+(n/2a)2 …〔2〕 式〔2〕の共鳴条件を満たすq,m,nの組み合わせは
q=1,m=0,n=0の場合のみであり、ファブリー
ペロー微小共振器が単一の共振モードを有することが分
かる。
## EQU2 ## (2 / λ) 2 = (2 / λ) 2 q 2 + (m / 2a) 2 + (n / 2a) 2 [2] q, m, which satisfy the resonance condition of equation [2] The combination of n is only when q = 1, m = 0, n = 0, and it can be seen that the Fabry-Perot microresonator has a single resonance mode.

【0018】そこで、本発明では図1に示すように、ポ
リシラン化合物薄膜の両面を誘電体薄膜あるいは金属薄
膜で被覆してファブリーペロー微小共振器とし、入射光
強度をその共鳴効果によりポリシラン化合物の非線形光
学感受率が増大する波長に集中させると同時にポリシラ
ン内部に大きな光電場を発生させ、非線形光学効果によ
大きな屈折率変化をポリシラン内部に誘起させる構成
とした。このため、本発明によれば、非線形感受率が十
分大きくないポリシラン化合物を用いても、強い入射光
を用いることなく光スイッチ動作を行なうことが可能で
ある。また、Yangらがアプライドフィジックスレタ
ーズ(Applied Physics Letters)第53巻,第12
45〜1247頁(1988年10月3日)で報告して
いるよう、ポリシラン化合物の非線形光学応答は分子の
Si−Si結合の電子状態に起因し、応答速度はピコ秒
程度と高速である。一方、ファブリーペロー光共振器型
光スイッチの応答速度は、共振器内部の倍室が有する非
線形光学応答速度と同じであり、応答速度が速い媒質を
用いるほど、該光スイッチの応答速度は高速となる。こ
れは、ファブリーペロー光共振器型光スイッチが、媒質
の屈折率が3次非線形光学効果により変化することを利
用した光スイッチによるものである。本発明によれば、
ポリシラン化合物の高速非線形応答を生かした光スイッ
チを提供することができる。
Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 1, both surfaces of a polysilane compound thin film are coated with a dielectric thin film or a metal thin film to form a Fabry-Perot microresonator. At the same time when the optical susceptibility Ru are concentrated in the wavelength increasing Porishira
A large optical field is generated inside the
A large change in the refractive index is induced inside the polysilane . Therefore, according to the present invention, the nonlinear susceptibility is not sufficient.
Even with polysilane compounds that are not too large, strong incident light
Optical switch operation can be performed without using
is there. In addition, Yang et al.
(Applied Physics Letters) Vol. 53, No. 12
Report on pages 45-1247 (October 3, 1988)
As shown, the nonlinear optical response of polysilane compounds
Response time is picosecond due to the electronic state of the Si-Si bond
Degree and fast. On the other hand, Fabry-Perot optical resonator type
The response speed of the optical switch depends on the
Medium that has the same response speed as linear optical response speed
The more they are used, the faster the response speed of the optical switch. This
This is because the Fabry-Perot optical resonator type optical switch is
Is changed by the third-order nonlinear optical effect.
This is due to the optical switch used. According to the present invention,
An optical switch utilizing a high-speed nonlinear response of a polysilane compound can be provided .

【0019】なお、前記〔化1〕式で示されるポリシラ
ン化合物−(SiR2)n−のnは10〜10000の範囲
が好ましい。また、側鎖Rには、CH 3 ,C 2 5 ,CH 2
(CH 2 ) 2 CH 3 ,CH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 またはCH 2 (C
2 ) 12 CH 3 を用いることができる。
In the polysilane compound-(SiR 2 ) n-represented by the above formula, n is preferably in the range of 10 to 10,000. Further, CH 3 , C 2 H 5 , CH 2
(CH 2 ) 2 CH 3 , CH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 or CH 2 (C
H 2 ) 12 CH 3 can be used.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施例 1〕図2はハーフミラーにAl薄膜を用いた
本発明の一実施例の説明図である。図2において、3は
ハーフミラー(反射率90%以上のAl薄膜)、4はポ
リシラン化合物薄膜、5はガラス基板である。本実施例
では、ポリシラン化合物薄膜4として〔化2〕に示すn
が約5000のポリジヘキシルポリシラン(PDHS)
を用いた本発明のファブリーペロー微小共振器型光スイ
ッチに関し説明する。
Embodiment 1 FIG. 2 is an explanatory view of an embodiment of the present invention using an Al thin film for a half mirror. In FIG. 2, reference numeral 3 denotes a half mirror (an Al thin film having a reflectance of 90% or more), 4 denotes a polysilane compound thin film, and 5 denotes a glass substrate. In this embodiment, the polysilane compound thin film 4 has the n
Is about 5000 polydihexyl polysilane (PDHS)
A Fabry-Perot microresonator type optical switch of the present invention using the above will be described.

