JPH055909A

JPH055909A - 非線形光フアイバ及び非線形光学装置

Info

Publication number: JPH055909A
Application number: JP3045449A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kanbara; 浩久神原; Masao Yube; 雅生遊部; Kenichi Kubodera; 憲一久保寺; Hidenori Kobayashi; 秀紀小林; Hiroki Ito; 弘樹伊藤; Shoichi Sudo; 昭一須藤; Takashi Kurihara; 栗原　　隆; Naoki Oba; 直樹大庭; Toshikuni Kaino; 俊邦戒能
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JP2892516B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】光透過性、入射光の直線偏波保持に優れ、大き
な非線形光学効果を有する非線形光ファイバを提供し、
１０ｐｓ以下の極めて高速で動作する非線形光学装置を
提供する。【構成】非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶媒あ
るいは透明性に優れる高分子材料に分散せしめ、かつ分
散濃度あるいは分散体の組成を調整することにより屈折
率を微細に制御した有機物分散体６１をガラスを主成分
とする中空状細径管６２内に封入した非線形光ファイバ
およびその非線形光ファイバを使用した光学装置。【効果】光透過性、入射光の直線偏波保持に優れ、大き
な非線形光学効果を有する非線形光ファイバとすること
ができ、これを使用した非線形光学装置は高速で動作可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非線形光ファイバおよび
前記光ファイバを使用した非線形光学装置、さらに詳細
には光データ・情報処理や光通信システムにおいて将来
的に用いられる光スイッチや光メモリ、あるいは光信号
演算処理装置などの非線形光学装置、さらに前記非線形
光学装置に使用される光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学効果とは、物質中の電気分極
Ｐが、下記のように光の電界Ｅに比例する項以外に
Ｅ²、Ｅ³の高次項を持つために起こる効果である。

【０００３】Ｐ＝χ⁽¹⁾Ｅ＋χ⁽²⁾Ｅ²＋χ⁽³⁾Ｅ³・・・（１）

【０００４】特に第３項は、３次の非線形効果としてよ
く知られている第３高調波発生（周波数ωの光を放出す
る現象）を示すとともに、下式で示される光の強度に依
存した屈折率変化をもたらす。

【０００５】ｎ＝ｎ₀＋ｎ₂Ｉ、（２）

【０００６】ｎ₂は（１）式の３次非線形感受率χ⁽³⁾に
対して、

【０００７】ｎ₂＝１６π²χ⁽³⁾／ｃｎ₀ ² （３）

【０００８】ただし、ｎ₀は線形の屈折率、ｃは光束で
ある。

【０００９】この３次の非線形光学効果を有する光学媒
質と、光共振器、偏光子、あるいは反射鏡などの他の光
学素子とを組み合わせると光双安定素子、光制御光スイ
ッチ、光変調器、あるいは位相共役波発生装置など、光
情報処理や光通信システムにおいて将来的に用いられる
重要なデバイスを構築し得る。

【００１０】以下、非線形屈折率効果を応用した非線形
光学装置の中から、光カーシャッタスイッチ、ファイバ
ループミラースイッチ、そしてマッハツェンダースイッ
チについて、その従来例を説明する。

【００１１】光カーシャッタスイッチとは、図１に示し
たように、入力光をゲートパルス光でゲーティングし、
ゲートパルスの時間波形に対応した出力光を得ようとす
るものである。図中、２ａと２ｂの互いに偏光軸が直交
するよう配置された２枚の偏光子からなる直交偏光子系
であり、１は従来においては、長さ１ｍｍのガラスセル
内に封入されたＣＳ₂（二硫化炭素）液体である。この
構成においては、ゲートパルスＰ_gが入射している間だ
け、偏光子２ａを通過した入力光の直線偏波が、非線形
屈折率媒質１の屈折率変化によって楕円偏波に変わり、
そのために光の一部が直交偏光子２ｂを通過することが
できる。すなわち入力光はゲート光のパルスによって光
スイッチされる。

【００１２】入力光の瞬間透過率Ｔ及び位相変化量Δφ
はゲート光の偏光方向と入力光の偏光方向が４５°傾い
た時に最大となる。この場合、

【００１３】Ｔ＝ｓｉｎ²（Δφ／２）、（４）

【００１４】 Δφ＝２πｎ₂ＬＩ_g ／λ （５）

【００１５】で表される。ただし、Ｌは媒質長、λは入
力光波長、Ｉ_gはゲート光パワー密度、ｎ₂＝１６π²χ
⁽³⁾／ｃｎ₀ ²は非線形屈折率である。

【００１６】（４）式でΔφが充分小さいとき、

【００１７】Ｔ ∝ χ⁽³⁾Ｌ²Ｉ_g ²、（６）

【００１８】となるから、Ｔはχ⁽³⁾、ＬそしてＩ_gのそ
れぞれの２乗に比例することがわかる。そして、これか
ら、必要なゲート光強度を低減化させるには、高効率材
料を用いること、長媒質化により相互作用長を長くする
こと、ビームの小スポット化により光密度を上げるこ
と、すなわち、光ファイバ状の媒質を用いることが有効
であることもわかる。また、同じ値の透過率Ｔ、すなわ
ち同じ値の位相変化量Δφを得ようとすると、

【００１９】Ｉ_g ∝ Ｌ^-1 （７）

【００２０】の関係があることがわかる。

【００２１】本出願人等が従来型のＣＳ₂光カーシャッ
タを追試した結果では、λ＝０．８３μｍ、Ｌ＝１ｍ
ｍ、Ｉ_g＝３００ＭＷ／ｃｍ²としたときに、瞬間透過率
Ｔ＝０．４％が得られた。この結果から、（４）、
（５）式を用いて非線形屈折率ｎ₂を計算すると、

【００２２】ｎ₂＝３．１×１０^-14ｃｍ²／Ｗ、（８）

【００２３】と求まる。なお、このｎ₂値から非線形感
受率χ⁽³⁾を計算すると、

【００２４】 χ⁽³⁾＝１．６×１０^-12ｅｓｕ、（９）

【００２５】と計算される。

【００２６】このＣＳ₂光カーシャッタの応答速度はピ
コ秒程度の高速応答を示すことが確認されており、した
がって瞬間写真撮影や高速分光などの測定系に盛んに用
いられている。しかしながら、（７）式に示されたよう
に、非線形効率は必ずしも大きくなく、したがって極め
て大きなゲート光強度が必要とされるという欠点があっ
た。

【００２７】ファイバループミラースイッチとしては、
例えばK.J.Blow, N.J.Doran, B.K.Nayar, and B.P.Nels
on OPTICS LETTERS Vol. 15 (1990) 248に示されるよう
な石英系ファイバを用いたものが知られている。

【００２８】この非線形光学装置は、図２に示したよう
に、情報を持った信号光の行き先、あるいは信号光の波
形などを別の制御光によって制御しようとするものであ
る。図中に示したように、一方の入射端に入射された信
号光２１を２つの出射端にほぼ均等に分ける光カップラ
２３と、光カップラの２つの出射端に接続された石英系
ファイバ２４などの非線形屈折率効果を有する光学媒質
によって、この装置の主要部分は構成される。そして、
例えば、光カップラ２３に制御光に対してほぼ一方の出
射端だけに出射するような特性を持たせることにより、
制御光が非線形屈折率効果を有する光学媒質中を一方向
だけに伝搬するような構造を設ける。制御光が入射され
ない場合、光カップラ２３の一方の入射端に入射された
信号光は光カップラ２３でほぼ均等に分けられ非線形光
学媒質中を全く同じ距離だけそれぞれ逆方向に伝搬し光
カップラ２３に戻ってくる。すると両方向から伝搬して
きた信号光の光カップラ２３における干渉効果によっ
て、信号光が入射された入射端に信号光は出射される
（図中２５）。一方、制御光が入射された場合、非線形
光学媒質中を伝搬する信号光のうち、制御光と同方向に
伝搬する信号光は、制御光による非線形屈折率効果によ
り位相変化を受けることになる。この位相変化量Δφは
次式で与えられる。

【００２９】 Δφ＝２πｎ₂ＬＩ_in／λ （１０）

【００３０】ここで、Ｌは媒質長、Ｉ_inは制御光のパワ
ー密度、λは信号光の波長である。したがって、非線形
光学媒質中を両方向に伝搬して光カップラ２３に戻って
きた信号光の間に位相変化量Δφだけ位相差が生じ、干
渉効果によって光カップラ２３のもう一方の入射端に信
号光が出射される（図中２６）。この時、この入射端に
出射される信号光の割合Ｔは次式で与えられる。

【００３１】Ｔ＝ｓｉｎ²（Δφ／２）（１１）

【００３２】したがって、位相変化量Δφがπになるよ
うに制御光を入射すれば信号は完全に別の入射端に出射
される。しかしながら、この光学装置においても、非線
形屈折率を有する光学媒質として用いる石英系ファイバ
の非線形屈折率効果が小さいために、小さい光強度で、
Δφがπになるような動作を実現するためには数１００
ｍ以上という極めて長尺の石英系ファイバが必要とな
り、素子寸法が非常に大型化し、また、そのために素子
動作も不安定になるなどの問題があった。

【００３３】マッハツェンダースイッチは、従来、図３
に示すようなニオブ酸リチウムの電気光学効果を利用し
たものが作製されている。図３において、３１はニオブ
酸リチウム基板３２にチタンを熱拡散して作製したコ
ア、３３は電極である。ニオブ酸リチウムは、電気光学
効果を有する光学結晶であって、電界をかけることによ
り、その屈折率を変化させることができる。このため、
図３に示すような構成をとると、電界による屈折率変化
により生ずるコア中を伝搬する光の伝搬係数の変化によ
り、２つの分岐された光を合波する際、２つの光の間に
位相差が生ずる。この結果、干渉により位相差に応じて
出力される光強度が変化するため、電極に加える電位を
変化させることにより、スイッチとして働くこととな
る。しかしながら、このような電気光学効果を用いるス
イッチは電気回路的な浮遊容量などによる制限のため、
高速スイッチとして用いるには不向きであるという欠点
があった。したがって、このマッハツェンダースイッチ
においても、これらの制限のない光制御光スイッチとす
ることが望まれているのであるが、これも上述の二種の
スイッチと同様な問題、すなわち、高効率な材料がない
という問題があった。

【００３４】そこで、非線形光学効果が大きく、動作に
必要な光強度が小さい光学媒質が熱望され、活発な研究
開発が進められた。その結果、半導体の微粒子を添加し
たガラスを素材とした光ファイバや、高効率な有機結晶
を封入した光ファイバなどが開発された。しかしなが
ら、これらにおいても、光の透過率、光導波構造などの
点に数々の問題点があった。

