JPH03180821A - 非線形光学材料およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は非線形光学効果を利用した光デバイスの基礎を
なす、半導体微粒子をドープしたガラス非線形光学材料
およびその製造法に関する。

従来の技術 現在　光技術は光フアイバ通信　光ディスクを中心とし
て既に活発な実用化の段階に達していもこうした状況に
いたるブレイクスルーは１９６０−７０年代の半導体レ
ーザおよび低損失光ファイバノ開発と１９８０年代の活
発な実用化研究に依って遠戚されたものといえも　しか
しながら光技術の持つ特徴（高速性と並列性）を最大限
に活用しようとする次世代の光技瓶　例えば電気処理を
経由しない全光化光通信　光コンピュータ、超高密度メ
モリ。

等を想定したとき、より高度な光機能デバイスが必要と
されも　一方　電気技術における様々な処理機能　例え
ば電気信号の増幅や切り替え操作論理メモリ、等の機能
はすべて電気信号に非線形な操作を加えて実現している
ものであり、従って電気技術と同様の機能を光技術に於
て　より高速に高機能に実現するためには非線形な動作
をする光デバイスがぜひ必要であも 光は電磁波であるが物質との相互作用においては電気的
効果の寄与が犬きｔ、％　　物質を電界中に置くと、物
質の内部に電気分極が起こも　電気の変位ベクトルＤ、
光電界Ｅと電気分極Ｐには次の関係があも Ｄ＝εａＥ＋Ｐ ここでε・は真空の誘電率であん　このＰは非線形性を
考慮に入れると１次のように表現されもＰ＝χ１１１　
Ｅ＋χｆ２１Ｅ２＋χ１３）Ｅ２＋・・・・・・ここで
非線形項は８２以上の高次の項であん　通常の光強度で
は　χ１１１）、χ（１′等の高次の項の係数が　χ■
ゝに比較して充分小さいた幽　上式は近似的に線形にな
も　しかしＱスイッチされたＮｄ　：　ＹＡＧレーザの
ような大出力光を物質に照射すると、高次の項を無視で
きなくなって非線形応答を示すことになん　代表的な２
次の非線形効果には　第２高調波発生　光整流　光混合
　パラメトリック増幅　ポッケルス効果などがあり、　
３次の非線形効果に（よ　第３高調波発生　カー効果　
光双安定性光混合などがあも　例えばガラスを用いた非
線形光学材料の場合、光強度に対して屈折率が変化し。

その研究例として０ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、１２
，８３２（１９８７）には光双安定性の発現が記載され
ている。

このような用途に使用されるガラス系非線形光学材料の
従来の技術として例えば イ）　Ｊ、Ｏｐｔ、Ｓｏｃ、Ａｍ、、７３，６４７（１
９８３）に記載されているＣｄＳにＳｅ＋−１＋をホウ
ケイ酸ガラス（これがガラスマトリックスになる）にド
ープしたシャープカットフィルタガラスを非線形光学材
料に用いるものがある。このガラスはＣｄＯ，ＣｄＳ、
　ＣｄＳｅ、　ＺｎＳ、　Ｓ、　Ｓｅ等とホウケイ酸ガ
ラスを白金坩堝に入れ１６００℃以上の高温で溶融し作
製していも　また ｏ　）　Ｊ、　ＡｐｐＬ、　Ｐｈｙｓ、　、　６３（３
）、　９５７（１９８８）に記載されているようなＣｄ
Ｓ微粒子をドープした薄膜ガラスがある。この薄膜ガラ
スはターゲットとしてコーニング製７０５９ガラスの上
にＣｄＳを載せたものを用（＼　高周波マグネトロンス
パッタリング法により７０５９ガラス（これがガラスマ
トリックスになる）にＣｄＳを２〜４重量％分散させた
ものであも 発明が解決しようとする課題 従来技術の半導体微粒子をドープしたガラスの製造方法
では次のような問題点があったイ）シャープカットフィ
ルタガラスの場合、ｉａｏ。

