JP4849226B2

JP4849226B2 - 光スイッチング装置

Info

Publication number: JP4849226B2
Application number: JP2006202632A
Authority: JP
Inventors: 隆平賀; 一郎上野; 典孝山本; 登志子溝黒; 宣孝谷垣; 教雄田中; 浩文渡邊; 志郎二木
Original assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: JP2008026835A

Description

本発明は、新しい原理に基づく光スイッチング装置に関するものである。

物質に光を照射することによる物性変化を利用して、透過光量あるいは反射光量を変化させることは難しい。フォトクロミック（光異性化）材料は光照射により物性の変化を起こす材料であるが、応答時間、透過率変化量などの点で実用的ではない。また、強誘電体液晶は電界、光の双方で配向可能であるが、光照射に対する応答は非可逆的である。光を利用したスイッチング技術についてはこれまでいくつかの提案がなされている（たとえば特許文献１、２）。

しかしながら、これまで提案されている技術とは異なる観点から創案される新たな光スイッチング技術の提案も価値のあるものと考えられる。
特開平７−２８１０５号公報特開昭６４−６３９３６号公報

本発明は、以上のような従来技術の実状に鑑みてなされたもので、これまでに提案されていない新規な原理に基づいた、所定の角度位置において出力光強度がアナログ的に変化することができる光スイッチング装置を提供することを課題とする。

本発明によれば、上記課題を解決するため、第１には、連続光である光源光に対し透過性を示し且つ該光源光の波長とは異なる波長を有する信号光に対し吸収性を示す波長帯域を持つ光吸収膜を備え、信号光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す熱レンズ効果素子、および該熱レンズ効果素子の光出力側に該熱レンズ効果素子と一定距離だけ離間して光源光の入射方向の光軸に対して垂直な方向から一定角度だけ傾斜して配置された、ピンホールを有する光信号出力部を有し、該熱レンズ効果素子にその入射面方向に一定距離だけ離間させて光源光と信号光を入射させるとともに、信号光の入射強度を変化させることにより、該熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の角度位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、該光信号出力部の該ピンホールからの出力光強度を変化させることを特徴とする光スイッチング装置を提供する。

第２には、連続光である第１の波長を有する光源光に対し透過性を示し且つ該光源光の波長とは異なる第２の波長を有する信号光に対し吸収性を示す波長帯域を持つ第１の光吸収膜を備え、信号光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す第１の熱レンズ効果素子、および該第１の熱レンズ効果素子の光出力側に該第１の熱レンズ効果素子と一定距離だけ離間して光源光の入射方向の光軸に対して垂直な方向から一定角度だけ傾斜して配置された、第１のピンホールを有する第１の光信号出力部を有し、該第１の熱レンズ効果素子にその入射面方向に一定距離だけ離間させて光源光と信号光を入射させるとともに、信号光の入射強度を変化させることにより、該第１の熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の角度位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、該第１の光信号出力部の該第１のピンホールからの出力光強度を変化させる第１の光スイッチング機構と、該第１の光スイッチング機構の出力光を信号光とし、連続光である第２の波長を有する光源光に対し透過性を示し且つ第１の波長を有する信号光に対し吸収性を示す波長帯域を持つ第２の光吸収膜を備え、信号光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す第２の熱レンズ効果素子、および該第２の熱レンズ効果素子の光出力側に該第２の熱レンズ効果素子と一定距離だけ離間して光源光の入射方向の光軸に対して垂直な方向から一定角度だけ傾斜して配置された、第２のピンホールを有する第２の光信号出力部を有し、該第２の熱レンズ効果素子にその入射面方向に一定距離だけ離間させて光源光と信号光を入射させるとともに、信号光の入射強度を変化させることにより、該第２の熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、該第２の光信号出力部の該第２のピンホールからの出力光強度を変化させる第２の光スイッチング機構と、該第２の光スイッチング機構の出力光を該第１の光スイッチング機構の信号光としてフィードバックさせる手段とを備え、発振機能を有することを特徴とする光スイッチング装置を提供する。

本発明によれば、信号光の入射強度を変化させることにより、熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の角度位置（偏向角度）−出力強度分布のプロファイルが変化し、ガウシアン様のプロファイル曲線の左裾からピークに向かう正応答領域では信号入射強度に比例してピンホールから得られる出力光強度は変化し、ピークから右裾に向かう負性応答領域では信号入射強度に反比例して変化するため、この性質を利用してピンホールから得られる出力光強度をアナログ的に変化させることが可能となる。また、本発明（請求項２の発明）では、このような性質を利用し、２つの光スイッチング機構を用い、後段の光スイッチング機構の出力を前段の光スイッチング機構の入力にフィードバックさせることにより発振機能を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の第１実施形態の光スイッチング装置１の構成を模式的に示す図である。本発明の光スイッチング装置１は、連続光である光源光２に対し透過性を示し且つ該光源光２の波長とは異なる波長を有する信号光３に対し吸収性を示す波長帯域を持つ光吸収膜を備え、信号光３を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す熱レンズ効果素子４と、光源光２と信号光３を一定距離離間して受光する光信号入力部５と、ピンホール６を有する光信号出力部７を有し、信号光３の入射強度を変化させることにより、熱レンズ効果素子４の熱レンズ効果によって光源光２の角度位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、光信号出力部７のピンホール６からの出力光強度をアナログ的に変化させることができる。

