JP3507659B2 - Optical function element - Google Patents

Optical function element

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JP3507659B2
JP3507659B2 JP14915797A JP14915797A JP3507659B2 JP 3507659 B2 JP3507659 B2 JP 3507659B2 JP 14915797 A JP14915797 A JP 14915797A JP 14915797 A JP14915797 A JP 14915797A JP 3507659 B2 JP3507659 B2 JP 3507659B2
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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、光遅延素子、波長
変換素子、光スイッチ、光変調素子、光増幅器、光メモ
リ、分散補償器、ソリトン発生素子などとして用いるこ
とができる光機能素子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical functional element which can be used as an optical delay element, a wavelength conversion element, an optical switch, an optical modulation element, an optical amplifier, an optical memory, a dispersion compensator, a soliton generating element, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信や光回路においては、種々の光機
能素子の改良が要望されている。例えば、光通信では通
信経路を設定するために光遅延素子を備えた光交換器が
必要となる。これは、光交換器では複数の光信号を同時
に処理することができないので、複数の光信号のうちい
くつかの光信号を遅延させることにより、光交換器に複
数の光信号を順次導入したり、光信号の順序を入れ換え
て処理するためである。従来、光遅延素子としては信号
線としての光ファイバーとは別に設けられた、所望の遅
延時間に見合う長さの光ファイバーが用いられ、光スイ
ッチによりこの光ファイバーへ遅延すべき光信号を導入
して取り出すようにしている。しかし、光遅延素子とし
て用いられる光ファイバーの長さは数十mとなり、これ
を設置するためには大きなスペースが必要になる。
2. Description of the Related Art In optical communication and optical circuits, improvements in various optical functional elements are desired. For example, in optical communication, an optical switch equipped with an optical delay element is required to set a communication path. This is because an optical switch cannot process multiple optical signals at the same time, so by delaying some of the multiple optical signals, multiple optical signals can be sequentially introduced into the optical switch. This is because the order of the optical signals is changed and processed. Conventionally, an optical fiber having a length corresponding to a desired delay time, which is provided separately from an optical fiber as a signal line, is used as an optical delay element, and an optical switch is used to introduce and take out an optical signal to be delayed. I have to. However, the length of the optical fiber used as the optical delay element is several tens of meters, and a large space is required to install this.

【0003】二次の非線形光学効果を利用する波長変換
素子(第2高調波発生、SHG)では、波長変換効率の
面から基本波と第2高調波(SH波)との位相整合を実
現することが重要になる。しかし、物質の屈折率は光の
波長に依存するため、位相整合を実現することは困難で
ある。従来、位相整合を実現する方法としては、単結晶
の複屈折を利用する角度同調方式、チェレンコフ放射方
式、擬似位相整合方式などが知られている。変換効率を
考慮すれば、単結晶方式が有利である。しかし、大きな
結晶を製造することは困難である。また、バルクでは角
度同調が実現しているが、導波路では結晶方位を3次元
的に微調整できないため角度同調の実現は困難である。
チェレンコフ放射方式では、SH波との基本波の角度条
件が厳しく、実質的に低い変換効率しか得られない。擬
似位相整合方式では素子構造が複雑になるため製造が困
難である。また、疑似位相整合は、ずれた位相にオフセ
ットを加えたものであり、正確には位相整合していな
い。
In the wavelength conversion element (second harmonic generation, SHG) utilizing the second-order nonlinear optical effect, phase matching between the fundamental wave and the second harmonic (SH wave) is realized in terms of wavelength conversion efficiency. Is important. However, since the refractive index of the substance depends on the wavelength of light, it is difficult to achieve phase matching. Conventionally, as a method for realizing phase matching, an angle tuning method utilizing birefringence of a single crystal, a Cherenkov radiation method, a quasi phase matching method, etc. are known. Considering conversion efficiency, the single crystal system is advantageous. However, it is difficult to produce large crystals. Further, although the angle tuning is realized in the bulk, it is difficult to realize the angle tuning in the waveguide because the crystal orientation cannot be finely adjusted three-dimensionally.
In the Cherenkov radiation method, the angle condition of the fundamental wave with the SH wave is strict, and substantially low conversion efficiency can be obtained. The quasi phase matching method is difficult to manufacture because the element structure becomes complicated. Further, the quasi phase matching is an offset added to the shifted phase, and is not exactly phase matching.

【0004】これらの問題点があるため、波長変換素子
は光ディスクの光源など幅広い用途が期待されているに
もかかわらず、実用化は困難である。特に、有機非線形
光学材料は無機材料と比較して非線形感受率が非常に大
きい点で有利であるが、素子の製造プロセスなどに問題
があるため実用化には至っていない。また、高分子の二
次非線形材料や高分子中に有機非線形光学材料を分散さ
せた材料を用いる場合には、ポーリングによる配向処理
が必要となり、配向緩和に対する対策も必要となる。
Due to these problems, it is difficult to put the wavelength conversion element into practical use, although it is expected to have a wide range of uses such as a light source for an optical disk. In particular, an organic nonlinear optical material is advantageous in that it has a very large nonlinear susceptibility as compared with an inorganic material, but it has not been put into practical use because of a problem in a device manufacturing process. Further, when a polymer second-order nonlinear material or a material in which an organic nonlinear optical material is dispersed in a polymer is used, alignment treatment by poling is required, and a measure against orientation relaxation is also required.

【0005】光スイッチなど三次の非線形光学特性を利
用する素子では、位相緩和時間が長い方が非線形感受率
が上昇することが知られている。このため、非線形感受
率は、吸収の共鳴領域では大きく、非共鳴領域では小さ
くなる。しかし、共鳴領域ではシグナル光が吸収される
ため、スイッチされる光の強度が小さくなったり、吸収
により発生する熱によって材料破壊が起こる。この点
で、共鳴領域で動作する三次の非線形光学素子は実用上
望ましくない。そこで、非共鳴領域で動作する素子が望
まれているが、上述したように非線形感受率が小さいた
め実用化には至っていない。
In an element such as an optical switch that utilizes third-order nonlinear optical characteristics, it is known that the longer the phase relaxation time, the higher the nonlinear susceptibility. Therefore, the nonlinear susceptibility is large in the resonance region of absorption and small in the non-resonance region. However, since the signal light is absorbed in the resonance region, the intensity of the switched light is reduced, and the heat generated by the absorption causes material destruction. In this respect, a third-order nonlinear optical element that operates in the resonance region is not practically desirable. Therefore, an element that operates in the non-resonance region is desired, but it has not been put to practical use because the nonlinear susceptibility is small as described above.

【0006】光変調方法としては、ポッケルス効果など
を用いた電気光学変調(EO変調)、電場印加により吸
収を変化させて変調する吸収変調、半導体レーザーの注
入電流を制御する直接変調などが知られている。直接変
調は特別な変調器を必要とせず、総部品数が少なくてす
むが、高速変調が難しく、波長半値幅が広がるという欠
点がある。そこで、GaAlAs、LiNb3 などの材
料を用いた高速な外部変調器の研究開発が進められてい
るが、十分な性能は得られていない。このため、製作が
容易で、高速変調が可能であり、さらにオン−オフ比の
高い変調器が要望されている。
Known optical modulation methods are electro-optical modulation (EO modulation) using the Pockels effect, absorption modulation in which absorption is changed by applying an electric field, and direct modulation in which the injection current of a semiconductor laser is controlled. ing. Direct modulation does not require a special modulator and requires a small number of total parts, but has the drawbacks that high-speed modulation is difficult and the half-width of wavelength is wide. Therefore, research and development of a high-speed external modulator using a material such as GaAlAs or LiNb 3 has been advanced, but sufficient performance has not been obtained. Therefore, there is a demand for a modulator that is easy to manufacture, can perform high-speed modulation, and has a high on-off ratio.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小さ
な設置スペースで光信号を遅延させることができる光機
能素子、および光信号の遅延や屈折率制御を利用して各
種光機能材料の機能を有効に発揮できる光機能素子を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical functional element capable of delaying an optical signal in a small installation space, and a function of various optical functional materials by utilizing optical signal delay and refractive index control. An object of the present invention is to provide an optical functional element capable of effectively exhibiting the above.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の光機能素子は、
フォトニック・バンドを形成する回折格子と、その表面
に順次形成された金属膜、光機能膜、および金属膜とを
有し、前記光機能膜は二次非線形光学材料、三次非線形
光学材料、発光材料、光増幅材料および電気光学材料か
らなる群より選択される光機能材料を含むことを特徴と
するものである。
The optical functional device of the present invention comprises:
The diffraction grating forming the photonic band and the metal film, the optical functional film, and the metal film sequentially formed on the surface of the diffraction grating
The optical functional film has a second-order nonlinear optical material, a third-order nonlinear
Optical material, light emitting material, light amplifying material and electro-optical material?
It is characterized by containing an optical functional material selected from the group consisting of:

【0010】 本発明の他の光機能素子は、互いに対
向して配置され、フォトニック・バンドを形成する、表
面にそれぞれ金属膜が形成された2個の回折格子または
表面に金属膜が形成された回折格子および平坦な金属体
の組と、前記2個の回折格子の間または回折格子と平坦
な金属体との間に挟まれた光機能膜とを有し、前記光機
能膜は二次非線形光学材料、三次非線形光学材料、発光
材料、光増幅材料および電気光学材料からなる群より選
択される光機能材料を含むことを特徴とするものであ
る。
Other optical functional elements of the present invention are paired with each other.
Facing each other, forming a photonic band
Two diffraction gratings each having a metal film formed on the surface or
Diffraction grating with a metal film formed on the surface and flat metal body
Between the two diffraction gratings or the diffraction grating and the flat
And a light functional film sandwiched between a transparent metal body and the optical device.
The functional film is a second-order nonlinear optical material, a third-order nonlinear optical material, light emission.
Material, optical amplification material and electro-optic material
It is characterized by including an optical functional material selected.
It

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。まず、フォトニック・バンドについて説明する。
ここで、フォトニック・バンドは半導体のバンドから類
推すると理解が容易になる。半導体結晶中では周期的に
並んだ原子により電子波がブラッグ反射される結果、エ
ネルギーEと波数kとの分散関係、すなわちバンドが生
成する。このバンドの生成は、電子波の波長と半導体結
晶の格子定数とが同程度であることが一因となってい
る。容易に類推できるように、このような現象は電子波
に限らずあらゆる波で起こり得る。フォトニック・バン
ドは、光の波長領域でのバンドをいう。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below. First, the photonic band will be described.
Here, it is easy to understand the photonic band by analogy with the semiconductor band. As a result of the Bragg reflection of the electron wave by the atoms arranged periodically in the semiconductor crystal, a dispersion relation between the energy E and the wave number k, that is, a band is generated. The generation of this band is partly due to the fact that the wavelength of the electron wave is approximately the same as the lattice constant of the semiconductor crystal. As can be easily analogized, such a phenomenon can occur not only in electron waves but also in any waves. The photonic band is a band in the wavelength range of light.

【0012】フォトニック・バンドは2種類以上の屈折
率の異なる物質を周期的に配列することによって形成さ
れ、フォトニック・バンドを形成する媒質をフォトニッ
ク結晶という。光は屈折率の周期性を有する媒質により
ブラッグ反射され、電子波と同じようにバンドを形成す
る。ある条件下では、半導体のエネルギーギャップのよ
うに、光が存在できない領域が観測される。これをフォ
トニック・バンドギャップという。フォトニック結晶で
は特有の透過スペクトル、吸収スペクトル、反射スペク
トルが観測される。これらのスペクトルは、フォトニッ
ク結晶の構成物質の配置や、構成物質の屈折率の変化に
伴い変化する。
The photonic band is formed by periodically arranging two or more kinds of substances having different refractive indexes, and a medium forming the photonic band is called a photonic crystal. Light is Bragg-reflected by a medium having a periodicity of refractive index, and forms a band like an electron wave. Under certain conditions, a region where light cannot exist is observed, such as the energy gap of a semiconductor. This is called a photonic bandgap. A unique transmission spectrum, absorption spectrum, and reflection spectrum are observed in the photonic crystal. These spectra change with the arrangement of the constituent material of the photonic crystal and the change of the refractive index of the constituent material.