【００３５】半導体の微粒子を添加したガラスを素材と
した光ファイバの場合、非線形光学効果は、ＳｉＯ₂に
比べて１０⁴〜１０⁵倍大きいのであるが、動作する波長
での光の吸収率が大きいために素子長は極めて短くせざ
るを得ず、結局のところ、大きな非線形光学効果を得る
のが難しいという問題点があった。

【００３６】有機結晶を封入した光ファイバの場合に
は、単位長あたりの非線形光学効果が石英ガラスに比べ
て１０²以上大きく、また、動作する波長での光の吸収
率も小さいという利点を有するが、該有機結晶の不均一
性などに起因して、光透過率や入射光の直線偏波保持に
劣り、また、光ファイバのコア部とクラッド部との屈折
率差の微細な調整を全範囲にわたり一様に行なうことが
困難であり、このため、適正な光導波構造を形成し、光
強度を高めるのが難しいという問題点があった。

【００３７】

【問題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、まず、非線形光ファイバとして、以下
の３つの構造をとることを特徴とする。

【００３８】（１）非線形屈折率効果を有する光学媒質
として、ガラスを主成分とする細径管内に中空部を設
け、非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶媒あるい
は透明性に優れる高分子材料に分散させた有機物分散体
を、該中空部に封入してコア部ｂ０とし、かつ分散濃度
あるいは分散体の組成を調整することにより、該コア部
の屈折率をクラッド部の屈折率より大きくなるように制
御する構造をとる（以下、(1)型非線形光ファイバとい
う）。

【００３９】（２）非線形屈折率効果を有する有機物を
有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散せし
め、かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整すること
により屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラスを
主成分とする中空状細径管内に封入した非線形光ファイ
バにおいて、該有機物分散体を封入するための中空部を
中心に持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等しい
屈折率を有するコアａ１と、該コアａ１の中心部に封入
された該有機物分散体からなるコアｂ１と、該コアａ１
の外側に配置されガラスを主成分とし該コアａ１より小
さい屈折率を有するクラッドとを有する構造をとる（以
下、(2)型非線形光ファイバという）。

【００４０】（３）非線形屈折率効果を有する有機物を
有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散せし
め、かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整すること
により屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラスを
主成分とする中空状細径管内に封入した非線形光ファイ
バにおいて、該有機物分散体を封入するための中空部を
中心に持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等しい
屈折率を有するコアａ２と、該コアａ２の中心部に封入
された該有機物分散体からなるコアｂ２と、該コアａ２
の外側に配置されガラスを主成分とし該コアａ２より小
さい屈折率を有するクラッドと、該クラッド中に配置し
たガラスを主成分とする少なくとも２つの応力付与部と
を有し、該応力付与部は該コアａ２をはさんで対向し、
かつ該コアａ２から離隔し、該応力付与部の熱膨張係数
が該クラッドの熱膨張係数と異なり、該コアａ２に非軸
対称の応力を加える構造をとる（以下、(3)型非線形光
ファイバという）。

【００４１】次に、非線形光学装置として、以下の構成
をとることを特徴とする。

【００４２】（４）非線形屈折率を有する光学媒質を互
いに偏光軸が直交するように配列された２枚の偏光子で
はさんだ非線形光学装置において、非線形屈折率を有す
る光学媒質として、上記(1)、(2)、(3)型非線形光ファ
イバを用いる構成をとる。

【００４３】（５）２つの入射端と２つの出射端とを有
し、一方の入射端に入射された信号光を２つの出射端に
ほぼ均等に分ける半透鏡もしくは光カップラと、当該半
透鏡もしくは光カップラの２つの出射端に接続された非
線形屈折率効果を有する光学媒質からなり、制御光を当
該光学媒質中をほぼ一方向にのみ伝搬させる構造を有す
る非線形光学装置において、非線形屈折率を有する光学
媒質として、上記(1)、(2)、(3)型非線形光ファイバを
用いる構成をとる。

【００４４】（６）１つの光束を半透鏡もしくは光カッ
プラにて、２光束に分岐し、相違なる経路を経由せしめ
ることにより、相対的光路長差を付与せしめた後、２光
束を再び合波させる光学装置において、非線形屈折率を
有する光学媒質として、上記(1)、(2)、(3)型非線系光
ファイバを用いる構成をとる。

【００４５】また、本発明の非線形光ファイバは、非線
形屈折率効果を有する有機物として、スチレン誘導体で
ある４−（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ）−β−ニトロスチ
レン（栗原、戒能「新規有機非線形光学材料ＤＥＡＮＳ
Ｔ」第５０回応用物理学会学術講演会２８ｐ−ＺＰ−１
（１９８９）、および、神原、小林、久保寺、栗原、戒
能「新規有機非線形光学材料ＤＥＡＮＳＴを用いた光Ｋ
ｅｒｒシャッタ動作」同講演会２８ｐ−ＺＰ−２、以下
ＤＥＡＮＳＴという）、イオン性結晶材料である４’−
ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムの
メトスルホネート塩（神原、小林、久保寺「有機材料を
用いた高効率光Ｋｅｒｒシャッタ動作」第３６回応用物
理学関係連合講演会２ｐ−Ｇ１４（１９８９）、以下Ｄ
ＭＳＭという）、三環系のベンジリデンアニリン誘導体
であるテレフタル−ビス［（ｐ−ジエチルアミノ）アニ
リン］（以下、ＳＢＡＣという）を使用した例を実施例
に示すが、この他非線形屈折率効果を有する有機物とし
て、３次の非線形感受率χ⁽³⁾値が１×１０^-13ｅｓｕ以
上の分子性結晶材料、あるいはイオン性結晶材料、ある
いはこれらの結晶材料を、分子中に含有または結合する
透明性に優れる高分子材料、あるいはπ電子共役系のオ
リゴマーまたはポリマー材料のいずれかあるいはこれら
を組み合わせたものを用いることを特徴とする。このよ
うな有機物としては、従来より非線形光学材料として検
討されている、分子性結晶材料である、４−ニトロアニ
リン（ｐ−ＮＡ）、４−（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ）ニ
トロベンゼン（ｐ−ＤＥＡＮＢ）、２−メチル−４−ニ
トロアニリン（ＭＮＡ）、４−ニトロフェニルプロリノ
ール（ＮＰＰ）、４−シクロオクチルアミノニトロベン
ゼン（ＣＯＡＮＢ）、Ｎ−シアノメチル−Ｎ−メチル−
４−ニトロアニリン（ＣＭＭＮＡ）などのニトロアニリ
ンおよびその誘導体、４−シクロオクチルアミノニトロ
ピリジン（ＣＯＡＮＰ）、４−アダマンタンアミノニト
ロピリジン（ＡＡＮＰ）、２−（Ｎ−プロピノール）−
５−ニトロピリジン（ＰＮＰ）などのニトロピリジン誘
導体、４−メトキシ−４’−ニトロスチルベン（ＭＮ
Ｓ）、４−ブロモ−４’−ニトロスチルベン（ＢＮ
Ｓ）、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）−４’−ニトロ
スチルベン（ＤＭＡＮＳ０、４−（Ｎ，Ｎ−ジエチルア
ミノ）−４’−ニトロスチルベン（ＤＥＡＮＳ）、４−
（Ｎ，Ｎ−ジプロピルアミノ）−４’−ニトロスチルベ
ン（ＤＰＡＮＳ）、３−メチル−４−メトキシ−４’−
ニトロスチルベン（ＭＭＮＳ）などのニトロスチルベン
誘導体、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）−４’−ニト
ロアゾベンゼン（ＤＭＡＮＡＢ）、４−（Ｎ，Ｎ−ジエ
チルアミノ）−４’−ニトロアゾベンゼン（ＤＥＡＮＡ
Ｂ）などのパラアミノニトロアゾベンゼ導体、５−ニト
ロインドール（５ＮＩＮ）やクロロニトロベンゾオキサ
ジアゾール（ＮＢＤ−ＣＩ）などのベンゾ複素環誘導
体、あるいは、イオン性結晶材料である４’−ジエチル
アミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムのメトスル
ホネート塩（ＤＥＳＭ）、４’−ジエチルアミノ−Ｎ−
メチル−４−スチルバゾリウムのヨウ素塩（ＤＥＳＩ）
などのジアルキルアミノスチルバゾリウム誘導体、およ
び表１に示す構造式で表されるピリジニウム誘導体、ア
ズレニウム誘導体、キノリウム誘導体、あるいは、π電
子共役系ポリマー材料であるポリジアセチレン誘導体、
ポリ（パラフェニレンビニレン）やポリ（２，５−チェ
ニレンビニレン）に代表されるポリアリレンビニレンな
ど、およびこれらのポリマーの基本単位を構成成分とす
るオリゴマー材料など、および、これらの分子を構成す
る水素を重水素化あるいはフッ素化したものを用いるこ
とが可能である。

【００４６】

【表１】

【００４７】また、非線形屈折率効果を有する有機物を
分散させる媒質としては、以下の実施例で示すニトロベ
ンゼン、ホルムアミド、１，２−ジクロロプロパンのほ
か、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）、アセトン、クロ
ロホルム、ベンゼン、プロパノール、アセトニトリル、
ニトロメタン、アクリロニトリル、１，３−プロパンジ
オール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、アセトアルデ
ヒド、アセトアミド、ヌジョール、α−クロロナフタレ
ン、四塩化炭素、エタノール、メタノール、クロロベン
ゼン、塩化ブチル、１−クロロペンタン、１，１，２，
２−テトラクロロエタン、および、これら上記の媒質、
例えば、ニトロベンゼン、ＤＭＦなどの重水素化あるい
はフッ素化したものなど、これらを用いて作製したコア
部ｂ０、ｂ１、ｂ２の非線形屈折率効果を含まない微弱
光に対する屈折率が、使用する光ファイバのクラッド部
より高い媒質であれば同様に使用できる。

【００４８】なお、非線形屈折率効果を有する有機物の
χ⁽³⁾としては、１０^-13ｅｓｕ以上であることを要求し
たのは、従来の石英ガラス（ＳｉＯ₂）を用いたものよ
りも素子の小型化を図るには、石英ガラスのχ⁽³⁾値１
０^-14ｅｓｕよりも１桁程度大きいことが必要だからで
ある。

【００４９】また、コアａ１またはａ２としては、上記
コアｂ１またはｂ２と屈折率が等しいか、ほぼ等しけれ
ば基本的にはいかなるものでもよい。例えば、ＧｅＯ₂
−ＳｉＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂、ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−Ｓｉ
Ｏ₂またはＳｉＯ₂−Ｆなどであることができる。また、
コアｂ０も上記列挙の材料を使用することができる。