℃以上の高温で溶融しなければならないため半導体微粒
子が分脈　昇華しやすく、このためＣｄＳｘ　５ｅ１−
×をホウケイ酸ガラス中に数％より多く分散させること
が困難であり、またガラス組恵　半導体微粒子の種類も
自由に変えることは困難であつ氾口）スパッタリング法
を用いた場合、特に７０５９のような二酸化珪素（Ｓｉ
（ｈ）の多いガラスの場合スパッタリング速度が小さい
ので薄膜を形成するのに時間がかかり、また従来のター
ゲットを用いた方法ではガラスマトリックスに半導体微
粒子が均一に多量にドープされた薄膜を得るのが困難で
ありｔも 課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明ζよ　ガラスマトリッ
クスとしてリン系ガラスを用いるものである。また該リ
ン系ガラスマトリックスに半導体微粒子が均一に多量に
ドープされた構造の非線形光学材料を作製する方法を提
供すも 作用 本発明の非線形光学材料Ｃａｔ、　　マトリックスとし
てのリン系ガラスの溶融温度が１０００を以下であるた
べ　半導体微粒子が分脈　昇華することが少なく、この
ためガラス中に多量に分散させることが可能であり、ま
たガラス組成　半導体の種類も自由に変えることが可能
であも　さらにまた半導体とリン系ガラスの複合ガラス
をターゲットとして、スパッタリング法を用いて半導体
微粒子がガラスマトリックスに均一に多量にドープされ
た薄膜を作製することが容易であも 実施例 本発明のガラスマトリックスにはリン系ガラスが好まし
く、特にガラスの安定法　溶融の容易化半導体微粒子の
分解法　分散性を考慮した場合、少なくともＰｂＯ，Ｐ
２Ｏ５を主成分とするガラスが好ましい。

ここで微粒子としてはＣｕＣ１，ＣｕＢｒ等のＩ−ＶＩ
Ｉ族金属塩化ｉｉ　　ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＯ，Ｃｄ
Ｔｅ、Ｚｎ５ｅ、ＺｎＯ，ＺｎＴｅ、Ｉ（ｇＴｅ等のＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体Ｃｄ５Ｓｅ、Ｉ（ｇＣｄＴｅ等
の混晶ＩＩ−ＶＩ族化合物半導＆　　ＧａＡｓ、ＧａＮ
、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、　ＩｎＰ、　ＩｎＳｂ
、　ＧａＡｌＡｓ、　ＩｎＡｌＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体　あるいはＳｉ、　Ｇｅ等のＩＶ族半導体が
好ましくｔ　以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。