【0013】本発明の光機能素子は、フォトニック・バ
ンドを形成するように、屈折率(または誘電率)の異な
る材料を周期的に配列した構造を有し、フォトニック・
バンド端に対応する光の波長を、透過させようとする光
の波長の近傍に設定したものである。
The optical functional element of the present invention has a structure in which materials having different refractive indexes (or dielectric constants) are periodically arranged so as to form a photonic band.
The wavelength of the light corresponding to the band edge is set near the wavelength of the light to be transmitted.

【0014】このような構造を有する光機能素子に照射
された光の波数kは、2つの材料の周期および屈折率に
依存する。これは、単純な一次元構造を考えた場合に
は、以下の式で表される。
The wave number k of the light with which the optical functional element having such a structure is irradiated depends on the period and the refractive index of the two materials. This is expressed by the following equation when a simple one-dimensional structure is considered.

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】ここで、n1 およびn2 はそれぞれ第1お
よび第2の材料の屈折率、aおよびbはそれぞれ第1お
よび第2の材料の厚み、dは周期でd=a+b、ωは角
振動数、cは真空中の光速度である(J.P.Dowl
ing and C.M.Bowden,J.Mod.
Opt.41(1994)345)。
Where n 1 and n 2 are the refractive indices of the first and second materials, a and b are the thicknesses of the first and second materials, d is the period and d = a + b, and ω is the angle. Frequency, c is the speed of light in a vacuum (JP Dowl
ing and C. M. Bowden, J .; Mod.
Opt. 41 (1994) 345).

【0017】上記の式に基づき、n1 =1、n2 =1.
7、a=b=2.35×10-7m、d=4.7×10-7
mのときに、振動数νと波数kとの関係を図1に示す。
また、群速度(パルス状の光の波束エネルギーが進む速
度)は、角振動数ω(k)の微分すなわちdω(k)/
dkであるので、波長と光の速度との関係は図2のよう
になる。図1および図2において曲線が存在しない領域
がフォトニック・バンドギャップであり、この波長域の
光は透過せずに反射される。
Based on the above equation, n 1 = 1 and n 2 = 1.
7, a = b = 2.35 × 10 −7 m, d = 4.7 × 10 −7
FIG. 1 shows the relationship between the frequency ν and the wave number k when m.
The group velocity (the velocity at which the wave packet energy of pulsed light advances) is the derivative of the angular frequency ω (k), that is, dω (k) /
Since it is dk, the relationship between the wavelength and the speed of light is as shown in FIG. In FIGS. 1 and 2, the region where no curve exists is the photonic bandgap, and light in this wavelength range is reflected without being transmitted.

【0018】この現象を定性的に説明すると以下のよう
になる。真空中でのkとωとの関係は比例関係であるの
で、k空間(位相空間という)におけるk−ω関係は直
線になる。しかし、この空間に規則正しい屈折率の周期
性を与えると、k−ω関係はあるkの値で折り返されて
ジグザグ状になる。このとき、折り返し点(第一ブリリ
アン・ゾーン端)では、ωに対してkの値が存在しない
領域ができ、これがバンドギャップとなる。このため、
特に一次元の周期性を考えれば、kが0または最小とな
る点と最大となる点で、そのバンドの枝(ブランチ)内
での最小または最大のエネルギー値をとる。このバンド
端において一般に群速度の減少が見られる。
Qualitatively explaining this phenomenon is as follows. Since the relationship between k and ω in vacuum is proportional, the k-ω relationship in k space (referred to as phase space) is a straight line. However, if a regular periodicity of the refractive index is given to this space, the k-ω relationship is folded back at a certain value of k to form a zigzag shape. At this time, at the turning point (the end of the first Brilliant zone), there is a region in which the value of k does not exist for ω, and this becomes the band gap. For this reason,
In particular, considering one-dimensional periodicity, the minimum or maximum energy value in the branch of the band is taken at the point where k is 0 or the minimum and the point where k is the maximum. A decrease in group velocity is generally seen at this band edge.

【0019】また、折り返されるまでのバンドの屈折率
の振動数依存性は通常の屈折率の振動数依存性と同様に
考えられる。しかし、折り返されたバンドの屈折率は光
の振動数の変化に対して0から1の間で変化する。すな
わち、バンドを制御できれば、屈折率を0から1の間で
制御できる。これはフォトニック・バンドに特有の屈折
率である。
The frequency dependence of the refractive index of the band before being folded back is considered to be the same as the frequency dependence of the ordinary refractive index. However, the refractive index of the folded band changes between 0 and 1 with respect to the change of the light frequency. That is, if the band can be controlled, the refractive index can be controlled between 0 and 1. This is the refractive index peculiar to the photonic band.

【0020】なお、金属例えばアルミニウムを用いて光
機能素子を作製すると、アルミニウムは屈折率の分散を
示し、しかも屈折率に複素部を持っているため、複雑な
バンド構造を示す。アルミニウムと空気をa=2.35
×10-8m、b=4.465×10-7m、d=4.7×
10-7mとして周期的に配列した光機能素子について、
振動数νと波数kとの関係を図3に示す。図3に示され
るように、この場合には明確なバンドギャップは形成さ
れない。しかし、この場合でもkが最小となる点と最大
となる点で群速度の減少が見られる。
When an optical functional element is manufactured by using a metal such as aluminum, aluminum exhibits a refractive index dispersion and has a complex band structure because it has a complex portion in the refractive index. A = 2.35 for aluminum and air
× 10 -8 m, b = 4.465 × 10 -7 m, d = 4.7 ×
Regarding the optical functional element periodically arranged as 10 −7 m,
The relationship between the frequency ν and the wave number k is shown in FIG. As shown in FIG. 3, no clear bandgap is formed in this case. However, even in this case, the group velocity decreases at the point where k is the minimum and the point where it is the maximum.

【0021】本発明は、上述したようにフォトニック・
バンド端の近傍で群速度dω(k)/dkが低下して0
に近づくことに着目してなされたものである。本発明の
光機能素子は、上記の現象を利用して、フォトニック・
バンド端に対応する光の波長を、透過させようとする光
の波長の近傍に設定することにより、光パルスの遅延効
果を示すものである。この素子は、光通信における光遅
延素子としてだけでなく、複数の光パルスの群速度を合
わせて光混合する場合などに用いることもできる。しか
も、光ファイバーからなる従来の光遅延素子と比較し
て、本発明の光機能素子を設置するスペースは小さくて
すむ。
The present invention, as described above, uses a photonic
The group velocity dω (k) / dk decreases near the band edge and becomes 0
It was made paying attention to approaching. The optical functional element of the present invention utilizes the above phenomenon to produce a photonic
By setting the wavelength of the light corresponding to the band edge in the vicinity of the wavelength of the light to be transmitted, the effect of delaying the optical pulse is shown. This element can be used not only as an optical delay element in optical communication but also in the case of performing optical mixing by matching the group velocities of a plurality of optical pulses. Moreover, the space for installing the optical functional element of the present invention can be smaller than that of the conventional optical delay element composed of an optical fiber.

【0022】屈折率(または誘電率)の異なる材料を周
期的に配列したフォトニック・バンド構造を形成するに
は、2種の材料を面心立方構造または体心立方構造に配
列することが考えられる。従来、フォトニック結晶の代
表例としては、ドリルで誘電体に規則的な孔を開けたマ
イクロ波領域のフォトニック結晶(E.Yablono
vitch,T.J.Gmitter and K.
M.Leung,Phys.Rev.Lett.,6
7,2295(1991))や、ガラスファイバーの束
を加工して作製された赤外領域のフォトニック結晶
(K.Inoue,M.Wada,K.Sakoda,
A.Yamanaka,M.Hayashi,and
J.W.Haus,Jpn.J.Appl.Phy
s.,33,L1463(1994))が知られてい
る。しかし、可視光の波長程度の周期で三次元的な配列
を実現することは困難である。したがって、フォトニッ
ク・バンド構造を形成するには、2種の材料を一次元的
に配列することが現実的である。
In order to form a photonic band structure in which materials having different refractive indexes (or dielectric constants) are periodically arranged, it is considered that two kinds of materials are arranged in a face-centered cubic structure or a body-centered cubic structure. To be Conventionally, as a typical example of a photonic crystal, a photonic crystal (E. Yablono) in a microwave region in which a regular hole is formed in a dielectric with a drill is used.
vitch, T .; J. Gmitter and K.M.
M. Leung, Phys. Rev. Lett. , 6
7, 2295 (1991)) and a photonic crystal in the infrared region (K. Inoue, M. Wada, K. Sakoda, manufactured by processing a bundle of glass fibers.
A. Yamanaka, M .; Hayashi, and
J. W. Haus, Jpn. J. Appl. Phy
s. , 33, L1463 (1994)). However, it is difficult to realize a three-dimensional array with a cycle of about the wavelength of visible light. Therefore, in order to form a photonic band structure, it is realistic to arrange two kinds of materials one-dimensionally.

【0023】一次元的な配列でフォトニック・バンド構
造を形成し得るものとして、バンドパスフィルターに適
用される誘電体多層膜が考えられる。この誘電体多層膜
バンドパスフィルターは、反射防止膜および誘電体多層
膜ミラーを応用したものである。反射防止膜は基板から
反射する光に対してπだけ位相がずれた光を反射するこ
とにより基板からの反射光を打ち消すものである。誘電
体多層膜ミラーはその逆の原理を有するものである。誘
電体多層膜バンドパスフィルターはこれらの応用により
特定波長の光を反射するものである。しかし、波束の空
間領域内で屈折率の周期性がこわれれば、フォトニック
・バンドは形成されないので、最低でも100μm程度
の光路長が必要となる。また、波束の中で離れた部分で
あっても位相は一致していることが必要となる。これら
の点を考慮すると、誘電体多層膜でフォトニック・バン
ド構造を形成することは困難である。
As a material capable of forming a photonic band structure with a one-dimensional array, a dielectric multilayer film applied to a bandpass filter can be considered. This dielectric multilayer film bandpass filter is an application of an antireflection film and a dielectric multilayer film mirror. The antireflection film cancels the light reflected from the substrate by reflecting the light whose phase is shifted by π with respect to the light reflected from the substrate. The dielectric multilayer mirror has the opposite principle. The dielectric multilayer film bandpass filter reflects light of a specific wavelength by these applications. However, if the periodicity of the refractive index is broken in the spatial region of the wave packet, the photonic band is not formed, so that the optical path length of at least about 100 μm is required. Further, it is necessary that the phases match even at distant portions in the wave packet. Considering these points, it is difficult to form a photonic band structure with a dielectric multilayer film.

【0024】本発明においては、例えばレジストを露光
・現像して所定幅を有するラインパターンを所定ピッチ
で形成することにより、屈折率の異なる材料(この例で
はレジストと空気)を周期的に配列した構造を有する光
機能素子を容易に製造することができる。特に、2方向
からレーザー光を照射し干渉光を利用してレジストを直
接的に露光する方法は、長周期性に優れたパターンを形
成することができる。この場合、レジストパターンをそ
のまま導波路として用いてもよいし、レジストパターン
の間隙に屈折率の異なる他の材料を埋め込んで導波路と
して用いてもよい。
In the present invention, for example, materials having different refractive indexes (resist and air in this example) are periodically arranged by exposing and developing a resist to form a line pattern having a predetermined width at a predetermined pitch. The optical functional element having a structure can be easily manufactured. In particular, the method of irradiating laser light from two directions and directly exposing the resist using the interference light can form a pattern having excellent long periodicity. In this case, the resist pattern may be used as it is as a waveguide, or another material having a different refractive index may be embedded in the gap between the resist patterns and used as a waveguide.

【0025】本発明においては、発振波長248nmま
たは193nmのエキシマレーザー光をフェーズマスク
を通して光ファイバーのコアに照射して露光する方法に
より、光ファイバーのコア中に屈折率の異なる材料を周
期的に配列した構造を形成してもよい。この方法は、ゼ
ロ次光を抑えられる点で有効である(K.O.Hil
l,OPTRONICS,14(1995)135)。
In the present invention, a structure in which materials having different refractive indexes are periodically arranged in the core of the optical fiber by the method of irradiating the core of the optical fiber with an excimer laser beam having an oscillation wavelength of 248 nm or 193 nm to irradiate the core of the optical fiber through a phase mask. May be formed. This method is effective in suppressing the zero-order light (KO Hil).
1, OPTRONICS, 14 (1995) 135).

【0026】本発明においては、媒質上にマスクを形成
した後、電場を印加してTi+ やK+ などをイオン注入
したり、溶液を接触させ電場を印加してイオンを注入す
ることにより、誘電率の異なる材料を周期的に配列した
構造を形成することもできる。
In the present invention, after forming a mask on the medium, an electric field is applied to implant Ti + , K +, etc. ions, or a solution is brought into contact to apply an electric field to implant ions. It is also possible to form a structure in which materials having different dielectric constants are periodically arranged.