【００５０】さらに、クラッドとしては上記コアａ１、
コアａ２またはコアｂ０より屈折率の小さいものでれ
ば、基本的にはいかなるものでもよく、例えば、ＳｉＯ
₂であることができる。また、応力付与部としては、熱
膨張係数がクラッドの熱膨張係数と異なるものであれ
ば、基本的にはいかなるものでもよく、例えば、ＳｉＯ
₂−Ｂ₂Ｏ₃などであることができる。

【００５１】なお、有機分散体としては、非線形屈折率
効果を有する有機物を液体状の媒質に溶解したもののほ
か、非線形屈折率効果を有する有機物の微粒子を含有し
た液体状媒質、非線形屈折率効果を有する有機物を添加
した固体状媒質、非線形屈折率効果を有する有機物の微
粒子を含有した固体状媒質など、コア部の非線形屈折率
効果を含まない微弱光に対する屈折率が、光ファイバの
クラッド部より大きければ、同様に使用できる。

【００５２】非線形屈折率効果を有する有機物を分散さ
せる固体分散媒としては、ポリメチルメタクリレート、
ポリアクリレート、ポリスチレンおよびこれらの誘導
体、ポリ（１，１，２，２−テトラフルオロプロピルメ
タクリレート）、ポリ（１，１，２，２，３，３，４，
４−オクタフルオロペンチルメタクリレート）などのフ
ルオロアルキルメタクリレート誘導体系ホモポリマーお
よびコポリマー、フッ素化したスチレン重合体、あるい
はフッ素化および重水素化を行なったポリアルキルメタ
クリレート、ポリアルキルアクリレート、ポリスチレ
ン、例えばペンタフルオロ−トリジュ−テロスチレン重
合体、あるいは、これらの重合体の組み合わせよりなる
共重合体なども同様に使用できる。このような重合体を
用いるにあたり、屈折率が使用する光ファイバのクラッ
ド部より高い物質であれば使用できるが、特に共重合体
を用いることによって屈折率の微細な制御が可能であ
る。

【００５３】

【作用】本発明では、従来のもの、例えば、有機結晶材
料を封入してコア部とする光ファイバに比べ、非線形屈
折率効果を有する有機物を有機溶媒あるいは透明性に優
れる高分子材料に均一に分散させるために、良好な光学
特性を得ることができる。すなわち、非線形屈折率効果
を有する有機物を有機溶媒などに分散させると、その濃
度を全範囲にわたって一様とすることが極めて容易であ
るので、光透過率や入射光の直線偏波保持に優れ、ま
た、光ファイバのコア部とクラッド部との屈折率差の微
細な調整も全範囲にわたって一様に達成できる。

【００５４】そして、(1)型非線形光ファイバを非線形
屈折率効果を有する光学媒質として用いることにより、
低い光強度で動作し、なおかつ、コンパクトな非線形光
学装置を実現することができる。

【００５５】また、(2)型非線形光ファイバを用いるこ
とにより、該有機物分散体の屈折率に不均一性がある場
合でも、ファイバ中を導波する光のモードパターンを安
定化し、安定な動作を実現することができる。

【００５６】また、(3)型非線形光ファイバを用いるこ
とにより、該有機物分散体からなるコア部分のコア径揺
らぎや温度分布などの外乱に影響されない動作を実現す
ることができる。

【００５７】本発明は、信号光や制御光の波長において
前記有機物分散体に吸収が存在する場合でも、有機物分
散体中の非線形屈折率効果を有する有機物および該有機
物を分散させる有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子
材料にそれらの分子を構成する水素を重水素化あるいは
フッ素化したものを用いることにより、吸収を避け媒質
長を長くすることによって低パワーでの動作を実現する
ことができる。図４（ａ）は、波長１．０μｍから１．
８μｍにおける、ニトロベンゼンとこの溶媒の重水素化
物との吸収特性を調べた結果である。この図４（ａ）
は、ニトロベンゼンでは、１．３μｍや１．５μｍの通
信波長帯では大きな吸収を示すため実用的でないのに対
し、この溶媒を重水素化したものを使用することによ
り、この波長帯での吸収を避けることができたことを示
している。図４（ｂ）は、ポリスチレンの分子を構成す
る水素をフッ素化および重水素化したものの吸収特性を
示したものである。ポリスチレンは１μｍ以上の波長領
域では大きな吸収があり実用的でないが、フッ素化を行
なうと通信波長領域での吸収を逃れることができ、さら
に、重水素化をも行なうことで一層吸収を小さくしてい
ることがわかる。また、ベンゼンも通信波長領域に大き
な吸収を有するが、これもフッ素化したヘキサフルオロ
ベンゼンを用いると、この領域での吸収を逃れることが
できることが確かめられた。また、これにより、波長分
散をも低減することができた。

【００５８】以上、これらのことから、適当な有機溶媒
などを重水素化あるいはフッ素化したものも使用するこ
とにより、任意の波長領域において、良好な透過特性を
得ることができることがわかる。各種の有機溶媒などを
用いたり、または、各種有機溶媒などを任意の割合で混
合させることにより、任意の波長領域（ただし、０．６
μｍ〜２μｍ）で良好な透過特性を得ることができるの
ももちろんである。

【００５９】なお、非線形屈折率効果を有する有機物と
しても、フッ素化または重水素化したのを用いるのも、
上記と同様な理由によるものである。

【００６０】光ファイバのコア部とクラッド部との屈折
率差の微細な調整が行なえることは、図５を用いるとよ
くわかる。図５は、ＤＥＡＮＳＴをＤＭＦに分散させた
場合における溶液の屈折率のＤＥＡＮＳＴ濃度依存性を
調べた結果を示したものである（ＤＭＦを用いたときの
飽和濃度は４０重量％である）。例えば、波長１．０６
μｍで屈折率１．４５０を得たいときには、この図を用
い、屈折率１．４５０に対応する溶液濃度を読み取り、
溶液濃度を１８．４重量％とすれば、正確に屈折率１．
４５０が得られるのである。なお、各種の有機溶媒など
を用いたり、または、各種有機溶媒などを任意の割合で
混合させれば、ここで示した以外の広い範囲の任意の屈
折率を正確に得ることができるのはもちろんである。

【００６１】なお、有機分散体として、固体状媒質を用
いると、応答速度が主に非線形分極効果で決まるので、
液体状媒質での分子配向効果によるものよりも、より高
速で応答できるという利点を有する。

【００６２】

【実施例１】本実施例では、本発明の(1)型非線形光フ
ァイバを用いて光カーシャッタスイッチ動作を観測した
結果を示す。ガラス細径管の中空部に封入する有機物と
して、ＤＥＡＮＳＴ（分子構造を化１に示す）を用い
た。

【００６３】

【化１】

【００６４】非線形光ファイバは、図６に示す構成をと
った。図６において、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図
であって、６１はＤＥＡＮＳＴをニトロベンゼンに飽和
するまで（３０重量％）分散させた溶液を封入したコア
径Ｄ１２５μｍのコア部、６２は外径を１ｍｍとしたガ
ラスのクラッド部である。屈折率制御によってｎ_core＞
ｎ_cladを満たし、コア部に光を効率よく閉じ込めるよう
にしてある。ｎ_core＝１．６３０、ｎ_clad＝１．５０
０、そして、比屈折率差（ｎ_core−ｎ_clad）／ｎ_core＝
８．０％とした。

【００６５】図７は、本発明の光カーシャッタスイッチ
装置７０の特性を測定する実験系である。プローブ光７
１としては、波長０．８３μｍの半導体レーザ光、ゲー
ト光としては、波長０．７０μｍのＹＡＧレーザ７２の
ＳＨＧ光励起７３の色素レーザ光７４（６ｎｓｅｃ、１
０Ｈｚ）を用いた。検出器７４としては、応答速度２ｎ
ｓｅｃのホトマルを用いた。ビーム径の大きさは、ゲー
ト光、プローブ光ともに、１１０μｍであった。この光
学系は、コリニア系になっており、従来技術のノンコリ
ニア系と異なり、光学媒質として、長尺化したもの、例
えば、非線形光ファイバを用いることができ、これによ
り、小スポット化および長媒質化による高効率化が行な
えるという特徴を有する。

【００６６】図８は、位相変化量Δφ＝２０°（すなわ
ち、シグナル透過率１％）を得るのに必要なゲート光強
度Ｐπ／6（光ファイバおよびセルの出射端でモニター
した光強度とする。以下同じ。）の媒質長依存性を示す
ものであり、非線形光ファイバ８０を用いたことによ
り、必要なゲーと光が大幅に低減されたことを示すもの
である。

【００６７】非線形光ファイバ８０を用いた場合は、小
さなスポットが長距離にわたって保持できるので、従来
技術のところで説明した（７）式から、媒質長の長さＬ
に反比例してＰπ／6が減少し、結局、１００ｍｍ長の
非線形光ファイバでは、１ｍｍ長セルに比べて、Ｐπ／
6が１／７５（光ファイバの結合効率は６６％ゆえ、ゲ
ート光強度を光ファイバの入射端でモニターすれば、１
／５０）に低減された。セル８１を用いた場合は、ビー
ム広がりによりＬ＝３ｍｍ付近からＩがＬ^-1に比例しな
くなり、すぐに飽和してしまうため、Ｐπ／6の減少の
仕方がファイバの場合に遠く及ばないことを見れば、フ
ァイバ化の長所がよくわかる。

【００６８】また、ＤＥＡＮＳＴのニトロベンゼン３０
重量％溶液を用いると、それだけで従来材料のＣＳ₂を
用いた場合に比べて、Ｐπ／6が１／２．３に低減され
るから（特願平１−１４３７９号、有機非線形光学材料
および非線形光学装置）、結局、従来の１ｍｍセルによ
るＣＳ₂光カーシャッタスイッチに比べ、Ｐπ／6値は２
桁以上も大幅に低減されたことになる。

【００６９】図９に、１００ｍｍ長非線形光ファイバを
用いて媒質長を大きくしたときのゲート光強度Ｐ
_gate（光ファイバおよびセルの出射端でモニターした光
強度とする。以下同じ。）と透過率Ｔとの関係を示す。
Ｔ値は、低ゲート光強度領域では正弦波状に増大する
が、次第に飽和し、Ｐ_gateが１／２波長強度のときに、
最大透過率２７％が得られた。この１／２波長強度のＰ
πは、１．３ｋＷ（光ファイバの結合効率は６６％ゆ
え、ゲート光強度を光ファイバの入射端でモニターすれ
ば、２ｋＷ）であった。

【００７０】この結果の最大のポイントは、わずか１０
０ｍｍ長の媒質で位相変化量πの回転が達成できたこと
であり、本発明で初めて実現できたものである。従来技
術の光ファイバでは、数百ｍ以上もの媒質長が必要であ
ったから、装置の大幅なコンパクト化が可能になったこ
とになる。

