JPH0473722A - 非線形光学材料およびその製造方法 - Google Patents

非線形光学材料およびその製造方法

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JPH0473722A
JPH0473722A JP18906590A JP18906590A JPH0473722A JP H0473722 A JPH0473722 A JP H0473722A JP 18906590 A JP18906590 A JP 18906590A JP 18906590 A JP18906590 A JP 18906590A JP H0473722 A JPH0473722 A JP H0473722A
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JP
Japan
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metal
nonlinear optical
amorphous
optical material
thin film
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Application number
JP18906590A
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English (en)
Inventor
Yoshio Manabe
由雄 真鍋
Masaru Yoshida
勝 吉田
Ichiro Tanahashi
棚橋 一郎
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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
なす金属微粒子ドープ非晶質薄膜等の非線形光学材料お
よびその製造方法に関する。
従来の技術 金属微粒子をガラス中にドープすることにより、光学非
線形性、とくに3次の非線形感受率が大きく なるこ 
と力(オフ°ティクス レタース゛第 10  巻第 
10 号第511頁(Optics Letters、
 vol、lo、 no、10. p、511 (19
85))に記載されている。金属微粒子として(上Au
、Agが用いられており、金属微粒子ドープガラスの製
造方法として(上 金属塩の還元法が使用されている。
また 溶融法を用いる場合 金属微粒子をガラスの原料
に混入して成形し その後熱処理して特定の金属を析出
させて、企 舷 銅などの金属コロイドが析出した着色
ガラスと呼ばれる金属微粒子ドープガラスを製造してい
た発明が解決しようとする課題 このような従来の非線形光学材料およびその製造方法で
限 Au微粒子ドープガラスの3次の非線形感受率は]
0−13〜I Q −IQ esuの値であり、他の非
線形光学材料に比べて非常に小さ賎 これ1よ 金属微
粒子のドープ量が5ppm以下なので3次の非線形感受
率の値が小さくなったと名えられる。このために従来の
製造方法でドープ量を増加させると、均一にドープする
ことかできなかった またAu以外のAg、Cuによる
非線形光学材料では 酸化物であるガラス中に分散させ
るので、金属微粒子が酸化されて特性を劣化させていt
ら 本発明は上記課題を解決するもので、非晶質薄膜中に金
属微粒子を均一にかつ高濃度にドープさせた 大きな非
線形光学効果を有する非線形光学材料およびその製造方
法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するためE、  少なくとも1
種類の金属微粒子を4 e X1以上の光学的禁制帯幅
を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に均一に多量に分散
させた構成よりなり、また非晶質材料と金属材料の蒸着
速度の比を時間的に変化させることによって金属微粒子
をドープさせるものである。
作用 上記の構成による本発明の非線形光学材料は金属の吸収
端(< 4 e V)より大きな光学的禁制幅である4
eV以上の光学的禁制帯幅を有する酸化物以外の非晶質
薄膜中E、  金属微粒子を分散させた構造を有してい
るため番へ  金属の吸収端付近の光を入射しても非晶
質薄膜中で吸収されることばな賎 さらに金属微粒子が
酸化してしまうことがな− また非晶質材料と金属材料
の蒸着速度の比を時間的に変化させるので、非晶質薄膜
中で金属が凝集して微粒子を形成するときに変化の時間
に応じて微粒子の粒径が制御され 金属微粒子が非晶質
薄膜中に高濃度に制御よく均一にドープされも 実施例 本発明の非晶質薄膜には窒化ほう素、 燐化はう黒 砒
化ほう素、 窒化珪素 窒化アルミニウムを用いると金
属微粒子の分散性が良好である。
非晶質薄膜中に分散させる金属微粒子には 金(Au)
、銀(Ag)、銅(Cu)が好まししt以下本発明の一
実施例について第1図および第2図を参照して説明すも 本実施例の非線形光学材料の製造方法に用いた第1のス
パッタ装置の基本概略図を第1図に示す。
スパッタ装置l(表 金属のターゲット2、窒化物のタ
ーゲット3、シャッタ4、基板5およびそれぞれのター
ゲットに供給する高周波電源6および7、絶縁物8、シ
ールド板9によって構成されている。基板5は石英ガラ
ス 金属のターゲット2としてAu、窒化物のターゲッ
ト3としては窒化珪素を用い九 スパッタガスとしてア
ルゴンを用いて、圧力を5Paにした ターゲット2、
3に供給した高周波電力はそれぞれ50、250Wであ
っ九 金属と窒化珪素の蒸着速度(瓜 それぞれ0、 
5nm/sec、  lnm/seeであツ7’Q。
非晶質材料と金属材料の蒸着速度の比を時間的に変化さ
せる一つの方法として、金属のターゲット2の全面に配
置したシャッタ4を10secごとに可動させて金属源
の開閉を行1.X、金属の蒸着速度を制御した 以上の作製条件で膜厚2μmの金属微粒子ドープ非晶質
薄膜を基板5(0,5mm厚)上に作製し總 形成した
後300℃の電気炉中で1時間加熱し通 薄膜中のAu
のドープ量は2重量%であり、粒子径は4〜6nmであ
つk 上記の金属をドープしない場合の窒化珪素薄膜の
吸収スペクトルから薄膜の光学的禁制帯幅は4eV以上
の4゜5eVであった 本実施例の非線形光学材料の製造方法に用いた第2のス
パッタ装置の基本概略図を第2図に示す。
第1図で示したスパッタ装置1と同じものについては番
号を同じにして説明を省略する。すなわちこの第2のス
パッタ装置10の特at主 第1、第2の窒化物のター
ゲット11、12、およびそれぞれのターゲットに供給
する高周波電源】3、14を備えていることである。金
属としてはA g。
基板5は石英ガラスを用い九 酸化物以外の第1および
第2の窒化物ターゲット11および12として窒化珪素
ターゲットを用いた スパッタガスとしてアルゴンを用
(\ 圧力は10Paで作製しツム  金属のターゲッ
ト2に供給した高周波電力は20Wであっ九 第1、第
2の窒化珪素のターゲラhll、 12に供給した高周
波電力は ともに200Wであった 金属の蒸着速度は
2nm/seCであり、第1、第2の窒化珪素の蒸着速
度はともに2nm/seeであつ九 非晶質材料と金属
材料の蒸着速度の比を時間的に変化させる別の方法とし
て第1の窒化珪素のターゲット11に供給する電力を一
定に保ち、第2の窒化珪素のターゲット12に供給する
電力を]0secごとに印加と停止を繰り返して、窒化
珪素の蒸着速度を制御した 膜厚5μmの金属微粒子ド
ープ非晶質薄膜を基板5(0,5mm厚)上に形成しk
 その後300℃の電気炉中で1時間加熱しt為  得
られた金属微粒子ドープ非晶質薄膜中のAgのドープ量
は4重量%であり、粒子径は5〜9nmであっt、o 
 な抵 本実施例において、金属の吸収端はAUで2.
45eV、Agで3.87eV、Cuて2.08eVで
あるから、それらの金属をドープさせる非晶質薄膜は4
eV以上の光学的禁制帯幅を有する必要がある。
またAuを除く金属は酸化され昌いので酸化物以外の非
晶質薄膜である方がよい。
また本実施例では窒化珪素非晶質薄膜を作製する場合に
窒化物のターゲットを用いた力丈 珪素のターゲットと
窒素ガスを反応させて窒化珪素を形成することも本発明
に含まれる。
上述の第1および第2のスパッタ装置で作製したAuド
ープおよびAgドープ窒化珪素非晶質薄膜を用吹 3次
の非線形感受率χ131を測定し九その結RAu微粒子
ドープ窒化珪素非晶質薄膜のχfi1は2. 0xlO
−”esu(励起波長0.53μm)、Agドープ窒化
珪素非晶質薄膜のχTe+は5. 0XIO−”esu
 (励起波長0.4μm)であった また 第1のスパッタ装置lで作製したAu微粒子ドー
プ窒化珪素非晶質薄膜を用いてファブリペロ−型共振器
を製作り、5psec以下の非常に高速のスイッチング
速度を得μ な抵 第1および第2のスパッタ装置1および10では
金属としてAuおよびAgを用いた力丈Cuとしてもよ
しも Cuドープした窒化珪素非晶質薄膜を作製すると、 3
次の非線形感受率χf31は]、  0XIO−”es
u (励起波長0.65μm)でありへまた1種類の金
属のみを用いるのではなく、 2種類以上の金属を同時
に用いてもよt、%また非晶質薄膜として上記窒化珪素
以外の窒化はう煮 燐化はう魚 砒化はう魚 窒化アル
ミニウムについても金属微粒子をドープすると3次の非
線形感受率を測定できた 発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれ(戴 少
な(とも1種類の金属微粒子を4eV以上の光学的禁制
帯幅を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に分散させた構
成よりなるので、非晶質薄膜中に金属微粒子の粒径を揃
えて均一にしかも高濃度にドープさせた 大きな非線形
光学効果を有する非線形光学材料およびその製造方法を
提供できも
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例の非線形光学利
料の第1および第2の製造方法を実施するために使用す
る装置の概略断面図である。 2・・・金属のターゲット(金属微粒子)、 3・・・
窒化物のターゲット(非晶質薄膜)。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名(卯&’1
iil埼H笑p