【0021】[0021]

【化3】 Embedded image

【0022】Tachinabaらがフィジカルレビュ
ーB(Phisical Review B)第47巻,4363〜4
370頁に記載されているように、PDHSの光吸収ス
ペクトルは、入射光エネルギーが3.38eVの時ピー
クに達する。そこで本実施例では、3光子吸収共鳴によ
りPDHSの非線形感受率を増大させるためエネルギー
が1.13eV(波長1.09μm)の光を入射光に用
い、ポリシラン化合物(PDHS)薄膜4の膜厚を入射
光波長の1/2の0.55μmとし、ファブリーペロー
微小共振器を構成した。
Tachinaba et al., Physical Review B, Vol. 47, 4363-4.
As described on page 370, the light absorption spectrum of PDHS reaches a peak when the incident light energy is 3.38 eV. Therefore, in this embodiment, in order to increase the nonlinear susceptibility of PDHS by three-photon absorption resonance, light having an energy of 1.13 eV (wavelength 1.09 μm) is used as incident light, and the thickness of the polysilane compound (PDHS) thin film 4 is reduced. The wavelength was set to 0.55 μm, which is の of the wavelength of the incident light, to constitute a Fabry-Perot microcavity.

【0023】上記の3光子吸収共鳴とは、入射光フォト
ン3個のエネルギーが化合物の光吸収ピークエネルギー
に一致する場合、化合物の非線形感受率が著しく増大す
ること云う。本実施例のファブリーペロー微小共振器
は、3光子吸収共鳴によりPDHSの非線形感受率を増
大させる波長1.09μmの光にのみ入射光強度を集中
させることができ、PDHSの大きな共鳴非線形感受率
(10~12esu程度)を利用した光スイッチ動作が可
能となる。
The above-mentioned three-photon absorption resonance means that when the energy of three incident light photons coincides with the light absorption peak energy of the compound, the nonlinear susceptibility of the compound is significantly increased. The Fabry-Perot microresonator of this embodiment can concentrate the incident light intensity only on light having a wavelength of 1.09 μm, which increases the nonlinear susceptibility of PDHS by three-photon absorption resonance. An optical switch operation using about 10 to 12 esu) can be performed.

【0024】〔実施例 2〕本実施例では、図2のポリ
シラン化合物薄膜4として〔化3〕に示すnが約500
0のポリジブチルポリシラン(PDBS)を用いた本発
明のファブリーペロー微小共振器型光スイッチに関し説
明する。
Embodiment 2 In this embodiment, the polysilane compound thin film 4 shown in FIG.
A Fabry-Perot microcavity type optical switch of the present invention using polydibutylpolysilane (PDBS) of 0 will be described.

【0025】[0025]

【化4】 Embedded image

【0026】前記のTachinabaらの論文に記載
されているように、PDBSの光吸収スペクトルは、入
射光エネルギーが4.00eVの時ピークに達する。そ
こで本実施例では、3光子吸収共鳴によりPDBSの非
線形感受率を増大させるためエネルギーが1.33eV
(波長0.92μm)の光を入射光に用い、ポリシラン
化合物(PDBS)薄膜4の膜厚を、入射光波長の1/
2である0.46μmとし、ファブリーペロー微小共振
器を構成した。
As described in the above-mentioned article by Tachinaba et al., The light absorption spectrum of PDBS reaches a peak when the incident light energy is 4.00 eV. Therefore, in this embodiment, the energy is 1.33 eV in order to increase the nonlinear susceptibility of PDBS by three-photon absorption resonance.
(Wavelength 0.92 μm) is used as the incident light, and the thickness of the polysilane compound (PDBS) thin film 4 is set to 1 / the wavelength of the incident light.
2, 0.46 μm, thereby forming a Fabry-Perot microresonator.