【００７１】なお、本実施例では、比屈折率差が８．０
％と大きく、多モード導波路となっているが、溶媒を
１，２−ジクロロベンゼンなどに変えて、比屈折率差を
小さくし、シングルモードを達成することはもちろん可
能である。

【００７２】応答速度に関しては、従来材料ＣＳ₂の光
シャッタ装置では、１０^-12ｓｅｃと報告されている。
本実施例においても、応答速度を調べた。図１０に、ゲ
ート光にピコ秒（１０Ｈｚ）Ｄｙｅレーザ、検出器にス
トリークカメラを用いて（ただし、このレーザとストリ
ークカメラは本実施例の以下の実験と、実施例９および
実施例１０の同様な実験にのみ使用した）、ＣＳ₂（図
中（ｃ））およびＤＥＡＮＳＴのニトロベンゼン１５重
量％溶液（図中（ｂ））とをそれぞれ３ｍｍセルに入れ
たものを光学媒質として用いて、応答速度を観測した結
果を、ゲート光の波形（図中（ａ））とともに示す。こ
れから、ＣＳ₂は、従来から報告されている値（〜２ｐ
ｓｅｃ）と同程度の２．８ｐｓｅｃで応答し、また、Ｄ
ＥＡＮＳＴ溶液も、ＣＳ₂と同程度の４ｐｓｅｃで応答
していることが実験的に確認された。ＣＳ₂において
は、応答速度は主として分子の配向効果で決まると報告
されているが、ＤＥＡＮＳＴ溶液も同様であると考えら
れる。

【００７３】なお、この光カーシャッタスイッチは、ピ
コ秒のスイッチングスピードを有するため、信号光に１
００ＧＨｚ以上の変調をかける変調機能、１００ＧＨｚ
以上の繰り返し周波数を持つ信号光パルス列から任意の
信号パルスを取り出し、低繰り返しのパルス列に変換す
るデマルチプレクシング機能、いくつかの低繰り返し光
パルス列を１００ＧＨｚ以上の光パルス列に多重化する
マルチプレクシング機能などを実現することができる。

【００７４】

【実施例２】本実施例では、(1)型非線形光ファイバの
コア径Ｄを実施例１に比べて小さくし、光密度を向上さ
せることによりさらに高効率化させた結果を示す。光カ
ーシャッタ装置は、長さ１００ｍｍの非線形光ファイバ
のコア径を１２５μｍの代わりに、３０μｍ、２０μ
ｍ、１０μｍと小さくし、ビーム径もこれに合わせて小
さくしたことの他は、非線形屈折率物質などすべて実施
例１と同様である。

【００７５】実験結果を図１１に示す。この図はシグナ
ル透過率特性のゲート光強度Ｐ_gate（光ファイバの出射
端でモニターした光強度とする。以下同じ。）依存性を
調べたものである。ゲート光強度がこの程度の小さい領
域においては、コア径が１２５μｍでは位相変化量が極
めて小さく、したがって、得られる透過率も非常に小さ
いものとなっているが、コア径が小さくなると、光密度
が向上してくるので、この程度の小さなゲート光強度で
も位相変化量πが得られている。ゲート光強度の１／２
波長強度Ｐπは、コア径が３０、２０、１０μｍと減少
するにつれて低減し、コア径が１０μｍのとは１０Ｗ
（光ファイバの結合効率は２４％ゆえ、ゲート光強度を
光ファイバの入射端でモニターすれば、５０Ｗ）となっ
た。この結果、コア径が１２５μｍのときと比べてゲー
ト光強度が２桁以上も低減されたことを示している。な
お、図に示すように、コア径の減少とともにシグナル透
過率は次第に減少し、１０μｍのときはＴ＝５％となっ
ているが、これはコア内が空間的に不均一であるためと
考えられる。本実施例においても、比屈折率差が８．０
％あるので、コア径が１０μｍのファイバでも１００本
近いモード数を有する多モード導波路であった。

【００７６】図１２は、コア径を小さくすることによる
長所をもっと詳しく調べるために、Ｐπと１／Ｄとの関
係をプロットしたものである。コア径が小さくなると、
ほぼＤ^-2に比例して、必要なゲート光強度Ｐπが大幅に
低減されている。すなわち、ゲート光強度は本実施例で
調べた領域では、コア面積に比例して減少しており、コ
ア径を小さくすることが高効率化すなわちゲート光強度
の低減化に極めて有効であることがわかる。

【００７７】そして、実施例１の結果と合わせると、本
発明の非線形光学装置である光カーシャッタスイッチ
は、従来のＣＳ₂の１ｍｍセルを用いたものに比べて、
４桁ものゲート光強度の低減化が達成できたことにな
る。

【００７８】なお、本発明の(1)型非線形光ファイバの
ガラス細径管の中空部に封入する有機物分散体として他
の材料を用いても同様の結果が得られた。例えば、ＤＭ
ＳＭ（分子構造を化２に示す）をホルムアミドに飽和す
るまで（２０重量％）溶かした溶液を用いて光カーシャ
ッタスイッチ動作を調べても、ＤＥＡＮＳＴ溶液と同様
な高効率化が達成された。すなわち、コア径が１０μｍ
で長さが１００ｍｍのファイバを用いると、必要なゲー
ト光強度を１５Ｗ（光ファイバの入射端でモニターすれ
ば、６０Ｗ）に低減できた。

【００７９】

【化２】

【００８０】また、本発明の(1)型非線形光ファイバ
は、その長さをさらに長くすることによって、より高効
率化が達成され、ゲート光として半導体レーザを用いて
もスイッチ動作が可能となった。すなわち、ファイバ長
を１ｍとしてスイッチ動作を調べたところ、シグナル透
過率として１％を得ることができた（以下に述べる
(2)、(3)型非線形光ファイバを用いても同様の結果が得
られた）。なお、この半導体レーザをゲート光として用
いてもスイッチ動作が観測されたという結果は本発明に
より初めて実現できたものである。

【００８１】

【実施例３】本実施例では、(2)型非線形光ファイバの
製法およびその特性を示す。

【００８２】図１３は本発明の(2)型非線形光ファイバ
の横断面図を示したものである。ここでコアａ１３１は
直径６μｍでＧｅＯ₂が約７ｍｏｌ％添加されたＳｉＯ₂
ガラス、コアｂ１３２はＤＥＡＮＳＴを１，２−ジクロ
ロプロパンに２０重量％分散せた溶液をコアａ１３１の
直径５μｍの中空部に封入したもの、クラッド１３３は
純粋なＳｉＯ₂ガラスである。なお、１，２−ジクロロ
プロパン溶液は、以下の実施例で示す使用波長（〜１．
３μｍ帯）で極めて良好な透過特性を有している。ファ
イバ外径は２００μｍとした。コアａ１３１とコアｂ１
３２の微弱光に対する屈折率は波長１．３２μｍにおい
て両者とも約１．４５６、コアａ、ｂとクラッドとの比
屈折率差は０．６２％とした。

【００８３】本実施例の作製方法は、図１４に示すよう
な構造の母材を用いて図示のような線引きを行なうもの
である。すなわち、クラッド用母材１４１に超音波孔開
け加工によってコア用母材１４２を挿入するための孔１
４３を１本開け、所定の寸法に研磨する。同様にコア用
母材に超音波孔開け加工によって有機物分散体を封入す
るための孔１４６を開け、所定の寸法に研磨する。そし
てこのコア用母材１４２をクラッド用母材の孔に挿入し
てヒータ１４７で約２０００℃に加熱し矢印方向に線引
いてファイバ状に加工する。そして、こうしてできたフ
ァイバの中心にある中空部に前記有機物分散体を封入す
る。

【００８４】以上の実施例では非線形光学効果を有する
コアｂ１３２の材料としてＤＥＡＮＳＴの１，２−ジク
ロロプロパン溶液、コアａ１３１の材料としてＧｅＯ₂
が添加されたＳｉＯ₂ガラスを用いたが、この他、クラ
ッド１３３に用いる材料よりも微弱光に対する屈折率が
高くコアａ１３１とコアｂ１３２との屈折率を等しくし
該コアａ１３１と該コアｂ１３２の両者に入射光を閉じ
込めることのできる組み合わせでかつコアｂ１３２の材
料が大きな非線形光学効果を有するものであれば同様に
用いることができる。本実施例では、コアａ１３１、ｂ
１３２とクラッドとの屈折率差を０．６２％としたが、
この値は１％にまであげてもモードパターンは十分安定
であった。

【００８５】上記のように、本発明によればコアｂ１３
２に非線形光学効果の大きい有機物分散体を用い、コア
ａ１３１にはガラスを用い、両者の屈折率をその組成、
材料を調節することにより等しくすることで、コアａ１
３１とコアｂ１３２に光を閉じ込めることにより、該コ
アｂ１３２部に効率よく光を閉じ込め安定に導波させ、
非線形光学効果が大きい非線形光ファイバを得ることが
できる。

【００８６】

【実施例４】本実施例では、(3)型非線形光ファイバの
製法およびその特性を示す。

【００８７】図１５は本発明の(3)型非線形光ファイバ
の横断面図を示したものである。ここでコアａ１５１は
直径６μｍでＧｅＯ₂が約７ｍｏｌ％添加されたＳｉＯ₂
ガラス、コアｂ１５２はＤＥＡＮＳＴを１，２−ジクロ
ロプロパンに２０重量％分散せた溶液をコアａ１５１の
直径５μｍの中空部に封入したもの、クラッド１５３は
純粋なＳｉＯ₂ガラス、応力付与部１５４は直径４０μ
ｍでＢ₂Ｏ₃が約１５ｍｏｌ％添加されたＳｉＯ₂ガラス
である。ファイバ外径は２００μｍ、応力付与部の中心
間距離は７６μｍとした。コアａ１５１、クラッド１５
３および応力付与部１５４の熱膨張係数は、それぞれ７
×１０^-7℃^-1および２５×１０^-7℃^-1とし、コアａ１５
１とコアｂ１５２の微弱光に対する屈折率が波長１．３
２μｍにおいて両者とも約１．４５６、コアａ１５１、
ｂ１５２とクラッドとの比屈折率差は０．６２％とし
た。このコアａ１５１、ｂ１５２とクラッドとの比屈折
率差は１％にまであげてもモードパターンは十分安定で
あった。なお、応力付与部に光が導波しないように当該
応力付与部とクラッドの比屈折率差は０または負の値で
あればよい。