本実施形態の光スイッチング装置１は、第１の入力ポートから例えば波長６５０ｎｍの連続（ＣＷ）光である光源光２を取り込み、第２の入力ポートから例えば波長１５５０ｎｍの信号光（ゲート光）３を取り込むようになっている。光信号入力部５は第１の入力ポートおよび第２の入力ポートを備える。熱レンズ効果素子４は、信号光３が入力したときには光吸収膜が熱レンズ効果を示し、光源光２を偏向させる。その偏向量は信号光３の入射強度に応じて変化する。熱レンズ効果素子４の熱レンズ効果によって光源光２の角度位置（偏向角度）−出力強度分布のプロファイルが変化し、固定位置に配置した光信号出力部７のピンホール６から得られる出力光強度は、図１に示すようにガウシアン様のプロファイル曲線の左裾からピークに向かう正応答領域では信号入射強度に比例して変化し、ピークから右裾に向かう負性応答領域では信号入射強度に反比例して変化する。したがって、信号光３の入射強度を調整することにより、ピンホール６より所望の出力光強度の信号出力が得られるようになる。これは、入力した光源光２の出力を、信号光３の入射強度によって変化させるため、ちょうどトランジスタのような動作を行うこととなっている。

このように本実施形態の光スイッチング装置１は、連続光である光源光２に対し透過性を示し且つ該光源光２の波長とは異なる波長を有する信号光３に対し吸収性を示す波長帯域を持つ光吸収膜を備え、信号光３を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す熱レンズ効果素子４を用い、該熱レンズ効果素子４が光信号出力部７により光源光２と信号光３を一定距離離間して入射するようにしたので、光信号によりトランジスタと同様な動作を行わせることができ、ピンホール６からアナログ的な出力光強度の信号出力を得ることが可能となる。

波長６５０ｎｍの光源光２に対しては透過性を示し、波長１５５０ｎｍの信号光３に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素としては、市販の赤外線吸収色素を好適に用いることができ、さらに具体的には、例えば、図２の実線で示す透過・吸収特性を有する日本カーリット株式会社製、ＣＩＲ−９６０を使用することができる。もちろん、これに限定されない。

次に本発明の別の実施形態について述べる。

図３は本発明の第２実施形態の光スイッチング装置１１の構成を模式的に示す図である。

本実施形態の光スイッチング装置１１は第１の光スイッチング部２１と第２の光スイッチング部３１よりなる。

第１の光スイッチング部２１では、第１の入力ポートから波長６５０ｎｍの連続（ＣＷ）光である光源光２２を取り込み、第２の入力ポートから波長１５５０ｎｍの信号光２３を取り込むようになっている。第１の光信号入力部２５は第１の入力ポートおよび第２の入力ポートを備える。第１の熱レンズ効果素子２４は、信号光２３が入力したときには光吸収膜が熱レンズ効果を示し、光源光２２を偏向させる。その偏向量は信号光２３の入射強度に応じて変化する。熱レンズ効果素子２４の熱レンズ効果によって光源光２２の角度位置（偏向角度）−出力強度分布のプロファイルが変化し、固定位置に配置した第１の光信号出力部２７のピンホール２６から得られる出力光強度は、前記と同様、ガウシアン様のプロファイル曲線の左裾からピークに向かう正応答領域では信号入射強度に比例して変化し、ピークから右裾に向かう負性応答領域では信号入射強度に反比例して変化する。したがって、信号光２３の入射強度を調整することにより、ピンホール２６より所望の出力光強度の信号出力が得られるようになる。

また、第２の光スイッチング部３１では、第１の入力ポートから波長１５５０ｎｍの連続（ＣＷ）光である光源光３２を取り込み、第２の入力ポートから第１の光スイッチング部２１からの波長６５０ｎｍの出力光を信号光３３として取り込むようになっている。第２の光信号入力部３５は第１の入力ポートおよび第２の入力ポートを備える。第２の熱レンズ効果素子３４は、信号光３３が入力したときには光吸収膜が熱レンズ効果を示し、光源光３２を偏向させる。熱レンズ効果素子３４の熱レンズ効果によって光源光３２の角度位置（偏向角度）−出力強度分布のプロファイルが変化し、固定位置に配置した第２の光信号出力部３７のピンホール３６から得られる出力光強度は、前記と同様、ガウシアン様のプロファイル曲線の左裾からピークに向かう正応答領域では信号入射強度に比例して変化し、ピークから右裾に向かう負性応答領域では信号入射強度に反比例して変化する。したがって、信号光３３の入射強度を調整することにより、ピンホール３６より所望の出力光強度の信号出力が得られるようになる。