【0027】本実施例のファブリーペロー微小共振器
は、3光子吸収共鳴によりPDBSの非線形感受率を増
大させる波長0.92μmの光にのみ入射光強度を集中
させることができ、PDBSの大きな共鳴非線形感受率
(10~12esu程度)を利用した光スイッチ動作が可
能となる。
The Fabry-Perot microresonator of this embodiment can concentrate the incident light intensity only on light having a wavelength of 0.92 μm, which increases the nonlinear susceptibility of the PDBS by three-photon absorption resonance. The optical switch operation using the susceptibility (about 10 to 12 esu) becomes possible.

【0028】〔実施例 3〕本実施例では、図2のポリ
シラン化合物薄膜4として〔化4〕に示すnが約500
0のポリジテトラデシポリシラン(PDTDS)を用い
た本発明のファブリーペロー微小共振器型光スイッチに
関し説明する。
[Embodiment 3] In this embodiment, the polysilane compound thin film 4 shown in FIG.
A Fabry-Perot microresonator type optical switch of the present invention using polyditetradecipolysilane (PDTDS) of 0 will be described.

【0029】[0029]

【化5】 Embedded image

【0030】前記のTachinabaらの論文に記載
されているように、PDTDSの光吸収スペクトルは、
入射光エネルギーが3.63eVの時ピークに達する。
そこで本実施例では、3光子吸収共鳴によりPDTDS
の非線形感受率を増大させるためエネルギーが1.21
eV(波長1.024μm)の光を入射光に用い、ポリ
シラン化合物(PDTDS)薄膜4の膜厚を入射光波長
の1/2である0.51μmとし、ファブリーペロー微
小共振器を構成した。
As described in the above-mentioned article by Tachinaba et al., The light absorption spectrum of PDTDS is:
It reaches a peak when the incident light energy is 3.63 eV.
Therefore, in this embodiment, PDTDS is performed by three-photon absorption resonance.
Energy is increased to 1.21 to increase the nonlinear susceptibility of
Using a light of eV (wavelength 1.024 μm) as the incident light, the thickness of the polysilane compound (PDTDS) thin film 4 was set to 0.51 μm which is 1 / of the wavelength of the incident light, thereby forming a Fabry-Perot microcavity.

【0031】本実施例のファブリーペロー微小共振器
は、3光子吸収共鳴によりPDTDSの非線形感受率を
増大させる波長1.024μmの光にのみ入射光強度を
集中させることができ、PDTDSの大きな共鳴非線形
感受率(10~12esu程度)を利用した光スイッチ動
作を可能とする。
The Fabry-Perot microresonator of this embodiment can concentrate the incident light intensity only on light having a wavelength of 1.024 μm, which increases the nonlinear susceptibility of the PDTDS by three-photon absorption resonance. The optical switch operation using the susceptibility (about 10 to 12 esu) is enabled.

【0032】〔実施例 4〕本実施例では、図2のポリ
シラン化合物薄膜4として〔化5〕に示すnが約500
0のポリジメチルポリシラン(PDMS)を用いた本発
明のファブリーペロー微小共振器型光スイッチに関し説
明する。
Embodiment 4 In this embodiment, the polysilane compound thin film 4 shown in FIG.
The Fabry-Perot microcavity type optical switch of the present invention using polydimethylpolysilane (PDMS) of 0 will be described.

【0033】[0033]

【化6】 Embedded image

【0034】Crespoらがジャーナル オブ ケミ
カルフィジックス(J.Chem.Phys.)第10
0巻、6953〜6960頁に記載しているように、P
DMSの光吸収スペクトルは入射光エネルギーが3.3
2eVの時ピークに達する。
Crespo et al., Journal of Chemical Physics (J. Chem. Phys.) No. 10
0, pages 6953-6960,
The light absorption spectrum of DMS has an incident light energy of 3.3.
It reaches a peak at 2 eV.

【0035】そこで本実施例では、3光子吸収共鳴によ
りPDMSの非線形感受率を増大させるためエネルギー
が1.11eV(波長1.12μm)の光を入射光に用
い、ポリシラン化合物(PDMS)薄膜4の膜厚を入射
光波長の1/2である0.56μmとし、ファブリーペ
ロー微小共振器を構成した。
Therefore, in this embodiment, in order to increase the nonlinear susceptibility of PDMS by three-photon absorption resonance, light having an energy of 1.11 eV (wavelength: 1.12 μm) is used as incident light, and the polysilane compound (PDMS) thin film 4 is used. The film thickness was set to 0.56 μm, which is の of the wavelength of the incident light, to constitute a Fabry-Perot microresonator.