【0027】本発明においては、屈折率の異なる材料を
周期的に配列した構造を有する媒質として、後述するよ
うに、回折格子や、規則正しい相分離構造を持つブロッ
ク共重合体を用いてもよい。
In the present invention, a diffraction grating or a block copolymer having a regular phase separation structure may be used as a medium having a structure in which materials having different refractive indexes are periodically arranged.

【0028】本発明において、屈折率の異なる2種の材
料の周期(2種の材料1組の厚さ)は、10μm以下で
あることが好ましく、使用する光の波長を考慮して決定
することが好ましい。例えば、光通信の使用波長1.5
5μmを考慮すると、周期間隔はおおよそこの使用波長
の約半分に設定する。本発明において、フォトニック・
バンド端に対応する光の波長を、透過させようとする光
の波長の近傍に設定するということは、フォトニック・
バンド端の波長に対して少なくとも±15%以内の範囲
に透過させようとする光の波長が収まることを意味す
る。
In the present invention, the period of two kinds of materials having different refractive indexes (thickness of one set of two kinds of materials) is preferably 10 μm or less, and should be determined in consideration of the wavelength of light to be used. Is preferred. For example, the wavelength used for optical communication is 1.5
Considering 5 μm, the period interval is set to about half of this used wavelength. In the present invention, the photonic
Setting the wavelength of the light corresponding to the band edge near the wavelength of the light to be transmitted means that photonic
This means that the wavelength of light to be transmitted falls within at least ± 15% of the band edge wavelength.

【0029】本発明において、フォトニック・バンド構
造を形成する導波路型または光ファイバー型の光機能素
子中に複数の光信号が導入されている場合、任意の光信
号を取り出すには、光機能素子からしみだすエバネッセ
ント波を走査型近接場顕微鏡で取り出す方法を用いるこ
とができる。
In the present invention, when a plurality of optical signals are introduced into a waveguide type or optical fiber type optical functional element forming a photonic band structure, the optical functional element is used to extract any optical signal. It is possible to use a method of extracting the evanescent wave oozing out with a scanning near-field microscope.

【0030】本発明の光機能素子では、2種の材料の配
列の周期性を乱せば、フォトニック・バンドが成立しな
くなるので、光遅延はなくなる。このような手段とし
て、超音波発生器または温度調節器が挙げられる。超音
波発生器または温度調節器は2種の材料の格子点を移動
させるので、フォトニック・バンドを壊す手段として最
適である。超音波を用いる場合、遅延すべき光パルスの
空間的な領域内で超音波の波長が1つ以上、例えば数個
程度立つような振動数を選択すればよい。なお、2つの
超音波発振器または超音波共振器を用いて、超音波の定
常波を立たせると、これだけで一次元フォトニック・バ
ンド構造を形成できる。
In the optical functional device of the present invention, if the periodicity of the arrangement of the two kinds of materials is disturbed, the photonic band will not be established and the optical delay will be eliminated. Examples of such means include an ultrasonic generator or a temperature controller. Ultrasonic generators or temperature controllers move the lattice points of the two materials and are an excellent means of breaking the photonic bands. When ultrasonic waves are used, it is sufficient to select a frequency at which one or more, for example, several, wavelengths of ultrasonic waves stand in the spatial region of the optical pulse to be delayed. It should be noted that when two standing waves of ultrasonic waves are erected by using two ultrasonic oscillators or ultrasonic resonators, the one-dimensional photonic band structure can be formed by this alone.

【0031】本発明の光機能素子(光遅延素子)はメモ
リとしても応用できる。すなわち、光遅延素子に超音波
を照射した状態で光信号を注入した後、超音波の照射を
停止すれば、光信号はゆっくりと進行するので一時的な
メモリとなる。このとき、超音波停止時に光遅延素子を
透過しない波長域の光を超音波を照射しながら注入すれ
ば、超音波停止中に光信号は光遅延器の中で停止する。
この光信号を取り出すには、再び超音波を照射するか、
またはエバネッセント波を取り出す方法を用いることが
できる。
The optical functional element (optical delay element) of the present invention can also be applied as a memory. That is, if the optical signal is injected in a state where the ultrasonic wave is applied to the optical delay element and then the irradiation of the ultrasonic wave is stopped, the optical signal slowly progresses, which serves as a temporary memory. At this time, if light in a wavelength range that does not pass through the optical delay element is injected while irradiating the ultrasonic wave when the ultrasonic wave is stopped, the optical signal is stopped in the optical delay device while the ultrasonic wave is stopped.
To extract this optical signal, irradiate ultrasonic waves again,
Alternatively, a method of extracting an evanescent wave can be used.

【0032】本発明の光遅延素子において分散効果によ
り振動数(波長)に広がりが生じる場合には、グレーテ
ィング対やプリズム対により分散を補正してもよいが、
分散を補正しあう2つの光遅延素子を組み合わせるのが
効果的である。
In the optical delay element of the present invention, when the frequency (wavelength) broadens due to the dispersion effect, the dispersion may be corrected by a grating pair or a prism pair.
It is effective to combine two optical delay elements that correct dispersion.

【0033】次に、本発明の他の光機能素子について説
明する。上述したようにフォトニック・バンド構造で
は、バンド端の近傍で透過光の群速度が遅くなる。した
がって、フォトニック・バンド構造と光機能材料とを組
み合わせることができれば、群速度が遅くなった光と光
機能材料の電子との相互作用が強くなるので、光機能材
料の機能を発揮させるのに有利になる。しかし、従来知
られている誘電体多層膜のようなフォトニック・バンド
構造では、光機能材料と組み合わせて素子を構成するこ
とが困難である。これに対して、本発明ではフォトニッ
ク・バンドを形成でき、かつ光機能材料を保持できる空
間を有する回折格子を用いることにより、光機能材料の
機能を有効に発揮しうる光機能素子を提供する。
Next, another optical functional element of the present invention will be described. As described above, in the photonic band structure, the group velocity of transmitted light becomes slow near the band edge. Therefore, if the photonic band structure and the optical functional material can be combined, the interaction between the light having the slower group velocity and the electron of the optical functional material becomes stronger, so that the function of the optical functional material can be exerted. Be advantageous However, in the photonic band structure such as the conventionally known dielectric multilayer film, it is difficult to form an element by combining it with an optical functional material. On the other hand, the present invention provides an optical functional element capable of effectively exhibiting the function of the optical functional material by using a diffraction grating having a space capable of forming a photonic band and holding the optical functional material. .

【0034】本発明において、光機能材料としては、二
次または三次の非線形光学材料、発光材料、光増幅材
料、電気光学材料など種々の機能を有する材料を用いる
ことができる。これらの光機能材料はポリマーに分散さ
せて用いてもよい。
In the present invention, as the optical functional material, it is possible to use a material having various functions such as a secondary or tertiary nonlinear optical material, a light emitting material, a light amplifying material and an electro-optical material. These optical functional materials may be used by being dispersed in a polymer.

【0035】回折格子を用いれば、1mm当りの格子溝
の本数を制御することにより、フォトニック・バンド構
造を容易に制御できる。本発明で用いられる回折格子と
しては、光の干渉を用いて作製された溝間隔が正確なホ
ログラフィック回折格子が挙げられる。ホログラフィッ
ク回折格子は基板上にレジストを塗布し、レーザー光を
2光束に分けて2方向からレジストに照射して干渉縞を
露光した後、現像することにより形成され、干渉縞の強
度分布に応じた正弦波状断面の格子溝を有する。
If a diffraction grating is used, the photonic band structure can be easily controlled by controlling the number of grating grooves per mm. Examples of the diffraction grating used in the present invention include a holographic diffraction grating manufactured by using light interference and having a precise groove interval. The holographic diffraction grating is formed by coating a resist on a substrate, dividing a laser beam into two light beams, irradiating the resist from two directions to expose the interference fringes, and then developing the fringes according to the intensity distribution of the interference fringes. And a grating groove having a sinusoidal cross section.

【0036】本発明の光機能素子において、周期の間隔
すなわち格子の間隔は10μm以下であれば十分である
ので、回折格子の1mm当りの格子溝の本数は100本
以上であれば十分である。ここで、格子間隔は用いよう
とする光の波長の半分程度であることが好ましい。例え
ば、1mm当り3600本の格子溝を有するホログラフ
ィック回折格子が市販されており、これを用いれば格子
間隔の2倍が約556nmとなるので、可視領域のフォ
トニック・バンドを形成することができる。なお、バン
ド端は、エネルギーの最も低い(すなわち波長の最も長
い)ものを用いる必要はなく、エネルギーの高いもので
もよい。この場合には、1mm当りの格子溝の本数は少
なくてもよい。
In the optical functional device of the present invention, it is sufficient if the interval of the periods, that is, the interval of the gratings is 10 μm or less. Therefore, it is sufficient that the number of grating grooves per 1 mm of the diffraction grating is 100 or more. Here, the lattice spacing is preferably about half the wavelength of the light to be used. For example, a holographic diffraction grating having 3600 grating grooves per 1 mm is commercially available, and if this is used, the grating spacing is twice as large as about 556 nm, so that a photonic band in the visible region can be formed. . Note that the band edge does not need to have the lowest energy (that is, the longest wavelength), and may have the highest energy. In this case, the number of grid grooves per mm may be small.

【0037】本発明においては、回折格子と光機能材料
とを適宜配置することにより種々の構造の光機能素子を
作製できる。例えば、単に回折格子表面に光機能材料を
スピンコーティングして、格子溝に沿うように光機能膜
を形成してもよい。回折格子の表面に金属膜を蒸着し、
その上に光機能膜をスピンコートし、さらにその上に金
属膜を蒸着してもよい。2個の回折格子の表面にそれぞ
れ金属膜を形成してこれらを互いに対向させて配置し、
これらの間に光機能膜を挟むようにしてもよい。また、
表面に金属膜を形成した1個の回折格子と平坦な金属体
とを互いに対向させて配置し、回折格子と平坦な金属体
との間に光機能膜を挟むようにしてもよい。これらのい
ずれの構造でもフォトニック・バンドを形成でき、しか
も光機能材料を容易に配置することができる。特に金属
膜を形成した素子では、回折効率が良好であり、フォト
ニック・バンドを容易に形成できる。
In the present invention, optical functional devices having various structures can be produced by appropriately disposing the diffraction grating and the optical functional material. For example, the optical functional material may be simply spin-coated on the surface of the diffraction grating to form the optical functional film along the grating groove. Deposit a metal film on the surface of the diffraction grating,
An optical functional film may be spin-coated thereon and a metal film may be further vapor-deposited thereon. Forming metal films on the surfaces of the two diffraction gratings and arranging them so as to face each other,
An optical functional film may be sandwiched between these. Also,
One diffraction grating having a metal film formed on its surface and a flat metal body may be arranged to face each other, and the optical functional film may be sandwiched between the diffraction grating and the flat metal body. With any of these structures, a photonic band can be formed, and an optical functional material can be easily arranged. In particular, the element formed with the metal film has a good diffraction efficiency and can easily form the photonic band.

【0038】本発明において、2個の回折格子を互いに
対向させた素子では、山と山との相対的な位置関係は特
に限定されない。この素子は、偏光異方性を示す。この
ような素子では、一方の回折格子と他方の回折格子と
で、金属膜を変化させたり、材質を変えて屈折率を変化
させることにより、フォトニック・バンド構造を変化さ
せることもできる。
In the present invention, in the element in which two diffraction gratings are opposed to each other, the relative positional relationship between peaks is not particularly limited. This element exhibits polarization anisotropy. In such an element, the photonic band structure can be changed by changing the metal film or the material by changing the refractive index between the one diffraction grating and the other diffraction grating.