【００８８】本実施例の作製方法は、図１６に示すよう
な構造の母材を用いて図示のような線引きを行なうもの
である。すなわち、クラッド用母材１６１に超音波孔開
け加工によってそれぞれコア用母材１６２を挿入するた
めの孔１６３を１本と、応力付与部用母材１６４を挿入
するための孔１６５を２本開け、所定の寸法に研磨す
る。同様にコア用母材に超音波孔開け加工によって有機
物分散体を封入するための孔１６６を開け、所定の寸法
に研磨する。そしてこのコア用母材１６２と応力付与部
用の母材１６４をそれぞれをクラッド用母材の孔に挿入
しヒータ１６７で約２０００℃に加熱し矢印方向に線引
いてファイバ状に加工する。そして、こうしてできたフ
ァイバの中心にある中空部に前記有機物分散体を封入す
る。

【００８９】図１７は本実施例における断面内の応力分
布を示したものである。本実施例においては、応力付与
部１５４の熱膨張係数がクラッド１５３に比べて大きい
ために、約２０００℃から室温までの急冷過程によって
図１７に示したように、ファイバ断面内においてコアａ
１５１内およびコアａ１５１の周辺にはｘ軸方向に大き
な張力が残留する。ここでコア内のｘおよびｙ軸方向の
応力をσ^xおよびσ^yとすると、２つの基本モードＨＥ₁₁
^xおよびＨＥ₁₁ ^yモードの実効屈折率ｎ^xおよびｎ^yはそれ
ぞれ、

【００９０】ｎ^x＝β_x／ｋ＝ｎ^x＋Ｃ₁σ^x＋Ｃ₂σ^y （１）

【００９１】ｎ^y＝β_y／ｋ＝ｎ^y＋Ｃ₂σ^x＋Ｃ₁σ^y （２）

【００９２】Ｂ＝ｎx−ｎy＝（β_x−β_y）／ｋ＝（ｎ_x0−ｎ_y0）＋（Ｃ₁−Ｃ₂）（σ^x−σ^y）（３）

【００９３】となる。ただし、β_x、β_yはそれぞれＨＥ
₁₁ ^xおよびＨＥ₁₁ ^yモードの伝搬定数であり、ｋは波数Ｃ
₁、Ｃ₂は光弾性定数、ｎ_x0、ｎ_y0はそれぞれ応力が加わ
らない場合の実効屈折率であり、コアが円形の場合には
ｎ_x0＝ｎ_y0である。

【００９４】Ｂは複屈折率であるが、この複屈折率を大
きくすると、２つの基本モード間の結合が生じにくくな
るためファイバの曲がりなどの外乱や温度変動が存在し
ても入射直線偏波を長距離にわたって保持することがで
きる。本実施例ではＢは約３×１０^-4であった。

【００９５】以上の実施例では非線形光学効果を有する
コアｂ１５２の材料としてＤＥＡＮＳＴの１，２−ジク
ロロプロパン溶液、コアａ１５１の材料としてＧｅＯ₂
が添加されたＳｉＯ₂ガラスを用いたが、この他、クラ
ッドに用いる材料よりも微弱光に対する屈折率が高くコ
アａ１５１とコアｂ１５２との屈折率を等しくし該コア
ａ１５１と該コアｂ１５２の両者に入射光を閉じ込める
ことのできる組み合わせでかつコアｂ１５２の材料が大
きな非線形光学効果を有するものであれば同様に用いる
ことができる。

【００９６】上記のように、本発明によればコアｂ１５
２に非線形光学効果の大きい有機物分散体を用い、コア
ａ１５１にはガラスを用い、両者の屈折率をその組成、
材料を調節することにより等しくすることで、コアｂ１
５２とコアａ１５１に光を閉じ込め、さらに、応力付与
部によってコアｂ１５２に複屈折率を持たせることで、
非線形光学効果が大きくしかも長距離にわたって入射直
線偏波を保持する偏波保持の非線形光ファイバを得るこ
とができる。

【００９７】

【実施例５】本実施例では、光カーシャッタスイッチに
おいて、(1)型非線形光ファイバを実施例３（および実
施例４）で示した(2)型（および(3)型）非線形光ファイ
バに変えて、有機物分散体の屈折率に不均一性がある場
合でも、ファイバ中を導波する光のモードパターンを安
定化し、安定な動作を実現した結果を示す。光カーシャ
ッタスイッチ装置は、非線形光ファイバを変えたこと、
プローブ光を波長１．２８μｍの半導体レーザとしたこ
と、ゲート光を１．３２μｍのＮｄ：モードロックＹＡ
Ｇレーザパルスとしたことの他は、実施例１と同様であ
る。(2)型非線形光ファイバは、実施例３に示したもの
を用い、コアａ１３１、コアｂ１３２とクラッドとの比
屈折率差は０．６２％とした。なお、この値は１％にま
であげてもモードパターンは十分安定であった。

【００９８】本実施例でも、実施例２と同様な、必要な
ゲート光強度の大幅な低減が見られたが、本発明の最大
のポイントは、コアｂ１３２と、コアａ１３１の屈折率
を調節することにより等しくすることで、コアａ１３１
とコアｂ１３２に光を閉じ込めることにより、該コアｂ
１２部に効率よく光を閉じ込め安定に導波させ、その結
果、得られたスッチング動作も極めて安定なものとなっ
たことである。

【００９９】なお、本発明の(2)型非線形光ファイバ
は、媒質長をさらに長くすることによって一層の低パワ
ー化が図るときに、その長所を活かされる。長い媒質長
を用いる場合には、(1)型非線形光ファイバでは、ファ
イバ中のコアとクラッドの屈折率差を保つことが難しく
なり、非線形光ファイバ中のモードパターンが不安定に
なって、その結果、安定な動作が得られない場合が考え
られる。このような場合には、コアａ１３１とコアｂ１
３２の両者に光を閉じ込める構造をもつ２重コア型の光
ファイバを用いることにより、有機物分散体の屈折率に
不均一性がある場合でも、ファイバ中を導波する光のモ
ードパターンを安定化し、安定な動作を実現することが
できるのである。

【０１００】また、さらに長い媒質長を用いる場合に
は、コア部分のコア径揺らぎや温度分布などの外乱があ
ると非線形光ファイバ中の偏光状態が不安定になり、本
発明の非線形光学装置においては干渉効果を用いている
ため、その動作が不安定になる場合がある。このような
場合には、(3)型の非線形光ファイバを用いると安定な
素子動作を得ることができる（ただし、楕円偏波の特性
が不安定になることがあるので、この場合は、２本の
(3)型非線形光ファイバを、その応力付与の方向を９０
°傾けて接合させ、これを用いることにより解決され
る）。非線形光ファイバ中の有機物分散体からなるコア
ｂ１５２とほぼ等しい屈折率を持つコアａ１５１を新た
に有機物分散体からなるコアｂ１５２の外側に設けて該
コアａ１５１と該コアｂ１５２の両者に光を閉じ込める
とともにかつ、クラッド中に応力付与部１５４を設ける
ことでクラッド１５３と応力付与部との熱膨張係数の差
に起因する応力をコアａ１５１に与え、コアａ１５１の
応力誘起複屈折率を利用してファイバ中での偏波を保持
する非線形光ファイバを用いることにより、非線形光フ
ァイバ中での偏光状態を安定化し、外乱などの影響を受
けず極めて安定な動作を実現することができるからであ
る。

【０１０１】

【実施例６】本実施例では、本発明の(1)型非線形光フ
ァイバを用いてファイバループミラースイッチ動作を観
測した結果を示す。

【０１０２】図１８は本発明の実施例を示す図である。
ここで、１８１は波長１．２８μｍの信号光、１８２は
波長１．３２μｍのＮｄ：モードロックＹＡＧレーザの
パルス圧縮によって得られた幅２ｐｓの制御光パルス、
１８３は信号光と制御光を合波するＰＡＮＤＡファイバ
カップラ、１８４は信号光と制御光を分岐するＰＡＮＤ
Ａファイバカップラ、１８５は信号光に対してほぼ５０
％、制御光に対してほぼ０％の分岐比を持つＰＡＮＤＡ
ファイバカップラ、１８６は図１９に示した、ＳｉＯ₂
からなる長さ１０ｃｍの中空細径管の内径５μｍの中空
部１９２にＤＥＡＮＳＴを１，２−ジクロロプロパンに
２０重量％分散させた溶液を封入して作製した(1)型非
線形光ファイバ、１８７は分波された出射信号光、１８
８は制御光によってスイッチングされた信号光、１８９
はスイッチングされなかった信号光、１８３ａは信号光
入射端、１８３ｂは制御光入射端、１８４ａは信号光出
射端で１８４ｂは制御光出射端である。本実施例で用い
た(1)型非線形光ファイバは外径１２５μｍ、ＤＥＡＮ
ＳＴの１，２−ジクロロプロパン溶液からなるコアの屈
折率は波長１．３２μｍにおいて１．５４６、コアとク
ラッドとの比屈折率差は０．６２％とした。

【０１０３】図１８中に示したように、制御光入射端１
８３ｂに制御光が入射されない場合、信号光入射端１８
３ａから入射された信号光は(1)型非線形光ファイバ１
８６とＰＡＮＤＡファイバカップラ１８５で構成される
干渉計により信号光入射端１８３ａに戻ってくる。一
方、制御光入射端１８３ｂに制御光パルスが入射された
場合、ＰＡＮＤＡファイバカップラ１８５で均等に分け
られた信号光のうち(1)型非線形光ファイバ中を制御光
パルスと同方向に進む信号光が非線形屈折率効果による
位相変調を受けるので、ＰＡＮＤＡファイバカップラ１
８５における干渉効果によって最終的に信号光は信号光
出射端１８４ａに出射される。

【０１０４】図２０に本実施例の光制御光スイッチに信
号光として連続光、制御光として幅２ｐｓの光パルスを
入射した場合の制御光パルス波形と信号光出射端１８４
ａに出射された信号光パルス波形を示す。本実施例によ
れば制御光パルスの強度がピーク値で１０Ｗあれば信号
光を１００％信号光出射端１８４ａにスイッチングする
ことができる。本実施例でも、図２０から明らかなよう
に１０ｐｓ以下のスイッチングスピードを有するため、
信号光に１００ＧＨｚ以上の変調をかける変調機能、１
００ＧＨｚ以上の繰り返し周波数を持つ信号光パルス列
から任意の信号パルスを取り出し、低繰り返しのパルス
列に変換するデマルチプレクシング機能、低繰り返しの
光パルス列に変換するデマルチプレクシング機能、など
を実現することができる。いくつかの低繰り返し光パル
ス列を１００ＧＨｚ以上の光パルス列に多重化するマル
チプレクシング機能などを実現することができる。本実
施例では本発明により、非線形光学効果を有する媒質と
してＤＥＡＮＳＴを用いた非線形光ファイバを使用する
ことが可能になるので、従来になく短い媒質長を用いて
も低パワーで動作し、コンパクトな装置を構成すること
ができる。