【0036】本実施例のファブリーペロー微小共振器
は、3光子吸収共鳴によりPDMSの非線形感受率を増
大させる波長1.12μmの光にのみ入射光強度を集中
させることができ、PDMSの大きな共鳴非線形感受率
(10~11esu程度)を利用した光スイッチ動作を可
能とする。
The Fabry-Perot microresonator of this embodiment can concentrate the incident light intensity only on light having a wavelength of 1.12 μm, which increases the nonlinear susceptibility of PDMS by three-photon absorption resonance. The optical switch operation using the susceptibility (about 10 to 11 esu) is enabled.

【0037】〔実施例 5〕本実施例では、図2のポリ
シラン化合物薄膜4として〔化6〕に示すnが約500
0のポリエチルポリシラン(PDES)を用いた本発明
のファブリーペロー微小共振器型光スイッチに関し説明
する。
Embodiment 5 In the present embodiment, in the polysilane compound thin film 4 of FIG.
The Fabry-Perot microcavity type optical switch of the present invention using polyethylpolysilane (PDES) of 0 will be described.

【0038】[0038]

【化7】 Embedded image

【0039】前記のCrespoらの論文に記載されて
いるように、PDMSの光吸収スペクトルは入射光エネ
ルギーが3.45eVの時ピークに達する。そこで本実
施例では、3光子吸収共鳴によりPDESの非線形感受
率を増大させるためエネルギーが1.15eV(波長1.
08μm)の光を入射光に用い、ポリシラン化合物(P
DES)薄膜4の膜厚を入射光波長の1/2である0.
54μmとしてファブリーペロー微小共振器を構成し
た。
As described in the above-mentioned article by Crespo et al., The light absorption spectrum of PDMS reaches a peak when the incident light energy is 3.45 eV. Therefore, in this embodiment, the energy is 1.15 eV (wavelength: 1.15 eV) to increase the nonlinear susceptibility of PDES by three-photon absorption resonance.
08 μm) as incident light, and a polysilane compound (P
DES) The thickness of the thin film 4 is set to 0.2, which is half the wavelength of the incident light.
A Fabry-Perot microresonator was formed at 54 μm.

【0040】本実施例のファブリーペロー微小共振器
は、3光子吸収共鳴によりPDESの非線形感受率を増
大させる波長1.08μmの光にのみ入射光強度を集中
させることができ、PDESの大きな共鳴非線形感受率
(10~11esu程度)を利用した光スイッチ動作を可
能とする。
The Fabry-Perot microresonator of this embodiment can concentrate the incident light intensity only on light having a wavelength of 1.08 μm, which increases the nonlinear susceptibility of the PDES by three-photon absorption resonance. The optical switch operation using the susceptibility (about 10 to 11 esu) is enabled.

【0041】〔実施例 6〕図3に、本発明の光スイッ
チの実施例を示す。ここで6はTiO2薄膜、7はSi
2薄膜、8はポリシラン化合物薄膜、9はガラス基板
であり、6および7の交互多層膜は誘電体ミラーを構成
する。
[Embodiment 6] FIG. 3 shows an optical switch according to an embodiment of the present invention. Here, 6 is a TiO 2 thin film, 7 is Si
An O 2 thin film, 8 is a polysilane compound thin film, 9 is a glass substrate, and alternate multilayer films of 6 and 7 constitute a dielectric mirror.

【0042】本実施例ではポリシラン化合物薄膜8とし
て、実施例1に示すPDHS〔化2〕を用いたファブリ
ーペロー微小共振器型光スイッチに関し説明する。
In this embodiment, a Fabry-Perot microcavity type optical switch using PDHS [Chemical Formula 2] shown in Embodiment 1 as the polysilane compound thin film 8 will be described.

【0043】実施例1で述べたように、PDHSの非線
形感受率は、入射光エネルギーが1.13eV(波長1.
09μm)の場合、3光子吸収共鳴により10~12es
u程度に増大する。
As described in the first embodiment, the nonlinear susceptibility of PDHS is such that the incident light energy is 1.13 eV (wavelength: 1.13 eV).
09 μm), 10 to 12 es due to three-photon absorption resonance.
u.