【0039】なお、2個の回折格子を互いに対向させた
素子では、回折格子間の距離は光路長(素子の長さ)の
1/50以内、具体的には5mm以内とすることが好ま
しい。このように2個の回折格子を互いに対向させたも
のを光遅延素子として考えた場合、2個の回折格子間の
距離を変えることにより、光遅延のオン・オフを制御で
きる。すなわち、素子中に導入した光信号を遅延時間だ
け保持することができ、オン・オフ可能な光メモリとな
る。また、回折格子の格子密度を制御して光の群速度の
波長分散性もある程度制御できる。例えば、短波長の光
より長波長の光の速度を遅くして異常分散を実現でき
る。
In an element in which two diffraction gratings face each other, the distance between the diffraction gratings is preferably within 1/50 of the optical path length (element length), specifically within 5 mm. In the case where the two diffraction gratings opposed to each other are considered as the optical delay element in this way, ON / OFF of the optical delay can be controlled by changing the distance between the two diffraction gratings. That is, the optical signal introduced into the device can be held for the delay time, and the optical memory can be turned on / off. In addition, the wavelength density of the group velocity of light can be controlled to some extent by controlling the grating density of the diffraction grating. For example, the anomalous dispersion can be realized by slowing the speed of light having a longer wavelength than that of light having a shorter wavelength.

【0040】次いで、回折格子と各種の光機能材料とを
用いた光機能素子について個別的に説明する。本発明に
おいて、二次の非線形光学材料を用いれば波長変換素子
を作製できる。この波長変換素子を構成する非線形光学
材料中での光の進行速度が遅くなるということは、位相
緩和時間が長くなるのと等価である。このため、非共鳴
領域であっても、一つの励起双極子モーメントが振動す
る時間は長くなる。したがって、二次の非線形感受率も
大きくなり、波長変換効率も大きくなる。しかも非共鳴
領域では吸収がないので素子材料として都合がよい。ま
た、二次非線形光学材料本来の特性を変えることなく、
屈折率を制御できるため、基本波と第二高調波の光速度
を合わせて位相整合させることができる。特に非線形光
学材料の薄膜の両側に金属膜を設けた構造の波長変換素
子では、金属膜を電極として用いて電場を印加すること
ができ、ポーリングを容易に実施できる。ポーリングに
よりポリマー中の有機分子の永久双極子モーメントを電
場の方向に配向させた後に電場を印加し続ければ、配向
を保持でき、配向緩和を防止できる。
Next, the optical functional element using the diffraction grating and various optical functional materials will be individually described. In the present invention, a wavelength conversion element can be manufactured by using a second-order nonlinear optical material. The fact that the traveling speed of light in the nonlinear optical material that constitutes this wavelength conversion element becomes slower is equivalent to the longer the phase relaxation time. Therefore, even in the non-resonant region, the time for one excited dipole moment to oscillate becomes long. Therefore, the second-order nonlinear susceptibility also increases, and the wavelength conversion efficiency also increases. Moreover, since there is no absorption in the non-resonant region, it is convenient as a device material. Also, without changing the original characteristics of the second-order nonlinear optical material,
Since the refractive index can be controlled, the light velocities of the fundamental wave and the second harmonic can be matched and phase-matched. Particularly, in a wavelength conversion element having a structure in which a metal film is provided on both sides of a thin film of a nonlinear optical material, an electric field can be applied using the metal film as an electrode, and poling can be easily performed. If the permanent dipole moment of the organic molecule in the polymer is oriented in the direction of the electric field by poling and then the electric field is continuously applied, the orientation can be maintained and the orientation relaxation can be prevented.

【0041】上記のような構造を有する波長変換素子に
おいて位相整合が実現できることを示す計算例を説明す
る。具体的には、1mm当り1800本の格子溝を有す
るホログラフィック回折格子と、屈折率が約1.8の二
次非線形光学材料とを用いた波長変換素子における屈折
率の波長依存性の計算結果を図4に示す。ここでは、電
場ベクトルの方向が格子溝に垂直な偏光を用いている。
図中の破線は、横軸の数値の2倍の波長を有する光に対
する屈折率を示す。この図において、実線と破線とが交
わった点で位相速度が一致し、位相整合が実現できる。
A calculation example showing that phase matching can be realized in the wavelength conversion element having the above structure will be described. Specifically, the calculation result of the wavelength dependence of the refractive index in the wavelength conversion element using the holographic diffraction grating having 1800 grating grooves per 1 mm and the second-order nonlinear optical material having the refractive index of about 1.8. Is shown in FIG. Here, polarized light in which the direction of the electric field vector is perpendicular to the grating groove is used.
The broken line in the figure indicates the refractive index for light having a wavelength twice the value on the horizontal axis. In this figure, the phase velocities match at the points where the solid lines and the broken lines intersect, and phase matching can be realized.

【0042】さらに、2つの回折格子と三次非線形光学
材料とを用いた光機能素子において異常分散を実現すれ
ば、ソリトン発生素子として使用することもできる。本
発明において、三次の非線形光学を利用すれば光スイッ
チを作製できる。この場合も、光信号の進行速度が遅く
なることは、位相緩和時間が長くなるのと等価であり、
非線形感受率は大きくなる。一般に共鳴領域のように位
相緩和時間が長く非線形感受率が大きい場合、スイッチ
ング速度および反応速度が遅くなる。これに対して本発
明の光スイッチでは、光信号が出射されると光の速度は
速くなるので、非線形感受率が大きくなっても、信号処
理のビット・レートは低くならないという大きな利点も
ある。
Further, if anomalous dispersion is realized in an optical functional element using two diffraction gratings and a third-order nonlinear optical material, it can be used as a soliton generating element. In the present invention, an optical switch can be manufactured by using third-order nonlinear optics. Also in this case, slowing the traveling speed of the optical signal is equivalent to lengthening the phase relaxation time,
The non-linear susceptibility increases. Generally, when the phase relaxation time is long and the nonlinear susceptibility is large like the resonance region, the switching speed and the reaction speed become slow. On the other hand, in the optical switch of the present invention, since the speed of light increases when an optical signal is emitted, there is a great advantage that the bit rate of signal processing does not decrease even if the nonlinear susceptibility increases.

【0043】本発明において、フォトニック・バンドギ
ャップを示し、光機能材料として発光材料を用いた光機
能素子では、発光材料の発光波長帯が幅広い場合でも、
波長選択的に発光を制御できる。このため、単なるバン
ドパスフィルターではなく、特定の波長にエネルギーを
集中できる発光素子を形成できる。
In the present invention, an optical functional element that exhibits a photonic bandgap and uses a light emitting material as an optical functional material, even if the emission wavelength band of the light emitting material is wide,
Light emission can be controlled by wavelength selection. Therefore, it is possible to form not only a bandpass filter but also a light emitting element capable of concentrating energy at a specific wavelength.

【0044】本発明において、ポッケルス効果(1次電
気光学効果)やカー効果(2次電気光学効果)を持つ材
料や、液晶などの配向が変わる材料を用いれば、光変調
素子を作製できる。この場合、回折効率を上げるために
回折格子の表面にコートされている金属膜を電極として
用いる。金属膜によりポッケルス効果やカー効果を有す
る材料に電場を印加し、屈折率を変化させ、フォトニッ
ク・バンドを変化させることができる。そして、電場を
制御して、透過させる光の波長がフォトニック・バンド
ギャップの範囲内および範囲外になるようにすることに
より変調する。すなわち、透過させる光の波長がフォト
ニック・バンドギャップの範囲内であれば光は素子内に
進入できず、範囲外であれば光は素子内へ進入可能とな
る。また、素子内に光が進入した後に、フォトニック・
バンドギャップが形成されれば、光は素子内に停止す
る。
In the present invention, a light modulator can be manufactured by using a material having a Pockels effect (first-order electro-optical effect) or Kerr effect (second-order electro-optical effect), or a material such as liquid crystal whose orientation is changed. In this case, a metal film coated on the surface of the diffraction grating is used as an electrode in order to increase the diffraction efficiency. An electric field can be applied to a material having the Pockels effect or Kerr effect by the metal film to change the refractive index and change the photonic band. Then, modulation is performed by controlling the electric field so that the wavelength of the light to be transmitted is within and outside the range of the photonic band gap. That is, if the wavelength of the light to be transmitted is within the range of the photonic band gap, the light cannot enter the element, and if it is out of the range, the light can enter the element. Also, after light enters the device, photonic
When the bandgap is formed, the light stops inside the device.

【0045】図5に、ポッケルス効果を示す材料を用い
た光変調素子において、屈折率を1.6から1.7へ
0.1だけ変化させたときの透過率の変化を示す。この
図から、例えば波長約625nmの光をオン・オフでき
ることがわかる。この変調方法では、透過光の偏光方向
が決まってさえいれば、一般のEO変調器のように2枚
の偏光板を必要とすることもない。
FIG. 5 shows a change in transmittance when the refractive index is changed from 1.6 to 1.7 by 0.1 in an optical modulator using a material exhibiting the Pockels effect. From this figure, it can be seen that, for example, light with a wavelength of about 625 nm can be turned on and off. In this modulation method, as long as the polarization direction of the transmitted light is determined, there is no need for two polarizing plates as in a general EO modulator.

【0046】フォトニック・バンド素子を用いて群速度
を遅くし、その状態で光変調した場合には、これらの素
子を出た変調光は、元の光速に戻るので変調速度がより
高速になる。すなわち、変調する材料の性能以上の高速
で光変調することができる。この手法は、従来の変調素
子への適用も可能である。
When the group velocity is slowed by using the photonic band device and the light is modulated in that state, the modulated light emitted from these devices returns to the original light velocity, and the modulation velocity becomes higher. . That is, it is possible to perform light modulation at a higher speed than the performance of the material to be modulated. This method can also be applied to conventional modulation elements.

【0047】また、カー効果を示す材料を用いた光変調
素子では、電場の代わりに、光照射のオン・オフでフォ
トニック・バンドを制御することもできる。このような
素子では、回折格子の表面に金属膜をコーティングする
必要もない。
Further, in the light modulation element using the material exhibiting the Kerr effect, the photonic band can be controlled by turning on / off the light irradiation instead of the electric field. In such an element, it is not necessary to coat the surface of the diffraction grating with a metal film.

【0048】本発明において、光機能材料として光増幅
材料などその他の材料を適用した場合でも、光の速度が
遅くなる結果、光と電子との相互作用が強くなるので、
効率のよい光増幅器などの光機能素子を形成できる。
In the present invention, even when another material such as a light amplifying material is applied as the optical functional material, the speed of light becomes slow, and the interaction between light and electron becomes strong.
An optical functional element such as an efficient optical amplifier can be formed.

【0049】本発明の光機能素子は、光通信における光
ファイバーのシグナルパルスの変形を補正する素子、い
わゆる分散補償器にも適用可能である。また、本発明の
光機能素子は負の群速度分散を達成できるため、非線形
光学材料を併用することによりソリトン発生素子として
も使用できる。
The optical functional element of the present invention can be applied to an element for correcting the deformation of the signal pulse of the optical fiber in optical communication, that is, a so-called dispersion compensator. Further, since the optical functional element of the present invention can achieve negative group velocity dispersion, it can be used also as a soliton generating element by using a non-linear optical material together.

【0050】本発明の光機能素子は光導波路の一種であ
り、使用する光の導波モードがシングルモードになるよ
うに2個の回折格子間の距離を規定すれば、機能をより
高めることができる。また、本発明の光機能素子におい
て光の導波方向に平行な2面を誘電体多層膜や金属膜で
覆い、光散乱などによる導波方向以外への導波光の放出
を防ぐことも機能を高めるのに有効であり、光ファイバ
ーなどとの結合にも有利になる。
The optical functional element of the present invention is a kind of optical waveguide, and the function can be further enhanced by defining the distance between two diffraction gratings so that the waveguide mode of the light used becomes a single mode. it can. In the optical functional device of the present invention, two surfaces parallel to the light guiding direction are covered with a dielectric multilayer film or a metal film to prevent the guided light from being emitted in a direction other than the guiding direction due to light scattering. It is effective for increasing the height and is also advantageous for coupling with optical fibers.