波長６５０ｎｍの光源光２２に対しては透過性を示し、波長１５５０ｎｍの信号光２３に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素としては、市販の赤外線吸収色素を好適に用いることができ、さらに具体的には、例えば、前述の日本カーリット株式会社製、ＣＩＲ−９６０を使用することができる。もちろん、これに限定されない。また、波長１５５０ｎｍの光源光３２に対しては透過性を示し、波長６５０ｎｍの信号光３３に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素としては、溶剤可溶性のフタロシアニン色素を好適に用いることができ、さらに具体的には、例えば、図２の破線で示すような特性を有する銅（II）２，９，１６，２３−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチル−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン(Copper(II)2,9,16,23,tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine)を使用することができる。もちろん、これに限定されない。

本実施形態の光スイッチング装置１１によれば、上記のような構成とし、第２の光スイッチング部３１からの出力を第１の光スイッチング部２１の入力にフィードバックすることにより実質的に発振回路としての機能を担うことができる。この場合、第１の光スイッチング部２１は信号光強度と偏向角との関係を示すプロファイル曲線における負性応答領域を利用し、第２の光スイッチング部３１は同曲線における正応答領域を利用することができる。

本発明の第１実施形態の光スイッチング装置の構成を模式的に示す図である。本発明の第１および第２の実施形態で用いる色素の透過・吸収特性を示す図である。本発明の第２実施形態の光スイッチング装置の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１、２１光スイッチング装置
２、２２、３２光源光
３、２３、３３信号光
４、２４、３４熱レンズ効果素子
５、２５、３５光信号入力部
６、２６、３６ピンホール
７、２７、３７光信号出力部

Claims

連続光である光源光に対し透過性を示し且つ該光源光の波長とは異なる波長を有する信号光に対し吸収性を示す波長帯域を持つ光吸収膜を備え、信号光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す熱レンズ効果素子、および
該熱レンズ効果素子の光出力側に該熱レンズ効果素子と一定距離だけ離間して光源光の入射方向の光軸に対して垂直な方向から一定角度だけ傾斜して配置された、ピンホールを有する光信号出力部を有し、
該熱レンズ効果素子にその入射面方向に一定距離だけ離間させて光源光と信号光を入射させるとともに、信号光の入射強度を変化させることにより、該熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の角度位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、該光信号出力部の該ピンホールからの出力光強度を変化させることを特徴とする光スイッチング装置。
連続光である第１の波長を有する光源光に対し透過性を示し且つ該光源光の波長とは異なる第２の波長を有する信号光に対し吸収性を示す波長帯域を持つ第１の光吸収膜を備え、信号光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す第１の熱レンズ効果素子、および
該第１の熱レンズ効果素子の光出力側に該第１の熱レンズ効果素子と一定距離だけ離間して光源光の入射方向の光軸に対して垂直な方向から一定角度だけ傾斜して配置された、第１のピンホールを有する第１の光信号出力部を有し、
該第１の熱レンズ効果素子にその入射面方向に一定距離だけ離間させて光源光と信号光を入射させるとともに、信号光の入射強度を変化させることにより、該第１の熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の角度位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、該第１の光信号出力部の該第１のピンホールからの出力光強度を変化させる第１の光スイッチング機構と、
該第１の光スイッチング機構の出力光を信号光とし、連続光である第２の波長を有する光源光に対し透過性を示し且つ第１の波長を有する信号光に対し吸収性を示す波長帯域を持つ第２の光吸収膜を備え、信号光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ効果を示す第２の熱レンズ効果素子、および
該第２の熱レンズ効果素子の光出力側に該第２の熱レンズ効果素子と一定距離だけ離間して光源光の入射方向の光軸に対して垂直な方向から一定角度だけ傾斜して配置された、第２のピンホールを有する第２の光信号出力部を有し、
該第２の熱レンズ効果素子にその入射面方向に一定距離だけ離間させて光源光と信号光を入射させるとともに、信号光の入射強度を変化させることにより、該第２の熱レンズ効果素子の熱レンズ効果によって光源光の位置−出力強度分布のプロファイルを変化させ、該第２の光信号出力部の該第２のピンホールからの出力光強度を変化させる第２の光スイッチング機構と、
該第２の光スイッチング機構の出力光を該第１の光スイッチング機構の信号光としてフィードバックさせる手段とを備え、
発振機能を有することを特徴とする光スイッチング装置。