【0044】そこで、本実施例では、TiO2薄膜6お
よびSiO2薄膜7の膜厚を0.545μmとした誘電体
多層ミラーを設け、波長1.09μmの光にのみ反射す
るようにし、ポリシラン化合物(PDHS)薄膜8の厚
さを0.55μmとしたファブリーペロー微小共振器を
構成した。
Therefore, in this embodiment, a dielectric multilayer mirror in which the thickness of the TiO 2 thin film 6 and the SiO 2 thin film 7 is 0.545 μm is provided to reflect only the light having a wavelength of 1.09 μm. (PDHS) A Fabry-Perot microresonator having a thickness of the thin film 8 of 0.55 μm was formed.

【0045】本実施例のファブリーペロー微小共振器
は、3光子吸収共鳴によりPDHSの非線形感受率を増
大させる波長1.09μmの光に入射光強度を集中させ
ることができ、PDHSの非線形感受率(10~12es
u程度)を利用した光スイッチ動作を可能とする。
The Fabry-Perot microresonator of this embodiment can concentrate the incident light intensity on the light having a wavelength of 1.09 μm, which increases the nonlinear susceptibility of PDHS by three-photon absorption resonance. 10 ~ 12 es
u) is enabled.

【0046】〔実施例 7〕図4に本発明のファブリー
ペロー微小共振器型光スイッチの駆動方法、図5にその
動作原理、表1に動作論理表を示す。
Embodiment 7 FIG. 4 shows a method of driving a Fabry-Perot microresonator type optical switch of the present invention, FIG. 5 shows its operation principle, and Table 1 shows an operation logic table.

【0047】図4において、10は入力光、11はゲー
ト光、12はハーフミラー、13は本発明のファブリー
ペロー微小共振器型光スイッチ、14は出力光である。
ここで、入力光10およびゲート光11は、ファブリー
ペロー微小共振器型光スイッチ13の共振器の共鳴波長
よりも若干長い波長を有する光である。
In FIG. 4, reference numeral 10 denotes input light, 11 denotes gate light, 12 denotes a half mirror, 13 denotes a Fabry-Perot microresonator type optical switch of the present invention, and 14 denotes output light.
Here, the input light 10 and the gate light 11 are light having a wavelength slightly longer than the resonance wavelength of the resonator of the Fabry-Perot microresonator type optical switch 13.

【0048】微小共振器内部の屈折率、光波長は、ポリ
シラン化合物の非線形光学特性のため、入射光強度に依
存して変化する(図5参照)。ゲート光11が存在しな
い場合、入射光強度は入力光10の強度Iinに等しく、
ゲート光11が存在する場合は、入射光強度は入力光1
0の強度Iinとゲート光11の強度Igの和になる。
The refractive index and light wavelength inside the microresonator change depending on the intensity of incident light due to the nonlinear optical characteristics of the polysilane compound (see FIG. 5). When the gate light 11 is not present, the incident light intensity is equal to the intensity I in of the input light 10;
When the gate light 11 is present, the incident light intensity is equal to the input light 1
0 is the sum of the intensity I g of the intensity I in and the gate light 11.

【0049】そこで、本実施例は、ゲート光11がオフ
の場合には共振器が非共鳴状態で(図5中A点)、ゲー
ト光11がオンの場合には共振器が共鳴状態(図5中B
点)となるように構成して、表1に示すようにゲート光
11のオン/オフにより出力光強度Ioutの変調を行え
るようにした。
Therefore, in this embodiment, when the gate light 11 is off, the resonator is in a non-resonant state (point A in FIG. 5), and when the gate light 11 is on, the resonator is in a resonant state (see FIG. 5). B out of 5
(Point), so that the output light intensity I out can be modulated by turning on / off the gate light 11 as shown in Table 1.

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】ポリシラン化合物の屈折率変化速度はピコ
秒のオーダであるので、本実施例により、ピコ秒の速度
で光変調を行うことができる。
Since the rate of change in the refractive index of the polysilane compound is on the order of picoseconds, light modulation can be performed at a picosecond rate according to this embodiment.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、ポリシランの高速非線
形光学応答を利用して、高速光変調を行うファブリーペ
ロー微小共振器型光スイッチを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a Fabry-Perot microresonator type optical switch that performs high-speed optical modulation by utilizing the high-speed nonlinear optical response of polysilane.