【0051】本発明においては、屈折率の異なる材料を
周期的に配列した構造を有する媒質として、規則正しい
相分離構造を持つブロック共重合体を用いることもでき
る。ある種のブロック共重合体は、規則正しい相分離構
造を形成し、しかもそれが規則正しく配列することが知
られている(E.L.Thomas,D.B.Alwa
rd,D.J.Kinning,and D.C.Ma
rtin,Macromolecules 19,21
97(1986);H.Hasegawa,H.Tan
aka,K.Yamasaki,and T.Hash
imoto,Macromolecules 20,1
651(1987))。これらの共重合体をトルエンな
どの溶媒に溶解し、キャスト法やスピンコート法により
薄膜を形成すると、自己形成力によりミクロ相分離構造
を示す。ミクロ相分離構造は、海島構造、ラメラ構造、
シリンダー構造、バイコンティニュアス構造などと呼ば
れている。このようなブロック共重合体の薄膜において
は、屈折率が異なる二種の相が規則的に配列しているの
で、フォトニック結晶となり得る。このようなフォトニ
ック結晶は作製が容易で製造コストを低減できる。
In the present invention, a block copolymer having a regular phase separation structure can be used as a medium having a structure in which materials having different refractive indexes are periodically arranged. It is known that certain block copolymers form ordered phase-separated structures, and that they are regularly arranged (EL Thomas, DB Alwa.
rd, D.I. J. Kinning, and D.M. C. Ma
rtin, Macromolecules 19, 21
97 (1986); Hasegawa, H .; Tan
aka, K .; Yamasaki, and T.S. Hash
imoto, Macromolecules 20, 1
651 (1987)). When these copolymers are dissolved in a solvent such as toluene and a thin film is formed by a casting method or a spin coating method, a microphase-separated structure is exhibited by a self-forming force. Micro phase separation structure is sea island structure, lamella structure,
It is called a cylinder structure or bicontinuous structure. In such a thin film of the block copolymer, two kinds of phases having different refractive indexes are regularly arranged, so that it can be a photonic crystal. Such a photonic crystal is easy to manufacture and the manufacturing cost can be reduced.

【0052】ブロック共重合体を用いたフォトニック結
晶では、2種の高分子の側鎖を変化させることにより屈
折率を制御することができる。また、オスミウム錯体な
どの錯体を一方の高分子鎖に選択的に染み込ませて屈折
率を制御することもできる。共重合体を形成する高分子
として感光性のものを用いれば、フォトニック結晶を形
成した後に、導波路を形成することもできる。導波路が
形成できれば、光通信分野における分散補償器として使
用できる。
In the photonic crystal using the block copolymer, the refractive index can be controlled by changing the side chains of the two kinds of polymers. It is also possible to selectively impregnate one polymer chain with a complex such as an osmium complex to control the refractive index. If a photosensitive polymer is used as the polymer forming the copolymer, the waveguide can be formed after the photonic crystal is formed. If a waveguide can be formed, it can be used as a dispersion compensator in the optical communication field.

【0053】上記のようなブロック共重合体を用いたフ
ォトニック結晶中に、不純物として屈折率の周期的な変
化を乱す物質を混入すると、フォトニック・バンドギャ
ップ中に特定の波長域の光が透過する領域を形成するこ
とができる。このような領域は、半導体における不純物
準位に相当するものである。この場合、ブロック共重合
体の側鎖にレーザー色素を導入するか、一方の高分子鎖
と特異的に親和性の高いレーザー色素を混合し、レーザ
ー色素の発振波長域を不純物準位に合わせれば、フォト
ニック結晶レーザーを作製することができる。このよう
なフォトニック結晶レーザーは、不純物準位以外のバン
ドギャップの波長域の光を発することができないので、
発振損失が少なくなる。逆に、ブロック共重合体を用い
たフォトニック結晶を3次元共振器として用いることも
できる。
When a substance that disturbs the periodic change of the refractive index is mixed as an impurity in the photonic crystal using the block copolymer as described above, light in a specific wavelength range is generated in the photonic band gap. A transparent region can be formed. Such a region corresponds to the impurity level in the semiconductor. In this case, if a laser dye is introduced into the side chain of the block copolymer, or one of the polymer chains is mixed with a laser dye having a high specific affinity, the oscillation wavelength range of the laser dye is adjusted to the impurity level. , A photonic crystal laser can be manufactured. Such a photonic crystal laser cannot emit light in the band gap wavelength range other than the impurity level,
Oscillation loss is reduced. Conversely, a photonic crystal using a block copolymer can also be used as a three-dimensional resonator.

【0054】ブロック共重合体の側鎖に非線形光学材料
を導入したり、非線形光学効果を持つポリマーを用いて
もよい。この場合、不純物により光の振動子強度が増強
したり、群速度が遅くなる条件では、非線形効果を増強
することができる。また、位相速度を制御することによ
り、第二高調波発生における位相整合を実現できる。三
次の非線形光学特性を示す材料を用いた素子は、光スイ
ッチとして応用できる。
A non-linear optical material may be introduced into the side chain of the block copolymer, or a polymer having a non-linear optical effect may be used. In this case, the nonlinear effect can be enhanced under the condition that the strength of the optical oscillator is increased by the impurities or the group velocity is slowed down. Further, by controlling the phase velocity, it is possible to realize the phase matching in the second harmonic generation. An element using a material exhibiting third-order nonlinear optical characteristics can be applied as an optical switch.

【0055】本発明の光機能素子は、今後発展が期待さ
れる光回路や光システムにおいて様々な用途に適用で
き、電子回路や電子システムにおける抵抗素子やコンデ
ンサー素子に相当する基本的な素子となり得る。
The optical functional element of the present invention can be applied to various applications in optical circuits and optical systems which are expected to develop in the future, and can be a basic element corresponding to a resistance element or a capacitor element in an electronic circuit or an electronic system. .

【0056】[0056]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例1 本実施例ではレジストを電子線で露光して現像すること
により、図6に示す光機能素子を作製した。厚さ100
μmのガラス基板1上にレジスト2(シップレー社製、
商品名SAL601)を厚さ約1.5μmになるように
スピンコートした。ガラス基板1上のレジスト2を幅
0.25μmのパターンが0.25μm間隔で形成され
るように電子線露光した後、現像した。このレジスト2
をさらにパターニングして、レジストの縦方向の長さを
300μmとし、レジストの幅方向に沿う長さが7cm
の導波路型光機能素子を形成した。図6に示すように、
この導波路型光機能素子は、厚み0.25μmのレジス
ト2および厚み0.25μmの空気をd=0.5μmの
周期で配列した構造を有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1 In this example, the resist was exposed to an electron beam and developed to manufacture the optical functional element shown in FIG. Thickness 100
A resist 2 (manufactured by Shipley Co.,
The product name SAL601) was spin-coated to a thickness of about 1.5 μm. The resist 2 on the glass substrate 1 was exposed to an electron beam so that a pattern having a width of 0.25 μm was formed at intervals of 0.25 μm, and then developed. This resist 2
Is further patterned so that the length of the resist in the vertical direction is 300 μm, and the length along the width of the resist is 7 cm.
The waveguide type optical functional element of was formed. As shown in FIG.
This waveguide-type optical functional element has a structure in which a resist 2 having a thickness of 0.25 μm and air having a thickness of 0.25 μm are arranged at a cycle of d = 0.5 μm.

【0057】プリズム(図示せず)を通して、この導波
路型光機能素子の一端から100フェムト秒のパルス幅
でTi:サファイヤレーザー光を入射し、他端で透過光
を測定した(図においては入射光および透過光をそれぞ
れ矢印で示す)。このとき入射光の波長を変えて透過光
を測定したところ、振動数370THz(波長810n
m)より高エネルギー(短波長)側で透過光が観測され
ない波長領域が存在することが判明した。また、振動数
333THz(波長900nm)の光の透過時間は35
0psec(350×10-12 sec)、振動数36
9.5THz(波長812nm)の光の透過時間は2.
3nsec(2.3×10-9sec)であった。このよ
うに、波長812nmの光では遅延が生じていることが
確認された。
A Ti: sapphire laser beam with a pulse width of 100 femtoseconds was made incident from one end of this waveguide type optical functional element through a prism (not shown), and the transmitted light was measured at the other end (in the figure, it was made incident. Light and transmitted light are indicated by arrows respectively). At this time, when the transmitted light was measured while changing the wavelength of the incident light, the vibration frequency was 370 THz (wavelength 810 n
It was found that there is a wavelength region where transmitted light is not observed on the higher energy (shorter wavelength) side than m). Further, the transmission time of light having a frequency of 333 THz (wavelength 900 nm) is 35
0 psec (350 × 10 -12 sec), frequency 36
The transmission time of light of 9.5 THz (wavelength 812 nm) is 2.
It was 3 nsec (2.3 × 10 −9 sec). As described above, it was confirmed that the light having the wavelength of 812 nm causes a delay.

【0058】実施例2 本実施例では図7に示す光機能素子を作製した。まず実
施例1と同様にして、光路長7cmの導波路を形成した
後、スパッタ法により厚さ約1nmの金および厚さ約1
0nmのSiO2 をレジスト2間の溝部に交互に堆積し
て埋め込んだ。図7に示すように、この導波路型光機能
素子は、厚み0.25μmのレジスト2および厚み0.
25μmの金・ガラス多層膜3をd=0.5μmの周期
で配列した構造を有する。
Example 2 In this example, the optical functional device shown in FIG. 7 was manufactured. First, in the same manner as in Example 1, after forming a waveguide having an optical path length of 7 cm, gold having a thickness of about 1 nm and a thickness of about 1 were formed by a sputtering method.
SiO 2 of 0 nm was alternately deposited and buried in the groove portion between the resists 2. As shown in FIG. 7, this waveguide type optical functional device has a resist 2 having a thickness of 0.25 μm and a thickness of 0.
It has a structure in which a 25 μm gold / glass multilayer film 3 is arranged in a cycle of d = 0.5 μm.

【0059】実施例1と同様に、プリズム(図示せず)
を通して、この導波路型光機能素子の一端から100フ
ェムト秒のパルス幅でTi:サファイヤレーザー光を入
射し、他端で透過光を測定した。この場合、1.04μ
mより長波長側で透過光が観測されない波長領域が存在
することが判明した。また、波長1.03μmの光の透
過時間は5.2nsec(5.2×10-9sec)、波
長0.98μmの光の透過時間は370psec(37
0×10-12 sec)であった。このように、波長1.
03μmの光では遅延が生じていることが確認された。
Similar to the first embodiment, a prism (not shown)
Through this, Ti: sapphire laser light was made incident with a pulse width of 100 femtoseconds from one end of this waveguide type optical functional device, and the transmitted light was measured at the other end. In this case, 1.04μ
It was found that there is a wavelength region where transmitted light is not observed on the longer wavelength side than m. Further, the transmission time of light having a wavelength of 1.03 μm is 5.2 nsec (5.2 × 10 −9 sec), and the transmission time of light having a wavelength of 0.98 μm is 370 psec (37
It was 0 × 10 −12 sec). Thus, the wavelength 1.
It was confirmed that the light of 03 μm caused a delay.

【0060】実施例3 本実施例では図8に示す光機能素子を作製した。図8に
示すように、8μm径のコア11と200μm径のクラ
ッド12とを有する長さ2mのシングルモードファイバ
ーを用意した。このファイバーに波長1534nmの光
を導入したところ、透過時間は10nsecであった。
Example 3 In this example, the optical functional device shown in FIG. 8 was manufactured. As shown in FIG. 8, a 2 m long single mode fiber having a core 11 having a diameter of 8 μm and a clad 12 having a diameter of 200 μm was prepared. When light with a wavelength of 1534 nm was introduced into this fiber, the transmission time was 10 nsec.

【0061】次に、フェーズマスク・フォトリソグラフ
ィー法によって、繰り返し50パルス/sec、パワー
300mJ/cm2 /パルス、波長248nmのエキシ
マレーザー光を400分照射し、干渉光によりこのファ
イバーのコア11の長さ5mmの部分を露光し、5mm
の間で屈折率の異なる2つの材料が周期的に配列した構
造を形成した。このような構造を1mmの間隔をあけて
形成し、長さ2mのファイバー中に約330個の光機能
性素子を作製した。このファイバーに波長1534nm
の光を導入したところ、透過時間は220nsecとな
り、遅延が生じていることが確認された。
Next, by a phase mask photolithography method, excimer laser light having a repetition rate of 50 pulses / sec, a power of 300 mJ / cm 2 / pulse and a wavelength of 248 nm is irradiated for 400 minutes, and the length of the core 11 of this fiber is increased by the interference light. 5mm is exposed and 5mm
Two materials having different refractive indexes between the two formed a structure in which they were periodically arranged. Such structures were formed at intervals of 1 mm, and about 330 optical functional elements were produced in a fiber having a length of 2 m. This fiber has a wavelength of 1534 nm
When the above light was introduced, the transmission time was 220 nsec, and it was confirmed that a delay had occurred.