【０１０５】なお、以上の実施例では非線形光学効果を
有するコアｂの材料としてＤＥＡＮＳＴの１，２−ジク
ロロプロパン溶液、クラッドにはＳｉＯ₂を用いたが、
この他、クラッドに用いる材料よりも微弱光に対する屈
折率が高い組み合わせで、かつコアｂの材料が非線形光
学効果を有するものであれば同様に用いることができ
る。

【０１０６】本実施例では媒質長は１０ｃｍとしたが、
さらに媒質長を長くすることによって一層の低パワー化
がはかれる。しかしながら、このような長い媒質長を用
いる場合には、非線形光ファイバ中のコアとクラッドの
屈折率差を保つことが難しくなり、非線形光ファイバ中
のモードパターンが不安定になって、その結果、安定な
動作が得られない場合が考えられる。このような場合に
は、図１３に示すような(2)型非線形光ファイバ、すな
わち非線形光ファイバ中の有機物分散体からなるコアｂ
１３２とほぼ等しい屈折率を持つコアａ１３１を新たに
有機物分散体からなるコアｂの外側に設けてコアａ１３
１とコアｂ１３２の両者に光を閉じ込める構造を持つ２
重コア型の光ファイバを用いることにより、有機物分散
体の屈折率に不均一性がある場合でも、ファイバ中を導
波する光のモードパターンを安定化し、安定な動作を実
現することができる。

【０１０７】なお、さらに長い媒質長を用いる場合に
は、コア部分のコア径揺らぎや温度分布などの外乱があ
ると非線形光ファイバ中の偏光状態が不安定になり、本
発明の非線形光学装置においては干渉効果を用いている
ため、その動作が不安定になる場合がある。このような
場合には、図１５に示すような(3)型非線形光ファイ
バ、すなわち非線形光ファイバ中の有機物分散体からな
るコアｂ１５２とほぼ等しい屈折率を持つコアａ１５１
を新たに有機物分散体からなるコアｂ１５１の外側に設
けて該コアａと該コアｂの両者に光を閉じ込めるととも
にかつ、クラッド中に応力付与部１５４を設けることで
クラッド１５３と応力付与部との熱膨張係数の差に起因
する応力をコアａに与え、コアａの応力誘起複屈折率を
利用してファイバ中での偏波を保持する非線形光ファイ
バを用いることにより、非線形光ファイバ中での偏光状
態を安定化し、外乱などの影響を受けず極めて安定な動
作を実現することができる。

【０１０８】

【実施例７】図２１は実施例３の図１３に示した(2)型
非線形光ファイバを応用したマッハツェンダー型の光制
御光スイッチの実施例を示す図である。ここで信号光源
２１１は波長１．３０μｍの半導体レーザ、励起光源２
１２は波長１．３２μｍのＹＡＧレーザであり、それぞ
れの光源の光はレンズ２１３、２１４を用いてＰＡＮＤ
Ａファイバカップラ２１５の入射端２１５ａ、２１５ｂ
にそれぞれ入射される。ＰＡＮＤＡファイバカップラ２
１５は波長１．３０μｍの信号光を出射端２１５ｃ、２
１５ｄに５０：５０に分岐し、波長１．３２μｍの励起
光を出射端２１５ｃのみに分岐する。さらに、ファイバ
カップラ２１５の出射端２１５ｃと２１５ｄは本発明の
(2)型非線形光ファイバ２１６と石英系のＰＡＮＤＡフ
ァイバ２１７にそれぞれ光学的に接続されており、非線
形光ファイバ２１６とＰＡＮＤＡファイバ２１７はＰＡ
ＮＤＡファイバカップラ２１８の入射端２１８ａ、２１
８ｂにそれぞれ接続されている。ＰＡＮＤＡファイバカ
ップラ２１８は波長１．３０μｍの信号光を出射端２１
８ｃ、２１８ｄに５０：５０に分岐し、波長１．３２μ
ｍの励起光を出射端２１８ｄのみに分岐する。

【０１０９】励起光がない場合においては、信号光はす
べてＰＡＮＤＡファイバカップラ２１８の出射端２１８
ｄに出射される。しかし、励起光が入射されると非線形
屈折率効果により非線形光ファイバ２１６を通ってくる
信号光が位相変調を受ける。励起光の強度Ｐと非線形光
ファイバ２１６を通ってくる信号光が受ける位相変化量
δφの関係は次式で表される。

【０１１０】δφ＝２πＬ（２ｎ₂）Ｐ／Ａ_eff.

【０１１１】ここで、Ｌはファイバ長、ｎ₂は非線形屈
折率、Ａ_eff.は有効コア断面積である。このとき、出射
端２１８ｃ、２１８ｄに出射される信号光の強度Ｉ_c、
Ｉ_dはそれぞれ次式で表される。

【０１１２】Ｉ_c＝（１−ｃｏｓδφ）／２

【０１１３】Ｉ_d＝（１＋ｃｏｓδφ）／２

【０１１４】この式からもわかるように、励起光の強度
により出射端２１８ｃ、２１８ｄに出射される信号光強
度を制御することができる。ここで、２１８ｄの出射端
には励起光も出射されるので出射端２１８ｄから出射さ
れる信号光は分波用ＰＡＮＤＡファイバカップラによっ
て励起光から分離する必要がある。

【０１１５】本実施例では図１３に示した長さ１０ｍの
(2)型非線形光ファイバを用い、励起光のピークパワー
が４００ｍＷでＩ_c＝０．０２、Ｉ_d＝０．９８が得られ
た。図２２に信号光として連続光を、励起光として幅１
００ｐｓのモードロックパルスを入射した場合の出射端
２１８ｃ、２１８ｄから得られる信号光の波形を示す。
連続光として入射した信号光が励起光パルスにより変調
された励起光の波形に追従する。ＤＥＡＮＳＴ溶液は実
施例１で示したようにピコ秒で応答するので、本実施例
はここで示した１００ｐｓよりもさらに短い励起光パル
スを用いて信号光を制御することが可能である。さらに
本実施例では本発明により素子全体が信号光、励起光の
偏波を保持することが可能になったため、外乱などの影
響を受けず極めて安定な動作を実現できる。

【０１１６】なお、本実施例では本発明により、非線形
光学効果を有する媒質としてＤＥＡＮＳＴを用いた非線
形光ファイバを使用することが可能なので、従来になく
短い媒質長を用いても低パワーで動作し、コンパクトな
装置を構成することができる。

【０１１７】また、以上の実施例では非線形光学効果を
有するコアの材料としてＤＥＡＮＳＴの１，２−ジクロ
ロプロパン溶液、クラッドにはＳｉＯ₂を用いたが、こ
の他、クラッドに用いる材料よりも微弱光に対する屈折
率が高い組み合わせでかつコアの材料が非線形光学効果
を有するものであれば同様に用いることができる。

【０１１８】

【実施例８】図２３は実施例４の図１５に示した(3)型
非線形光ファイバを応用した光スイッチの実施例を示す
図である。ここで信号光源２３１は波長１．３０μｍの
半導体レーザ、励起光源２３２は波長１．３２μｍのＹ
ＡＧレーザであり、それぞれの光源の光はレンズ２３
３、２３４を用いてＰＡＮＤＡファイバカップラ２３５
の入射端２３５ａ、２３５ｂにそれぞれ入射される。

【０１１９】ＰＡＮＤＡファイバカップラ２３５は波長
１．３０μｍの信号光を出射端２３５ｃ、２３５ｄに５
０：５０に分岐し、波長１．３２μｍの励起光を出射端
２３５ｃのみに分岐する。さらに、ファイバカップラ２
３５の出射端２３５ｃと２３５ｄは本発明の(2)型非線
形光ファイバ２３６と石英系のＰＡＮＤＡファイバ２３
７にそれぞれ偏波保持の軸を合わせて光学的に接続され
ており、非線形光ファイバ２３６とＰＡＮＤＡファイバ
７はＰＡＮＤＡファイバカップラ２３８の入射端２３８
ａ、２３８ｂにそれぞれ偏波保持の軸を合わせて接続さ
れている。ＰＡＮＤＡファイバカップラ２３８は波長
１．３０μｍの信号光を出射端２３８ｃ、２３８ｄに５
０：５０に分岐し、波長１．３２μｍの励起光を出射端
２３８ｄのみに分岐する。

【０１２０】励起光がない場合においては、信号光はす
べてＰＡＮＤＡファイバカップラ２３８の出射端２３８
ｄに出射される。しかし、励起光が入射されると非線形
屈折率効果により偏波保持の(3)型非線形光ファイバ２
３６を通ってくる信号光が位相変調を受ける。励起光の
強度Ｐと偏波保持の非線形光ファイバ２３６を通ってく
る信号光が受ける位相変化量δφの関係は次式で表され
る。

【０１２１】δφ＝２πＬ（２ｎ₂）Ｐ／Ａ_eff.

【０１２２】ここで、Ｌはファイバ長、ｎ₂は非線形屈
折率、Ａ_eff.は有効コア断面積である。このとき、出射
端２３８ｃ、２３８ｄに出射される信号光の強度Ｉ_c、
Ｉ_dはそれぞれ次式で表される。

【０１２３】Ｉ_c＝（１−ｃｏｓδφ）／２

【０１２４】Ｉ_d＝（１＋ｃｏｓδφ）／２

【０１２５】この式からもわかるように、励起光の強度
により出射端２３８ｃ、２３８ｄに出射される信号光強
度を制御することができる。ここで、２３８ｄの出射端
には励起光も出射されるので出射端２３８ｄから出射さ
れる信号光は分波用ＰＡＮＤＡファイバカップラによっ
て励起光から分離する必要がある。

【０１２６】本実施例では図１５に示した長さ１０ｍの
(3)型偏波保持の非線形光ファイバを用い、励起光のピ
ークパワーが４００ｍＷでＩ_c＝０．０２、Ｉ_d＝０．９
８が得られた。図２４に信号光として連続光を、励起光
として幅１００ｐｓのモードロックパルスを入射した場
合の出射端２３８ｃ、２３８ｄから得られる信号光の波
形を示す。連続光として入射した信号光が励起光パルス
により変調された励起光の波形に追従する。ＤＥＡＮＳ
Ｔ溶液は実施例１で示したようにピコ秒で応答するの
で、本実施例はここで示した１００ｐｓよりもさらに短
い励起光パルスを用いて信号光を制御することが可能で
ある。さらに本実施例では本発明により素子全体が信号
光、励起光の偏波を保持することが可能になったため、
外乱などの影響を受けず極めて安定な動作を実現でき
る。

【０１２７】なお、本実施例では本発明により、非線形
光学効果を有する媒質としてＤＥＡＮＳＴを用いた非線
形光ファイバを使用することが可能なので、従来になく
短い媒質長を用いても低パワーで動作し、コンパクトな
装置を構成することができる。