（実施例１） 第１表に示す組成のＰｂＯ，ＰｚＯｓを主成分とするガ
ラス原材料とＣｕＣ１あるいはＣｄＳｘ　Ｓｅｔ　−Ｘ
　（Ｘ−０，１）とを白金または金相場に入れ８５０〜
１０００℃で溶敵　かくはんした後３００℃に加熱した
金型に流し込んで厚み１、ｍｍの板状ガラスとし丸　さ
らに室温まで冷却したガラスを再度３００℃にて１時間
加熱してＣｕｅ　１あるいはＣｄＳｘＳｅｔ−）ｌの結
晶を成長させ九このガラス中のＣｕＣｌドープ量は１０
ｗｔ％であり粒子径は３０〜６０人であっｔラ　　また
ＣｄＳｘＳｅｔ−※のドープ量は１２ｗｔ％であり粒子
径は６０〜１００人であっｔ４　　上記２種の半導体を
ドープしたガラスの吸収スペクトルから得られたバンド
ギャップはそれぞれバルクの半導体に比べて０．９ｅＶ
、　０．７ｅＶブルーシフトしていることから半導体が
量子ドツトとなっていることがわかった また上記半導体以外にもＣｕＢｒ、　Ｃｄ８．　ｅｄｇ
ｅ、　ＣｄＯ，ＣｄＴｅ、　Ｚｎ５ｅ、　ＺｎＯ，Ｚｎ
Ｔｅ、　Ｉ（ｇＴｅ、　Ｉ（ｇＣｄＴｅもドープするこ
とができｔも 第１表 （単位） ｗｔ％ （実施例２） 第↓表Ｂに示す組成のリン系ガラスを合成し粉砕後これ
に４０ｗｔ％のＣｕＣ１を混合した抵　直径８０ｍ叫厚
み５ｎｏｎに成形して４００℃で焼結し　複合ガラス板
を作製し九　同様にＣｄＳｘＳｅｔ　−Ｘ　（Ｘ＝０．
１　）を４０ｗｔ％混合した複合ガラス板を作製した　
このようにして作製したガラス板をターゲットに使用し
高周波スパッタリング装置によりこのガラスの薄膜化を
行なっ九　スパッタリングはＡｒガス雰囲気で行なっ九
　膜厚２００μｍの薄膜ガラスを石英ガラス基板（厚み
０．３１１１１１１）上に形成した後、３００℃にて１
時間加熱してＣｕＣＬあるいはＣｄＳｘ　Ｓｅｔ　−Ｈ
の結晶を成長させｔうこのガラス中のＣｕＣ１ドープ量
は３１ｗｔ％であり粒子径は４０〜６０人であツｆ’−
ｏ　　またＣｄＳｘ　Ｓｅｔ　−Ｘのドープ量は２８ｗ
ｔ％であり粒子径は５０〜９０人であった　上記２種の
半導体をドープしたガラスの吸収スペクトルから得られ
たバンドギャップはそれぞれバルクの半導体に比べて１
．１ｅＶ、　０．９ｅＶブルーシフトしていることから
半導体が量子ドツトとなっていることがわかっ九 また上記半導体以外にもＣｕＢｒ、　ＣｄＳ、　ＣｄＳ
ｅ、　ＣｄＯ，ＣｄＴｅ、　Ｚｎ５ｅ、　ＺｎＯ，Ｚｎ
Ｔｅ、　ＨｇＴｅ、　ＨｇＣｄＴｅをガラス中１０〜４
０ｗｔ％混合した複合ガラスを作製することができｔも
（実施例３） 実施例２の方法により作製したＣｕＣｌドープトガラス
薄膜およびＣｄＳｘＳｅｔ　−ｘ　（Ｘ−０，１）ドー
プトガラス薄膜を用い光双安定素子を作製し？Ｑ、　　
この素子の石英ガラス基板側から波長３５０ｎｍのレー
ザ光（Ｎ２光励起色素レーザ光）をスポット径５μｍで
入射した　次に入射光の強度と出射光の強度の関係を２
５℃で測定したところ第１図に示した双安定性を示した （実施例４） 実施例２の方法において膜厚を２．５μｍとしたＣｕｃ
１ドープトガラス薄膜およびＣｄＳｘＳｅｔ−ｘ（Ｘ−
０，１）ドープトガラス薄膜を用い光双安定素子を作製
したこの素子の石英ガラス基板側から波長３５０ｎｍの
レーザ光（Ｎ２光励起色素レーザ光）をスポット径５μ
ｍで入射した　次に入射光の強度と出射光の強度の関係
を２５℃で測定したところ第２図に示したような双安定
性を示しら 発明の効果 本発明の半導体分散リン系ガラスに半導体微粒子を分散
させているの玄　半導体微粒子を高濃度に均一にドープ
した薄膜が得られ　大きな非線形光学特性を有するガラ
ス材料を得ることが可能になも　また　半導体とリン系
ガラスとの複合ガラスをターゲットとしスパッタリング
法を用いて分散させているの℃　より光濃度の薄膜が得
られもそして良好な光双安定素子等を製造することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例になる半導体ドー
プトガラスを用いた双安定素子の光双安定特性図である
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体微粒子をリン系ガラスマトリックスに分散
   させたことを特徴とする非線形光学材料。
2. （２）リン系ガラスマトリックスが少なくともＰｂＯ、
   Ｐ＿２Ｏ＿５を主成分とするガラスであることを特徴と
   する請求項１記載の非線形光学材料。
3. （３）半導体とリン系ガラスとを混合、溶融して半導体
   微粒子を前記ガラスマトリックスに分散させた半導体ド
   ープトガラスを製造することを特徴とする非線形光学材
   料の製造法。
4. （４）半導体とリン系ガラスの複合ガラスをターゲット
   としてスパッタリング法を用いて半導体微粒子を前記ガ
   ラスマトリックスに分散させた半導体ドープトガラス薄
   膜を製造することを特徴とする非線形光学材料の製造法
   。