【0062】実施例4 本実施例では図9に示す光機能素子を作製した。1mm
当り1250本の格子溝を有するホログラフィック回折
格子21を用意した。このホログラフィック回折格子2
1上に銀22を200nmの厚さに蒸着した。この上
に、非線形光学材料である2−メチル−4−ニトロアニ
リン(MNA)およびポリメチルメタクリレート(PM
MA)のTHF溶液をスピンコートした後、溶媒を蒸発
して厚さ4μmの光機能膜(MNAドープPMMA膜)
23を形成した。この光機能膜23の屈折率は不明であ
る。この光機能膜23上に銀24を200nmの厚さに
蒸着した。次に、120℃において、2層の銀22、2
4を電極として光機能膜23に0.3MV/cmの電場
を30分間にわたって印加してポーリングを行った後、
室温に戻した。この後、配向緩和を防ぐために、光機能
膜23に50kV/cmの電場を印加しつづけた。
Example 4 In this example, the optical functional device shown in FIG. 9 was produced. 1 mm
A holographic diffraction grating 21 having 1250 grating grooves was prepared. This holographic diffraction grating 2
Silver 22 was vapor-deposited on No. 1 to a thickness of 200 nm. On top of this, nonlinear optical materials such as 2-methyl-4-nitroaniline (MNA) and polymethylmethacrylate (PM
(MA) THF solution is spin-coated and then the solvent is evaporated to form a 4 μm thick optical functional film (MNA-doped PMMA film).
23 was formed. The refractive index of this optical functional film 23 is unknown. Silver 24 was vapor-deposited to a thickness of 200 nm on the optical function film 23. Then, at 120 ° C., the two layers of silver 22, 2
After applying an electric field of 0.3 MV / cm to the optical functional film 23 for 30 minutes using 4 as an electrode to perform poling,
It returned to room temperature. After that, in order to prevent orientation relaxation, an electric field of 50 kV / cm was continuously applied to the optical functional film 23.

【0063】この光機能素子の光機能膜23の一端か
ら、電場ベクトルの方向が格子溝に垂直な偏光を導入
し、他端から出射する第二高調波の強度を測定した。こ
のとき入射光の波長を0.9〜1.1μmの範囲で変化
させた。図10に、入射光の波長と第二高調波の強度と
の関係を示す。図10から、入射光(基本波) の波長が
1μmのときに位相整合していることがわかる。
From one end of the optical functional film 23 of this optical functional element, polarized light whose electric field vector direction is perpendicular to the grating groove was introduced, and the intensity of the second harmonic wave emitted from the other end was measured. At this time, the wavelength of the incident light was changed within the range of 0.9 to 1.1 μm. FIG. 10 shows the relationship between the wavelength of incident light and the intensity of the second harmonic. It can be seen from FIG. 10 that phase matching is achieved when the wavelength of the incident light (fundamental wave) is 1 μm.

【0064】実施例5 本実施例では図11に示す光機能素子を作製した。1m
m当り1800本の格子溝を有し、表面にアルミニウム
22を蒸着したホログラフィック回折格子21を2個用
意した。また、2−メチル−4−ニトロアニリン(MN
A)およびポリメチルメタクリレート(PMMA)を重
量比で1:0.55となるようにTHFに溶解した溶液
を調製した。一方のホログラフィック回折格子上に、溶
液をスピンコートした後、溶媒を蒸発して厚さ5μmの
光機能膜(MNAドープPMMA膜)23を形成した。
この光機能膜23の上に、他方のホログラフィック回折
格子21を対向させて設けた。次に、80℃において、
2層のアルミニウム22を電極として用い、電源25か
ら30Vの直流電圧を光機能膜23に30時間にわたっ
て印加してポーリングを行った後、室温に戻した。
Example 5 In this example, the optical functional device shown in FIG. 11 was manufactured. 1m
Two holographic diffraction gratings 21 having 1800 groove grooves per m and having aluminum 22 deposited on the surface were prepared. In addition, 2-methyl-4-nitroaniline (MN
A solution was prepared by dissolving A) and polymethylmethacrylate (PMMA) in THF at a weight ratio of 1: 0.55. After spin coating the solution on one of the holographic diffraction gratings, the solvent was evaporated to form an optical functional film (MNA-doped PMMA film) 23 having a thickness of 5 μm.
The other holographic diffraction grating 21 was provided on the optical function film 23 so as to face it. Next, at 80 ° C,
A two-layer aluminum 22 was used as an electrode, a direct current voltage of 30 V was applied to the optical functional film 23 from the power supply 25 for 30 hours to perform poling, and then the temperature was returned to room temperature.

【0065】この素子におけるMNA/PMMAの屈折
率は不明である。波長可変のレーザーを用い、800n
m〜2μmの波長範囲のレーザー光を基本波として、こ
の光機能素子の光機能膜23の一端から入射した。この
入射レーザー光は、電場ベクトルの方向が格子溝に垂直
な偏光である。こうして光機能膜23の他端から出射す
る第二高調波の強度を測定した。図12に、第二高調波
の波長と強度との関係を示す。図12から、波長980
nmでSHG強度が高くなっており、基本波(波長1.
96μm)と位相整合していることがわかる。
The refractive index of MNA / PMMA in this device is unknown. 800n using wavelength tunable laser
A laser beam in the wavelength range of m to 2 μm was used as a fundamental wave and was incident from one end of the optical functional film 23 of this optical functional element. This incident laser light is polarized light whose electric field vector is perpendicular to the grating grooves. Thus, the intensity of the second harmonic wave emitted from the other end of the optical function film 23 was measured. FIG. 12 shows the relationship between the wavelength and the intensity of the second harmonic. From FIG. 12, the wavelength 980
The SHG intensity is high at the wavelength of nm, and the fundamental wave (wavelength 1.
It can be seen that the phase is matched with that of 96 μm).

【0066】実施例6 本実施例では図13に示す光機能素子を作製した。銀コ
ーティング(図示せず)を施した、格子溝の本数360
0本/mmのホログラフィック回折格子を2個用意し
た。一方のホログラフィック回折格子31の上に、ロー
ダミン110およびPMMAのTHF溶液をスピンコー
トした後、溶媒を蒸発させて厚さ3μmの光機能膜33
を形成した。この上に他方のホログラフィック回折格子
31を設けて2個の回折格子31、31で光機能膜33
を挟んだ。この光機能膜33の上方にシリンドリカルレ
ンズ34を設けた。
Example 6 In this example, the optical functional device shown in FIG. 13 was manufactured. Number of lattice grooves 360, with silver coating (not shown)
Two 0 / mm holographic diffraction gratings were prepared. On one holographic diffraction grating 31, a THF solution of rhodamine 110 and PMMA was spin-coated, and then the solvent was evaporated to form an optical functional film 33 having a thickness of 3 μm.
Was formed. The other holographic diffraction grating 31 is provided on this, and the optical function film 33 is formed by the two diffraction gratings 31 and 31.
Sandwiched. A cylindrical lens 34 is provided above the optical function film 33.

【0067】また、比較のために、回折格子の代わりに
平坦な石英ガラス基板を用いて上記と同様な構造の素子
を作製した。CWアルゴンイオンレーザー(図示せず)
からシリンドリカルレンズ34を通して波長514.5
nmのレーザー光をパワー1Wで格子溝に沿う方向に導
入した。この状態で、モードロックYAGレーザーの第
二高調波で励起した色素レーザーから波長580nmの
パルスレーザー光(時間幅約1psec)を繰返し82
MHz、ピークパワー約100Wで格子溝に直交するよ
うに光機能膜33の一端から導入し、光機能膜33の他
端からの出射光を測定した。このとき、出射光のピーク
パワーは30kWであり、光機能素子による増幅効果が
確認された。
For comparison, a flat quartz glass substrate was used instead of the diffraction grating to fabricate an element having the same structure as described above. CW Argon Ion Laser (not shown)
From the cylindrical lens 34 through the wavelength 514.5
A laser beam of nm with a power of 1 W was introduced in the direction along the lattice groove. In this state, a pulse laser beam (time width: about 1 psec) having a wavelength of 580 nm is repeated from the dye laser excited by the second harmonic of the mode-locked YAG laser.
The light was introduced from one end of the optical functional film 33 so as to be orthogonal to the grating groove at MHz and a peak power of about 100 W, and the light emitted from the other end of the optical functional film 33 was measured. At this time, the peak power of the emitted light was 30 kW, and the amplification effect of the optical functional element was confirmed.

【0068】一方、平坦な石英ガラス基板を用いた素子
では、出射光のピークパワーは700Wであり、増幅効
果は小さかった。 実施例7 実施例6と同様な方法により、銀コーティングを施した
格子溝の本数3600本/mmの2個のホログラフィッ
ク回折格子の間に厚さ2μmのポリジヘキシルシランか
らなる光機能膜を挟んだ光機能素子を作製した。この光
機能素子は、ポリジヘキシルシランの三次非線形光学効
果を利用する光スイッチの原型である。
On the other hand, in the device using the flat quartz glass substrate, the peak power of the emitted light was 700 W, and the amplification effect was small. Example 7 In the same manner as in Example 6, an optical functional film made of polydihexylsilane having a thickness of 2 μm was sandwiched between two holographic diffraction gratings each having 3600 grooves / mm of silver-coated grating grooves. A light function element was manufactured. This optical functional device is a prototype of an optical switch that utilizes the third-order nonlinear optical effect of polydihexylsilane.

【0069】また、比較のために、回折格子の代わりに
平坦な石英ガラス基板を用いて上記と同様な構造の素子
を作製した。上記の2つの素子について、縮退四光波混
合法に基づいて波長565nm、パワー密度2×106
W/cm2 、幅約100フェムト秒の3本のレーザー光
を用い、シグナル光を光機能膜に入射し光機能膜から出
射するシグナル光のパワーの比を測定した。この結果、
シグナル光パワーは、回折格子を用いた素子では、平坦
な石英ガラス基板を用いた素子の約1600倍であっ
た。これを三次の非線形感受率に換算すると、回折格子
を用いた素子では、平坦な石英ガラス基板を用いた素子
の約40倍であることに相当する。
For comparison, a flat quartz glass substrate was used instead of the diffraction grating to fabricate an element having the same structure as the above. Based on the degenerate four-wave mixing method, the above two elements have a wavelength of 565 nm and a power density of 2 × 10 6.
Using three laser lights having a width of about 100 femtoseconds and W / cm 2 , the ratio of the power of the signal light to be incident on the optical functional film and emitted from the optical functional film was measured. As a result,
The signal light power of the element using the diffraction grating was about 1600 times that of the element using the flat quartz glass substrate. Converting this to a third-order nonlinear susceptibility, the element using the diffraction grating corresponds to about 40 times the element using the flat quartz glass substrate.

【0070】実施例8 格子溝の本数3600本/mmのホログラフィック回折
格子の上に銀コーティングを施し、さらに厚さ3μmの
PMMA膜を形成した。
Example 8 A silver coating was applied on the holographic diffraction grating having 3600 grooves / mm to form a PMMA film having a thickness of 3 μm.

【0071】また、比較のために石英ガラス基板上に銀
コーティングを施し、さらに厚さ3μmのPMMA膜を
形成した。上記の2つの素子について、モードロックY
AGレーザーの第二高調波で励起した色素レーザーか
ら、580nmのレーザー光を格子溝に直交するように
PMMA膜へ入射し、透過光を測定した。この結果、同
一の光路長で比較した透過時間は、回折格子を用いた素
子では、平坦な石英ガラス基板を用いた素子の約10倍
であった。
For comparison, a silver coating was applied on a quartz glass substrate to form a PMMA film having a thickness of 3 μm. Mode-locked Y for the above two elements
A laser beam of 580 nm was made incident on the PMMA film from the dye laser excited by the second harmonic of the AG laser so as to be orthogonal to the lattice groove, and the transmitted light was measured. As a result, the transmission time when compared with the same optical path length was about 10 times in the element using the diffraction grating as compared with the element using the flat quartz glass substrate.

【0072】実施例9 格子溝の本数2900本/mmのホログラフィック回折
格子の上にアルミニウムを50nmの厚さに蒸着したも
のを2個用意した。一方のホログラフィック回折格子の
上にポリメチルフェニルシランのTHF溶液をスピンコ
ートした後、溶媒を蒸発させて0.6μmの厚みのポリ
メチルフェニルシラン薄膜を形成した。この上に、他方
のホログラフィック回折格子を対向させて配置し、光機
能素子を作製した。この素子において、ポリメチルフェ
ニルシラン薄膜の両面にあるアルミニウムは電極を兼ね
ており、ポリメチルフェニルシランは発光材料として機
能する。
Example 9 Two holographic diffraction gratings each having 2900 grooves / mm were prepared by vapor-depositing aluminum to a thickness of 50 nm. A THF solution of polymethylphenylsilane was spin-coated on one holographic diffraction grating, and the solvent was evaporated to form a polymethylphenylsilane thin film having a thickness of 0.6 μm. On this, the other holographic diffraction grating was placed so as to face it, and an optical functional element was produced. In this element, aluminum on both sides of the polymethylphenylsilane thin film also serves as electrodes, and the polymethylphenylsilane functions as a light emitting material.