【０１２８】また、以上の実施例では非線形光学効果を
有するコアの材料としてＤＥＡＮＳＴの１，２−ジクロ
ロプロパン溶液、クラッドにはＳｉＯ₂を用いたが、こ
の他、クラッドに用いる材料よりも微弱光に対する屈折
率が高い組み合わせでかつコアの材料が非線形光学効果
を有するものであれば同様に用いることができる。

【０１２９】

【実施例９】本実施例では、光カーシャッタスイッチに
おいて、(1)型非線形光ファイバの中空部に封入する有
機分散体として固体状媒質を用いて、液体状媒質を用い
た場合と同様な装置のコンパクト化を行ったのみなら
ず、固体状媒質の利点を活かして、より高速な応答を実
現した結果を示す。

【０１３０】非線形屈折率効果を有する有機物として、
ＳＢＡ（分子構造を化３に示す）を用い、これをポリメ
チルメタクリレートに分散させたものを固体状媒質とし
た。分散濃度は、５重量％である。光カーシャッタスイ
ッチ装置は、(1)型非線形光ファイバの中空部に封入す
る媒質が異なること、光ファイバのコア径が１０μｍで
あること、ファイバ長が１００ｍｍであることの他は、
実施例１と同様である。

【０１３１】

【化３】

【０１３２】本実施例でも、実施例１と同様に、ゲート
光強度Ｐ_gate（光ファイバの出射端でモニターした値と
する）と透過率Ｔとの関係を調べた。Ｔ値は、低ゲート
光領域では正弦波状に増大するが、次第に飽和し、Ｐ
_gateが１／２波長強度のときに、実施例１と同様に最大
透過率が得られることが確かめられた。１／２波長強度
のときのＰπ値は２０Ｗであった。

【０１３３】また、本実施例でも、実施例１とほぼ同様
に、応答速度を調べたところ、ピコ秒よりも高速である
ことが実験的に確認できた。これは、液体状媒質を封入
したファイバを用いた装置では、材料の応答速度が分子
配向効果で決まるため、装置の応答速度がピコ秒であっ
たのに対して、固体状媒質を封入したファイバを用いた
装置では、材料の応答速度がより高速な（＜１０^-14ｓ
ｅｃ）非線形分極効果で決まるため、装置の応答速度も
これに合わせて速くなったことによるものである。

【０１３４】すなわち、本発明により、従来の装置に比
べ、低いパワーで動作させることができるのみならず、
高速応答可能な光カーシャッタスイッチを実現したこと
になる。

【０１３５】

【実施例１０】本実施例では、光カーシャッタスイッチ
において、(1)型非線形光ファイバの中空部に封入する
非線形屈折率媒質として、実施例９より大きな非線形屈
折率効果を有する有機物を分散させた固体状媒質を用
い、応答速度を速めたことに加えて、さらに高効率化さ
せた結果を示す。

【０１３６】非線形屈折率効果を有する有機物として、
ＳＢＡＣ（分子構造を化４に示す）を用い、これをポリ
メチルメタクリレートに分散させたものを固体状媒質と
した。分散濃度は、５重量％である。光カーシャッタス
イッチ装置は、(1)型非線形光ファイバの中空部に封入
する媒質が異なる他は、すべて実施例９とと同じであ
る。

【０１３７】

【化４】

【０１３８】本実施例では、実施例９よりも非線形光学
効果の大きな有機物を用いていることに対応して、１／
２波長強度のときのＰπ値は１５Ｗ（光ファイバの出射
端でモニターした値とする）と実施例９よりも低減し
た。応答速度に関しても、装置の応答速度が、ピコ秒よ
りも高速であることが実験的に確認できた。

【０１３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、以下の
効果を有する。

【０１４０】（１）本発明の非線形光ファイバは、従来
のもの、例えば、単結晶材料を封入してコア部とするも
のに比べ、材料を均一に分散させることにより、良好な
光学特性を得ることができる。すなわち、非線形屈折率
効果を有する有機物を有機溶媒などに分散させると、そ
の濃度を全範囲にわたって一様とすることが極めて容易
であるので、光透過率や入射光の直線偏波保持に優れ、
また、光ファイバのコア部とクラッド部との屈折率差の
微細な調整も全範囲にわたって一様に達成される。

【０１４１】（２）本発明の非線形光ファイバは、応答
速度が速くしかも非線形屈折率効果の大きい有機物を封
入しているので、大きな非線形光学効果を発現でき、こ
のため、従来になくコンパクトであるにもかかわらず、
低い光パワーで動作可能で、かつ速い動作速度をもった
全光型スイッチを実現することができる。また、二重コ
ア型の非線形光ファイバを用いることにより、より良好
な屈折率制御が得られるので、媒質長を長くしてさらに
動作パワーの低減を図ることができる。そして、応力付
与型の非線形光ファイバを用いることにより、外乱等に
対しても極めて安定な全光型スイッチを実現することが
できる。

【０１４２】（３）本発明の非線形光学装置は、１０ｐ
ｓ以下の極めて高速で動作するスイッチを実現できるた
め、１００ＧＨｚ以上の大容量の光データ・情報処理や
光通信が可能になる利点を生じる。また、高効率化が図
られているので、長媒質長の非線形光ファイバを用いる
ことにより、ゲート光として半導体レーザを用いてもス
イッチ動作が実現できるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光カーシャッタスイッチの構成図。