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

【図1】ファブリーペロー微小共振器の説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a Fabry-Perot microresonator.

【図2】ハーフミラーにAl薄膜を用いた本発明の実施
例の説明図。
FIG. 2 is an explanatory view of an embodiment of the present invention using an Al thin film for a half mirror.

【図3】ハーフミラーに誘電体多層膜を用いた本発明の
実施例の説明図。
FIG. 3 is an explanatory view of an embodiment of the present invention using a dielectric multilayer film for a half mirror.

【図4】本発明の実施例である光スイッチの駆動方法の
説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for driving an optical switch according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例である光スイッチの動作原理の
説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation principle of the optical switch according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…非線形媒質、2…ハーフミラー、3…ハーフミラ
(Al薄膜)、4…ポリシラン化合物薄膜、5…ガラス
基板、6…TiO2薄膜、7…SiO2薄膜、8…ポリシ
ラン化合物薄膜、9…ガラス基板、10…入力光、11
…ゲート光、12…ハーフミラ、13…本発明の光スイ
ッチ、14…出力光。
1 ... nonlinear medium, 2 ... half mirror, 3 ... half mirror (Al film), 4 ... polysilane compound thin film, 5 ... glass substrate, 6 ... TiO 2 thin film, 7 ... SiO 2 thin film, 8 ... polysilane compound thin film, 9 ... Glass Substrate, 10 ... input light, 11
... Gate light, 12 half mirror, 13 optical switch of the present invention, 14 output light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−175168(JP,A) 特開 平6−313113(JP,A) 特開 平9−22033(JP,A) 特開 平2−77028(JP,A) Synth.Met.,Vol.50 No.1/3 pp.415−421 (1992),Iwasa et.a l.,”Resonance enha ncement effect in nonlinear optical susceptibility of Polysilanes" (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 - 3/02 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-175168 (JP, A) JP-A-6-313113 (JP, A) JP-A-9-22033 (JP, A) JP-A-2- 77028 (JP, A) Synth. Met. , Vol. 50 No. 1/3 pp. 415-421 (1992), Iwasa et. a l. , "Resonance enhancement effect in non-linear optical susceptibility of Polysilanes" (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/35-3/02 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 非線形光学媒質膜の両面を誘電体薄膜あ
るいは金属薄膜で被覆したファブリーペロー微小共振器
型光スイッチにおいて、前記非線形光学媒質膜がポリシ
ラン化合物であり、その膜厚入力光波長の2分の1
あり、かつ、入力波長を前記ポリシラン化合物の光吸収
ピーク波長に共鳴するように構成したことを特徴とする
ファブリーペロー微小共振器型光スイッチ。
In a Fabry-Perot microresonator type optical switch in which both surfaces of a nonlinear optical medium film are coated with a dielectric thin film or a metal thin film, the nonlinear optical medium film is a polysilane compound, and the film thickness of the nonlinear optical medium film is equal to the input light wavelength. in 1 of 2 minutes
And the input wavelength is the light absorption of the polysilane compound.
A Fabry-Perot microresonator type optical switch characterized by being configured to resonate at a peak wavelength .
【請求項2】 前記ポリシラン化合物が、〔化1〕式 【化1】 〔但し、RはCH3,C25,CH2(CH2)2CH3,C
2(CH2)4CH3またはCH2(CH2)12CH3であり、
nは10〜10000の整数〕で表わされる請求項1に
記載のファブリーペロー微小共振器型光スイッチ。
2. The polysilane compound represented by the formula: [Where R is CH 3 , C 2 H 5 , CH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 , C
H 2 (CH 2 ) 4 CH 3 or CH 2 (CH 2 ) 12 CH 3 ,
n is an integer of 10 to 10000]. The Fabry-Perot microresonator type optical switch according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記金属薄膜がAlまたはAuである請
求項1に記載のファブリーペロー微小共振器型光スイッ
チ。
3. The Fabry-Perot microresonator type optical switch according to claim 1, wherein the metal thin film is made of Al or Au.
【請求項4】 前記誘電体薄膜がSiO2層とTiO2
の交互積層膜からなる請求項1に記載のファブリーペロ
ー微小共振器型光スイッチ。
4. The Fabry-Perot microresonator type optical switch according to claim 1, wherein said dielectric thin film comprises an alternately laminated film of a SiO 2 layer and a TiO 2 layer.
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