【0073】また、比較のために、回折格子の代わりに
平坦な石英ガラス基板を用いて上記と同様な構造の素子
を作製した。まず、ポリメチルフェニルシラン薄膜の一
端から種々の波長の光を入射し、他端から出射する透過
光を測定した。この結果、平坦な石英ガラス基板を用い
た素子では全ての波長の光が透過した。一方、回折格子
を用いた素子では450〜600nmの波長範囲の光は
透過しなかった。
For comparison, a flat quartz glass substrate was used instead of the diffraction grating to fabricate an element having the same structure as described above. First, light of various wavelengths was made incident from one end of the polymethylphenylsilane thin film, and the transmitted light emitted from the other end was measured. As a result, light of all wavelengths was transmitted through the device using the flat quartz glass substrate. On the other hand, the element using the diffraction grating did not transmit light in the wavelength range of 450 to 600 nm.

【0074】次に、−240℃において、アルミニウム
電極間に11Vの電圧を印加したところ、界面から発光
が確認された。このとき、平坦な石英ガラス基板を用い
た素子では、350nm付近の鋭い発光ピークのほか
に、不純物に起因する460〜620nmのブロードな
発光ピークが観測された。一方、回折格子を用いた素子
では、600nmより短波長側では350nmの発光ピ
ークしか観測されなかった。350nmの発光ピークに
おける発光量については、回折格子を用いた素子では、
平坦な石英ガラス基板を用いた素子と比較して4倍程度
大きかった。
Next, when a voltage of 11 V was applied between the aluminum electrodes at −240 ° C., light emission was confirmed from the interface. At this time, in the device using the flat quartz glass substrate, a broad emission peak at 460 to 620 nm due to impurities was observed in addition to a sharp emission peak near 350 nm. On the other hand, in the device using the diffraction grating, only the emission peak at 350 nm was observed on the shorter wavelength side than 600 nm. Regarding the amount of light emission at the emission peak of 350 nm, the element using the diffraction grating
The size was about four times larger than that of an element using a flat quartz glass substrate.

【0075】実施例10 1800本/mmの格子溝を有し、表面にアルミニウム
を蒸着したホログラフィック回折格子を2個用意した。
また、メチル(2,4−ジニトロフェニル)アミノ−2
−プロパノエート(MAP)をジオキサンに1×10-4
mol/Lの濃度で溶解した溶液を調製した。一方の回
折格子上にMAP溶液をスピンコートし、溶媒を蒸発さ
せて厚さ10μmの光機能膜を形成した。この光機能膜
の上に、他方のホログラフィック回折格子を対向させて
設けた。この素子の光路長は1cmであった。
Example 10 Two holographic diffraction gratings having 1800 grooves / mm of grating grooves and aluminum vapor-deposited on the surface were prepared.
In addition, methyl (2,4-dinitrophenyl) amino-2
-Propanoate (MAP) in dioxane 1 x 10 -4
A solution dissolved at a concentration of mol / L was prepared. A MAP solution was spin-coated on one of the diffraction gratings, and the solvent was evaporated to form an optical functional film having a thickness of 10 μm. The other holographic diffraction grating was provided on the optical functional film so as to face it. The optical path length of this device was 1 cm.

【0076】この素子に、CW色素レーザーから波長5
30nmのレーザー光を入射し、回折格子上のアルミニ
ウム膜から、パルス幅1μsec、電場1kV/mmの
駆動電圧を印加し、透過光強度を測定した。その結果、
図14に示すように駆動電圧の印加により透過光が検出
され、変調されていた。
A wavelength of 5 from a CW dye laser was applied to this device.
A 30 nm laser beam was incident, a driving voltage with a pulse width of 1 μsec and an electric field of 1 kV / mm was applied from the aluminum film on the diffraction grating, and the transmitted light intensity was measured. as a result,
As shown in FIG. 14, the transmitted light was detected and modulated by the application of the drive voltage.

【0077】実施例11 本実施例では図15に示す光機能素子(光変調素子)を
作製した。1800本/mmの格子溝を有し、表面にア
ルミニウム42を蒸着したホログラフィック回折格子4
1を2個用意した。また、2−メチル−4−ニトロアニ
リン(MNA):ポリ(メチルメタクリレート)=1:
0.55(重量比)をTFTに溶解した溶液を調製し
た。一方の回折格子上にこの溶液をスピンコートし、溶
媒を蒸発させて厚さ5μmの光機能膜43を形成した。
この光機能膜43の上に、他方のホログラフィック回折
格子41を対向させて配置した。この素子の光路長は3
0μmであった。この素子を80℃に加熱し、直流電源
44から2層のアルミニウム42を通して80Vの直流
電圧を30時間印加してポーリングを行った。また、2
層のアルミニウム42には、MNA/PMMAからなる
光機能膜43にAC電圧を印加して光機能膜43の屈折
率を変化させるための駆動回路45が接続されている。
この光変調素子の後段に、1920本/mmの格子溝を
有し、表面にアルミニウム52を蒸着した、2個のホロ
グラフィック回折格子51を対向させて設けた。これら
のホログラフィック回折格子51は、光が光変調素子か
ら出た後に光の群速度を遅延させる光遅延素子として作
用する。
Example 11 In this example, an optical functional element (optical modulator) shown in FIG. 15 was manufactured. Holographic diffraction grating 4 having 1800 grooves / mm of grating grooves and aluminum 42 vapor-deposited on the surface.
Two pieces of 1 were prepared. In addition, 2-methyl-4-nitroaniline (MNA): poly (methyl methacrylate) = 1:
A solution was prepared by dissolving 0.55 (weight ratio) in the TFT. This solution was spin-coated on one diffraction grating and the solvent was evaporated to form an optical functional film 43 with a thickness of 5 μm.
The other holographic diffraction grating 41 was arranged on the optical functional film 43 so as to face it. The optical path length of this device is 3
It was 0 μm. This device was heated to 80 ° C., and a direct current voltage of 80 V was applied from the direct current power source 44 through the two-layer aluminum 42 for 30 hours to perform poling. Also, 2
A drive circuit 45 for applying an AC voltage to the optical functional film 43 made of MNA / PMMA to change the refractive index of the optical functional film 43 is connected to the aluminum layer 42.
Two holographic diffraction gratings 51 each having a grating groove of 1920 lines / mm and having aluminum 52 vapor-deposited on the surface were provided in the subsequent stage of this light modulation element so as to face each other. These holographic diffraction gratings 51 act as an optical delay element that delays the group velocity of light after the light exits the light modulation element.

【0078】CW色素レーザーから波長530nmのレ
ーザー光を光変調素子および光遅延素子に入射した。こ
の入射光は、電場ベクトルの方向が格子溝に垂直な偏光
である。光変調素子および光遅延素子中において、光の
群速度は真空中の光速の約1/8になる。駆動回路45
から2層のアルミニウム42を通してピーク電圧300
V、周波数240MHzのAC電圧を印加することによ
り、光機能膜43の屈折率を変化させてAM変調した。
後段の光遅延素子部からシグナルを取り出した結果、出
力光の周波数は1.7GHzとなっていた。このよう
に、光の群速度が素子内で遅延した後、素子を出る際に
高速化していることがわかる。
Laser light having a wavelength of 530 nm from a CW dye laser was made incident on the optical modulator and the optical delay element. The incident light is polarized light whose electric field vector is perpendicular to the grating grooves. In the optical modulator and the optical delay element, the group velocity of light is about 1/8 of the velocity of light in vacuum. Drive circuit 45
To 300 peak voltage through 2 layers of aluminum 42
By applying an AC voltage of V and a frequency of 240 MHz, the refractive index of the optical functional film 43 was changed to perform AM modulation.
As a result of extracting the signal from the optical delay element section in the latter stage, the frequency of the output light was 1.7 GHz. Thus, it can be seen that after the group velocity of light is delayed within the element, the group velocity of light is increased when leaving the element.

【0079】実施例12 ブロック共重合体を構成するモノマーとして、下記化学
式に示すスチレンおよびイソプレンを用いた。
Example 12 Styrene and isoprene represented by the following chemical formulas were used as the monomers constituting the block copolymer.

【0080】[0080]

【化1】 [Chemical 1]

【0081】スチレンおよびイソプレンをテトラヒドロ
フラン中において、sec−ブチルリチウムを開始剤と
して用い、逐次リビングアニオン重合した。その結果、
分子量34×104 のポリスチレン鎖と分子量18×1
4 のポリイソプレン鎖からなるブロック共重合体が得
られた。得られたブロック共重合体を溶媒に溶解し、基
板上にキャストして薄膜を形成した。電子顕微鏡で観察
したところ、この薄膜は格子定数が約200nmのダイ
ヤモンド構造を有していた。この薄膜を共重合体膜Aと
する。
Styrene and isoprene were successively subjected to living anionic polymerization in tetrahydrofuran using sec-butyllithium as an initiator. as a result,
Polystyrene chain with molecular weight 34 × 10 4 and molecular weight 18 × 1
A block copolymer consisting of 0 4 polyisoprene chains was obtained. The obtained block copolymer was dissolved in a solvent and cast on a substrate to form a thin film. When observed with an electron microscope, this thin film had a diamond structure with a lattice constant of about 200 nm. This thin film is referred to as a copolymer film A.

【0082】一方、モノマー比を変化させた以外は上記
と同様に逐次リビングアニオン重合により、分子量47
万のポリスチレン鎖と分子量11万のポリイソプレン鎖
からなるブロック共重合体を合成した。上記と同様に、
得られたブロック共重合体を溶媒に溶解し、基板上にキ
ャストして薄膜を形成した。電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、この薄膜は格子定数が約200nmの面心立方(F
CC)構造を有していた。この薄膜を共重合体膜Bとす
る。
On the other hand, a molecular weight of 47 was obtained by sequential living anionic polymerization in the same manner as above except that the monomer ratio was changed.
A block copolymer consisting of 10,000 polystyrene chains and a polyisoprene chain having a molecular weight of 110,000 was synthesized. Similar to the above,
The obtained block copolymer was dissolved in a solvent and cast on a substrate to form a thin film. When observed with an electron microscope, this thin film has a face-centered cubic (F
CC) structure. This thin film is referred to as a copolymer film B.

【0083】共重合体膜AおよびBの透過スペクトルを
測定した。このうち共重合体膜Aの透過スペクトルを図
16に示す。この図に示されるように、共重合体膜Aは
約400nm近傍の波長領域の光を透過せず、フォトニ
ック・バンドギャップが形成されていることがわかる。
一方、図示しないが、共重合体膜Bにはフォトニック・
バンドギャップは形成されなかった。これらの結果は、
FCC構造ではフォトニック・バンドギャップが現れに
くく、対称性の低いダイヤモンド構造では現れやすいと
いう知見と一致している。
The transmission spectra of copolymer films A and B were measured. The transmission spectrum of copolymer film A is shown in FIG. As shown in this figure, it can be seen that the copolymer film A does not transmit light in the wavelength region near about 400 nm and a photonic band gap is formed.
On the other hand, although not shown, the photonic film
No band gap was formed. These results are
This is consistent with the finding that a photonic bandgap is unlikely to appear in the FCC structure and is likely to appear in a diamond structure having low symmetry.

【0084】実施例13 実施例12と同様に逐次リビングアニオン重合により、
下記化学式で表されるレーザー色素モノマーとイソプレ
ンとのブロック共重合体を合成した。
Example 13 By sequential living anionic polymerization as in Example 12,
A block copolymer of a laser dye monomer represented by the following chemical formula and isoprene was synthesized.