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも1種類の金属微粒子を、4eV以上の
    光学的禁制帯幅を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に分
    散させたことを特徴とする非線形光学材料。
  2. (2)非晶質薄膜が窒化ほう素、燐化ほう素、砒化ほう
    素、窒化珪素もしくは窒化アルミニウムのうちの少なく
    とも一つ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)金属微粒子が金(Au)、銀(Ag)もしくは銅
    (Cu)のうちの少なくとも一つの金属であることを特
    徴とする、請求項1記載の非線形光学材料。
  4. (4)金属の微粒子を非晶質薄膜中に分散させて蒸着に
    より形成する非線形光学材料の製造方法において、非晶
    質材料の蒸着速度と金属材料の蒸着速度の比を時間的に
    変化させることを特徴とする非線形光学材料の製造方法
  5. (5)金属材料のターゲットと非晶質材料のターゲット
    をそれぞれ設けて、スパッタリング法により蒸着するこ
    とを特徴とする、請求項4記載の非線形光学材料の製造
    方法。
  6. (6)非晶質材料の蒸着速度を一定に保ち、金属材料の
    蒸着速度を変化させる手段として、前記金属材料のター
    ゲットの全面に設けたシャッタを時間的に可動させるこ
    とを特徴とする、請求項4または5記載の非線形光学材
    料の製造方法。
  7. (7)金属材料の蒸着速度を一定に保ち、非晶質材料の
    蒸着速度を変化させる手段として、複数個設けた前記非
    晶質材料のターゲットのうち、実際に動作させるターゲ
    ットの数を時間的に変化させることを特徴とする、請求
    項4または5記載の非線形光学材料の製造方法。
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