【0085】[0085]

【化2】 [Chemical 2]

【0086】得られたブロック共重合体を溶媒に溶解し
た後、溶媒に不溶な直径約100nmの架橋変性ポリイ
ソプレン球を混入した。この液を基板上にキャストして
薄膜を形成した。この薄膜を共重合体膜Cとする。ポリ
イソプレン球は、相分離したブロック共重合体における
屈折率の周期的な変化を乱す不純物となる。共重合体膜
Cの透過スペクトルを図17に示す。この図に示される
ように、フォトニック・バンドギャップの中央部に、薄
膜を透過する波長領域が現われている。
After the obtained block copolymer was dissolved in a solvent, crosslinked modified polyisoprene spheres having a diameter of about 100 nm which were insoluble in the solvent were mixed. This solution was cast on a substrate to form a thin film. This thin film is referred to as a copolymer film C. Polyisoprene spheres become impurities that disturb the periodic change in the refractive index in the phase-separated block copolymer. The transmission spectrum of copolymer film C is shown in FIG. As shown in this figure, a wavelength region that penetrates the thin film appears at the center of the photonic bandgap.

【0087】この共重合体膜Cに、窒素レーザーから波
長337nm、繰り返し10Hz、時間幅10nsec
のレーザー光を照射し、平均パワーを徐々に上げて出力
エネルギーを測定した。このときの入力エネルギーと出
力エネルギーとの関係を図18に示す。この図に示され
るように、入力エネルギーがしきい値以上になると入力
エネルギーに比例して出力エネルギーが大きくなってい
る。このことから、レーザー発振が起こっていることが
わかる。
A wavelength of 337 nm from a nitrogen laser, a repetition rate of 10 Hz, and a time width of 10 nsec were applied to the copolymer film C.
Was irradiated with the laser beam, and the average power was gradually increased to measure the output energy. FIG. 18 shows the relationship between the input energy and the output energy at this time. As shown in this figure, when the input energy exceeds the threshold value, the output energy increases in proportion to the input energy. From this, it can be seen that laser oscillation is occurring.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、小
さな設置スペースで光信号を遅延させることができる光
機能素子、および光信号の遅延や屈折率制御を利用して
各種光機能材料の機能を有効に発揮できる光機能素子を
提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, an optical functional element capable of delaying an optical signal in a small installation space, and various optical functional materials utilizing optical signal delay and refractive index control. It is possible to provide an optical functional device capable of effectively exhibiting the above function.

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

【図1】フォトニック・バンド構造を透過する光の振動
数と波束の波数との関係を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the frequency of light passing through a photonic band structure and the wave number of a wave packet.

【図2】フォトニック・バンド構造を透過する光の波長
と光の速度との関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a wavelength of light transmitted through a photonic band structure and a speed of light.

【図3】金属を含むフォトニック・バンド構造を透過す
る光の振動数と波束の波数との関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency of light transmitted through a photonic band structure containing metal and the wave number of a wave packet.

【図4】基本波および第2高調波の波長と屈折率との関
係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a wavelength of a fundamental wave and a second harmonic and a refractive index.

【図5】光変調素子の屈折率の変化に伴う、波長と透過
率との関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between wavelength and transmittance with a change in the refractive index of the light modulation element.

【図6】本発明の実施例1における光遅延素子の斜視
図。
FIG. 6 is a perspective view of an optical delay element in Example 1 of the present invention.

【図7】本発明の実施例2における光遅延素子の斜視
図。
FIG. 7 is a perspective view of an optical delay element in Example 2 of the present invention.

【図8】本発明の実施例3における光遅延素子の斜視
図。
FIG. 8 is a perspective view of an optical delay element in Example 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施例4における波長変換素子の断面
図。
FIG. 9 is a sectional view of a wavelength conversion element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例4における波長変換素子で測
定された、入射光の波長と、第二高調波の強度との関係
を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the wavelength of incident light and the intensity of the second harmonic measured by the wavelength conversion element in Example 4 of the present invention.

【図11】本発明の実施例5における光波長変換素子の
断面図。
FIG. 11 is a sectional view of a light wavelength conversion element according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例5における波長変換素子で測
定された、第二高調波の波長と強度との関係を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the wavelength and intensity of the second harmonic measured by the wavelength conversion element according to the fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施例6における光増幅器の斜視
図。
FIG. 13 is a perspective view of an optical amplifier according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例10における光変調素子によ
り得られた変調信号を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a modulation signal obtained by an optical modulation element according to Example 10 of the present invention.

【図15】本発明の実施例11における光変調器の断面
図。
FIG. 15 is a sectional view of an optical modulator according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例12の共重合体膜Aの透過ス
ペクトル。
FIG. 16 is a transmission spectrum of the copolymer film A of Example 12 of the invention.

【図17】本発明の実施例13の共重合体膜Cの透過ス
ペクトル。
FIG. 17 is a transmission spectrum of the copolymer film C of Example 13 of the present invention.

【図18】本発明の実施例13の共重合体膜Cの入力エ
ネルギーと出力エネルギーとの関係を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a relationship between input energy and output energy of the copolymer film C of Example 13 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガラス基板 2…レジスト 3…金・ガラス多層膜 11…コア 12…クラッド 21…ホログラフィック回折格子 22…銀 23…光機能膜 24…銀 25…直流電源 31…ホログラフィック回折格子 33…光機能膜 34…シリンドリカルレンズ 41…ホログラフィック回折格子 42…アルミニウム 43…光機能膜 44…直流電源 45…駆動回路 51…ホログラフィック回折格子 52…アルミニウム 1 ... Glass substrate 2 ... Resist 3 ... Gold / glass multilayer film 11 ... Core 12 ... Clad 21 ... Holographic diffraction grating 22 ... Silver 23 ... Optical functional film 24 ... Silver 25 ... DC power supply 31 ... Holographic diffraction grating 33 ... Optical functional film 34 ... Cylindrical lens 41 ... Holographic diffraction grating 42 ... Aluminum 43 ... Optical functional film 44 ... DC power supply 45 ... Drive circuit 51 ... Holographic diffraction grating 52 ... Aluminum

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01S 3/10 H01S 3/10 Z 3/16 3/16 (56)参考文献 特開 平7−159609(JP,A) 特開 平4−241486(JP,A) J.P.Dowling,C.M.B owden,ANOMALOUS IN DEX OF REFRACTION IN PHOTONIC BANDGA P MATERIALS,Journa l of Modern Optic s,1994年,vol.41,no.2,p p.345−351 迫田和彰、大高一雄,フォトニック結 晶中の非線形光学過程,「量子位相エレ クトロニクス」平成7年度研究成果報告 書(研修成果報告会論文集),日本, 1996年 2月 1日,第95−100ページ Kenneth O.Hill,ブラ ッググレーティング・ファイバデバイ ス,OPTRONICS,1995年,第 135−141ページ (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/00 - 1/125 G02F 1/29 - 7/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01S 3/10 H01S 3/10 Z 3/16 3/16 (56) Reference JP-A-7-159609 (JP, A) Kaihei 4-241486 (JP, A) J. P. Dowling, C.I. M. Bowden, ANOMALOUS IN DEX OF REFRACTION IN PHOTONIC BANDGA P MATERIALS, Journal of Modern Optics, 1994, vol. 41, no. 2, pp. 345-351 Kazuaki Sakoda, Kazuo Otaka, Nonlinear Optical Process in Photonic Crystals, "Quantum Phase Electronics" 1995 Research Results Report (Proceedings of Training Results Report Meeting), Japan, February 1, 1996 , Pp. 95-100 Kenneth O.M. Hill, Bragg Grating Fiber Devices, OPTRONICS, 1995, pp. 135-141 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/00-1/125 G02F 1/29- 7/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】フォトニック・バンドを形成する回折格子
と、その表面に順次形成された金属膜、光機能膜、およ
び金属膜とを有し、前記光機能膜は二次非線形光学材
料、三次非線形光学材料、発光材料、光増幅材料および
電気光学材料からなる群より選択される光機能材料を含
ことを特徴とする光機能素子。
1. A diffraction grating that forms a photonic band, and a metal film, an optical functional film, and a metal film that are sequentially formed on the surface of the diffraction grating , wherein the optical functional film is a second-order nonlinear optical material.
Materials, third-order nonlinear optical materials, light-emitting materials, optical amplification materials and
Including an optical functional material selected from the group consisting of electro-optical materials
Optical functional device according to claim no possible.
【請求項2】互いに対向して配置され、フォトニック・
バンドを形成する、表面にそれぞれ金属膜が形成された
2個の回折格子または表面に金属膜が形成された回折格
子および平坦な金属体の組と、前記2個の回折格子の間
または回折格子と平坦な金属体との間に挟まれた光機能
膜とを有し、前記光機能膜は二次非線形光学材料、三次
非線形光学材料、発光材料、光増幅材料および電気光学
材料からなる群より選択される光機能材料を含むことを
特徴とする光機能素子。
2. A photonic device arranged facing each other.
Two diffraction gratings each having a metal film formed on the surface or a pair of a diffraction grating having a metal film formed on the surface and a flat metal body forming a band, and between or between the two diffraction gratings And an optical functional film sandwiched between a flat metal body, and the optical functional film is a second-order nonlinear optical material or a third-order nonlinear optical material.
Non-linear optical materials, light emitting materials, light amplification materials and electro-optics
An optical functional element comprising an optical functional material selected from the group consisting of materials .
【請求項3】前記光機能膜が、二次非線形光学材料、三
次非線形光学材料、発光材料、光増幅材料および電気光
学材料からなる群より選択される光機能材料を分散させ
たポリマーからなることを特徴とする請求項1または2
に記載の光機能素子。
3. The optical functional film is a second-order nonlinear optical material,
Non-linear optical materials, luminescent materials, optical amplification materials and electro-optics
3. A polymer in which an optical functional material selected from the group consisting of scientific materials is dispersed.
The optical functional device described in 1.
【請求項4】互いに対向して配置され、表面にそれぞれ
金属膜が形成された、フォトニック・バンドを形成する
2個の回折格子と、これらの回折格子の間に挟まれた電
気光学材料と、前記金属膜に接続され、前記電気光学材
料の屈折率を変化させるための電圧を印加する駆動回路
とを有することを特徴とする光機能素子。
4. Two diffraction gratings, which are arranged to face each other and each have a metal film formed on the surface thereof to form a photonic band, and an electro-optical material sandwiched between these diffraction gratings. A drive circuit connected to the metal film and applying a voltage for changing the refractive index of the electro-optical material.
【請求項5】請求項4記載の、光変調素子として機能す
る光機能素子の後段に、互いに対向して配置され、表面
にそれぞれ金属膜が形成された、フォトニック・バンド
を形成する2個の回折格子を有する光遅延素子をさらに
設けたことを特徴とする光機能素子。
Of 5. The method of claim 4, wherein, downstream of the optical functional device functions as an optical modulation element, are arranged opposite to each other, respectively a metal film formed on the surface thereof, two of forming a photonic band An optical function element further comprising an optical delay element having the diffraction grating of 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4070914B2 (en) * 1999-09-14 2008-04-02 独立行政法人科学技術振興機構 Ultra-wideband optical pulse generation method
TWI228179B (en) 1999-09-24 2005-02-21 Toshiba Corp Process and device for producing photonic crystal, and optical element
DE20122791U1 (en) * 2000-06-17 2007-11-29 Leica Microsystems Cms Gmbh scanning microscope
JP2007148463A (en) * 2002-09-20 2007-06-14 Rikogaku Shinkokai Photonic crystal
JP2007286635A (en) * 2002-09-20 2007-11-01 Rikogaku Shinkokai Photonic crystal
WO2008047514A1 (en) * 2006-10-20 2008-04-24 Nagoya Institute Of Technology Microphase-separation structure, immobilized microphase-separation structure and wavelength-variable laser oscillator, temperature sensor and light filter using the structure
KR100993894B1 (en) * 2008-10-21 2010-11-11 한국과학기술원 High-harmonic generation apparatus using a local field enhancement for lap-top size
JP5388650B2 (en) * 2009-03-25 2014-01-15 三菱電機株式会社 Electromagnetic wave control element
KR101108641B1 (en) * 2010-02-05 2012-01-31 중앙대학교 산학협력단 Optical device using negative Goos-Hanchen shift

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.P.Dowling,C.M.Bowden,ANOMALOUS INDEX OF REFRACTION IN PHOTONIC BANDGAP MATERIALS,Journal of Modern Optics,1994年,vol.41,no.2,pp.345−351
Kenneth O.Hill,ブラッググレーティング・ファイバデバイス,OPTRONICS,1995年,第135−141ページ
迫田和彰、大高一雄,フォトニック結晶中の非線形光学過程,「量子位相エレクトロニクス」平成7年度研究成果報告書(研修成果報告会論文集),日本,1996年 2月 1日,第95−100ページ

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