【図２】従来のファイバループミラースイッチの構成
図。

【図３】従来のニオブ酸リチウムのマッハツェンダース
イッチの構成図。

【図４ａ】ニトロベンゼンの重水素化の特徴を示す図。

【図４ｂ】ポリスチレンのフッ素化および重水素化の特
徴を示す図。

【図５】ＤＥＡＮＳＴをＤＭＦに分散させた溶液の屈折
率のＤＥＡＮＳＴ濃度依存性を示す図。

【図６ａ】実施例１および実施例２で使用の(1)型非線
形光ファイバの断面図。

【図６ｂ】実施例１および実施例２で使用の(1)型非線
形光ファイバの斜視図。

【図７】本発明の光カーシャッタスイッチの構成図。

【図８】位相変化量Δφ＝２０°を得るのに必要なゲー
ト光強度Ｐ₀の媒質長依存性を示す図。

【図９】シグナル透過率Ｔとゲート光強度Ｐ_gateとの関
係を示す図。

【図１０ａ】ゲート光の波形を示す図。

【図１０ｂ】ＤＥＡＮＳＴの応答速度を観測した結果を
示す図。

【図１０ｃ】ＣＳ₂の応答速度を観測した結果を示す
図。

【図１１】シグナル透過率特性のゲート光強度依存性を
示す図。

【図１２】Ｐπと１／Ｄとの関係を示す図。

【図１３】(2)型非線形光ファイバの横断面図。

【図１４】(2)型非線形光ファイバの作製方法を示す
図。

【図１５】(3)型非線形光ファイバの横断面図。

【図１６】(3)型非線形光ファイバの作製方法を示す
図。

【図１７】(3)型非線形光ファイバの断面応力分布図。

【図１８】本発明のファイバループミラースイッチの構
成図。

【図１９ａ】実施例６に使用の(1)型非線形光ファイバ
の断面図。

【図１９ａ】実施例６に使用の(1)型非線形光ファイバ
の斜視図。

【図２０】実施例６のループミラースイッチの入出力特
性を示す図。

【図２１】実施例７の本発明のマッハツェンダースイッ
チの構成図。

【図２２】実施例７の本発明のマッハツェンダースイッ
チの入出力特性を示す図。

【図２３】実施例８の本発明のマッハツェンダースイッ
チの構成図。

【図２４】実施例８の本発明のマッハツェンダースイッ
チの入出力特性を示す図。

【符号の説明】

１１非線形屈折率媒質１２ａ、ｂ偏光子２１信号光２２制御光２３光カップラ２４光ファイバ２５制御光が入射されないときの出射信号光２６制御光が入射さたときの出射信号光３１コア３２ニオブ酸リチウム基板３３電極６１ＤＥＡＮＳＴのニトロベンゼン飽和溶液
を封入したコア６２ガラスのクラッド部７０光カーシャッタスイッチ装置７１プローブ光７２ＹＡＧレーザ７３色素レーザ７４検出器８０ (1)型非線形光ファイバ８１セル１３１ＧｅＯ₂が添加されたＳｉＯ₂からなるコ
アａ１３２ＤＥＡＮＳＴ／１，２−ジクロロプロパ
ン溶液からなるコアｂ１３３ＳｉＯ₂からなるクラッド１４１クラッド用母材１４２コア用母材１４３コア用孔１４６コアｂ用孔１４７ヒータ１５１ＧｅＯ₂が添加されたＳｉＯ₂からなるコ
アａ１５２ＤＥＡＮＳＴ／１，２−ジクロロプロパ
ン溶液からなるコアｂ１５３ＳｉＯ₂からなるクラッド１５４応力付与部１６１コラッド用母材１６２コア用母材１６４応力付与部用母材１６５応力付与部用孔１６６コアｂ用孔１６７ヒータ１８１信号光１８２制御光１８３第１のＰＡＮＤＡファイバカップラ１８４第２のＰＡＮＤＡファイバカップラ１８５第３のＰＡＮＤＡファイバカップラ１８６ (1)型非線形光ファイバ１８７出射制御光１８８スイッチングされた出射信号光１８９スイッチングされない出射信号光１８３ａ信号入射光１８３ｂ制御光入射端１８４ａ信号光出射端１８４ｂ制御光出射端１９１ＳｉＯ₂の中空細径管からなるクラッド１９２ＤＥＡＮＳＴ／１，２−ジクロロプロパ
ン溶液からなるコア２１１信号光源２１２励起光源２１３レンズ２１４レンズ２１５第１のＰＡＮＤＡファイバカップラ２１６本発明の(2)型非線形光ファイバ２１７ＰＡＮＤＡファイバ２１８第２のＰＡＮＤＡファイバカップラ２１５ａ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１５ｂ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１５ｃ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２１５ｄ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２１８ａ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１８ｂ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１８ｃ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２１８ｄ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２３１ＧｅＯ₂が添加されたＳｉＯ₂からなるコ
アａ２３２ＤＥＡＮＳＴ／１，２−ジクロロプロパ
ン溶液からなるコアｂ２２３３ＳｉＯ₂からなるクラッド２１１信号光源２１２励起光源２１３レンズ２１４レンズ２１５第１のＰＡＮＤＡファイバカップラ２１６本発明の(3)型非線形光ファイバ２１７ＰＡＮＤＡファイバ２１８第２のＰＡＮＤＡファイバカップラ２１５ａ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１５ｂ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１５ｃ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２１５ｄ第１のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２１８ａ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１８ｂ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの入
射端２１８ｃ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端２１８ｄ第２のＰＡＮＤＡファイバカップラの出
射端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平2−417494 (32)優先日平２(1990)12月28日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者小林秀紀東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者伊藤弘樹東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者須藤昭一東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者栗原隆東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者大庭直樹東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者戒能俊邦東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶
媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散せしめ、か
つ分散濃度あるいは分散体の組成を調整することにより
屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラスを主成分
とする中空状細径管内に封入した非線形光ファイバにお
いて、該有機物分散体を封入するための中空部を中心に
持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等しい屈折率
を有するコアａ１と、該コアａ１の中心部に封入された
該有機物分散体からなるコアｂ１と該コアａ１の外側に
配置されガラスを主成分とし該コアａ１より小さい屈折
率を有するクラッドとを有する構造を特徴とする非線形
光ファイバ。【請求項２】非線形屈折率効果を有する該有機物が、３
次の非線形感受率χ⁽³⁾として１×１０^-13ｅｓｕ以上で
あることを特徴とする請求項１記載の非線形光ファイ
バ。【請求項３】前記非線形屈折率効果を有する有機物が、
分子性結晶材料、あるいはイオン性結晶材料、あるいは
π電子共役系のオリゴマーまたはポリマー材料のいずれ
かあるいはこれらの組み合わせを有機溶媒あるいは透明
性に優れる高分子材料に分散させた有機分散体のいずれ
かあるいはこれらを組み合わせたものであることを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の非線形光ファイバ。【請求項４】前記有機物及び該有機物を分散させる有機
溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料として、それら
の分子を構成する水素を重水素化あるいはフッ素化した
ものを用いることを特徴とする請求項１から請求項３記
載のいずれかの非線形光ファイバ。【請求項５】該コアａ１またはコアａ２の材料をＧｅＯ
₂−ＳｉＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂、ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−Ｓｉ
Ｏ₂またはＳｉＯ₂−Ｆとし、各々の該クラッドの材料を
ＳｉＯ₂とすることを特徴とする請求項１から請求項４
記載のいずれかの非線形光ファイバ。【請求項６】非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶
媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散せしめ、か
つ分散濃度あるいは分散体の組成を調整することにより
屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラスを主成分
とする中空状細径管内に封入した非線形光ファイバにお
いて、該有機物分散体を封入するための中空部を中心に
持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等しい屈折率
を有するコアａ２と、該コアａ２の中心部に封入された
該有機物分散体からなるコアｂ２と該コアａ２の外側に
配置されガラスを主成分とし該コアａ２より小さい屈折
率を有するクラッドと、該クラッド中に配置したガラス
を主成分とする少なくとも２つの応力付与部とを有し、
該応力付与部は該コアａ２をはさんで対向し、かつ該コ
アａ２から離隔し、該応力付与部の熱膨張係数が該クラ
ッドの熱膨張係数と異なり、該コアａ２に非軸対称の応
力を加える構造を特徴とする応力付与形偏波保持の非線
形光ファイバ。【請求項７】非線形屈折率効果を有する該有機物が、３
次の非線形感受率χ⁽³⁾として１×１０^-13ｅｓｕ以上で
あることを特徴とする請求項６記載の非線形光ファイ
バ。【請求項８】前記非線形屈折率効果を有する有機物が、
分子性結晶材料、あるいはイオン性結晶材料、あるいは
π電子共役系のオリゴマーまたはポリマー材料のいずれ
かあるいはこれらの組み合わせを有機溶媒あるいは透明
性に優れる高分子材料に分散させた有機分散体のいずれ
かあるいはこれらを組み合わせたものであることを特徴
とする請求項６又は請求項７記載の非線形光ファイバ。【請求項９】前記有機物及び該有機物を分散させる有機
溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料として、それら
の分子を構成する水素を重水素化あるいはフッ素化した
ものを用いることを特徴とする請求項６から請求項８記
載のいずれかの非線形光ファイバ。【請求項１０】該コアａ１またはコアａ２の材料をＧｅ
Ｏ₂−ＳｉＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂、ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−Ｓ
ｉＯ₂またはＳｉＯ₂−Ｆとし、各々の該クラッドの材料
をＳｉＯ₂とすることを特徴とする請求項６から請求項
９記載のいずれかの非線形光ファイバ。【請求項１１】該応力付与部の材料がＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃
である非線形光ファイバを用いることを特徴とする請求
項６から請求項１０記載のいずれかの非線形光ファイ
バ。【請求項１２】ガラスを主成分とする細径管内に中空部
を設け、非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶媒あ
るいは透明性に優れる高分子材料に分散させた有機物分
散体を、該中空部に封入してコア部ｂ０とし、かつ分散
濃度あるいは分散体の組成を調整することにより、該コ
ア部の屈折率をクラッド部の屈折率より大きくなるよう
に制御した非線形光ファイバにおいて、前記有機物及び
該有機物を分散させる有機溶媒あるいは透明性に優れる
高分子材料として、それらの分子を構成する水素を重水
素化あるいはフッ素化したものを用いることを特徴とす
る非線形光ファイバ。【請求項１３】非線形屈折率効果を有する該有機物が、
３次の非線形感受率χ⁽³⁾として１×１０^-13ｅｓｕ以上
であることを特徴とする請求項１２記載の非線形光ファ
イバ。【請求項１４】前記非線形屈折率効果を有する有機物
が、分子性結晶材料、あるいはイオン性結晶材料、ある
いはπ電子共役系のオリゴマーまたはポリマー材料のい
ずれかあるいはこれらの組み合わせを有機溶媒あるいは
透明性に優れる高分子材料に分散させた有機分散体のい
ずれかあるいはこれらを組み合わせたものであることを
特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の非線形光フ
ァイバ。【請求項１５】該コアｂ０の材料をＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂、
Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂、ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂またはＳ
ｉＯ₂−Ｆとし、各々の該クラッドの材料をＳｉＯ₂とす
ることを特徴とする請求項１２から請求項１４記載のい
ずれかの非線形光ファイバ。【請求項１６】非線形屈折率効果を有する光学媒質を互
いに偏光軸が直交するように配列された２枚の偏光子で
はさんだ非線形光学装置において、非線形屈折率効果を
有する光学媒質として、非線形屈折率効果を有する有機
物を有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散
せしめ、かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整する
ことにより屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラ
スを主成分とする中空状細径管内に封入した非線形光フ
ァイバであって、該有機物分散体を封入するための中空
部を中心に持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等
しい屈折率を有するコアａ１と、該コアａ１の中心部に
封入された該有機物分散体からなるコアｂ１と該コアａ
１の外側に配置されガラスを主成分とし該コアａ１より
小さい屈折率を有するクラッドとを有する構造の非線形
光ファイバを使用することを特徴とする非線形光学装
置。【請求項１７】非線形屈折率効果を有する光学媒質を互
いに偏光軸が直交するように配列された２枚の偏光子で
はさんだ非線形光学装置において、非線形屈折率効果を
有する有機物を有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子
材料に分散せしめ、かつ分散濃度あるいは分散体の組成
を調整することにより屈折率を微細に制御した有機物分
散体をガラスを主成分とする中空状細径管内に封入した
非線形光ファイバであって、該有機物分散体を封入する
ための中空部を中心に持ちガラスを主成分とし該有機物
分散体と等しい屈折率を有するコアａ２と、該コアａ２
の中心部に封入された該有機物分散体からなるコアｂ２
と該コアａ２の外側に配置されガラスを主成分とし該コ
アａ２より小さい屈折率を有するクラッドと、該クラッ
ド中に配置したガラスを主成分とする少なくとも２つの
応力付与部とを有し、該応力付与部は該コアａ２をはさ
んで対向し、かつ該コアａ２から離隔し、該応力付与部
の熱膨張係数が該クラッドの熱膨張係数と異なり、該コ
アａ２に非軸対称の応力を加える構造の非線形光ファイ
バを使用することを特徴とする非線形光学装置。【請求項１８】非線形屈折率効果を有する光学媒質を互
いに偏光軸が直交するように配列された２枚の偏光子で
はさんだ非線形光学装置において、非線形屈折率効果を
有する光学媒質として、ガラスを主成分とする細径管内
に中空部を設け、非線形屈折率効果を有する有機物を有
機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散させた
有機物分散体を、該中空部に封入してコア部ｂ０とし、
かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整することによ
り、該コア部の屈折率をクラッド部の屈折率より大きく
なるように制御した非線形光ファイバであって、前記有
機物及び該有機物を分散させる有機溶媒あるいは透明性
に優れる高分子材料として、それらの分子を構成する水
素を重水素化あるいはフッ素化したものを用いた非線形
光ファイバを使用することを特徴とする非線形光学装
置。【請求項１９】２つの入射端と２つの出射端とを有し、
一方の入射端に入射された信号光を２つの出射端にほぼ
均等に分ける半透鏡もしくは光カップラと、当該半透鏡
もしくは光カップラの２つの出射端に接続された非線形
屈折率効果を有する光学媒質からなり、制御光を当該光
学媒質中をほぼ一方向のみ伝搬させる構造を有する非線
形光学装置において、非線形屈折率効果を有する光学媒
質として、非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶媒
あるいは透明性に優れる高分子材料に分散せしめ、かつ
分散濃度あるいは分散体の組成を調整することにより屈
折率を微細に制御した有機物分散体をガラスを主成分と
する中空状細径管内に封入した非線形光ファイバであっ
て、該有機物分散体を封入するための中空部を中心に持
ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等しい屈折率を
有するコアａ１と、該コアａ１の中心部に封入された該
有機物分散体からなるコアｂ１と該コアａ１の外側に配
置されガラスを主成分とし該コアａ１より小さい屈折率
を有するクラッドとを有する構造の非線形光ファイバを
使用することを特徴とする非線形光学装置。【請求項２０】２つの入射端と２つの出射端とを有し、
一方の入射端に入射された信号光を２つの出射端にほぼ
均等に分ける半透鏡もしくは光カップラと、当該半透鏡
もしくは光カップラの２つの出射端に接続された非線形
屈折率効果を有する光学媒質からなり、制御光を当該光
学媒質中をほぼ一方向のみ伝搬させる構造を有する非線
形光学装置において、非線形屈折率効果を有する光学媒
質として、非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶媒
あるいは透明性に優れる高分子材料に分散せしめ、かつ
分散濃度あるいは分散体の組成を調整することにより屈
折率を微細に制御した有機物分散体をガラスを主成分と
する中空状細径管内に封入した非線形光ファイバであっ
て、該有機物分散体を封入するための中空部を中心に持
ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等しい屈折率を
有するコアａ２と、該コアａ２の中心部に封入された該
有機物分散体からなるコアｂ２と該コアａ２の外側に配
置されガラスを主成分とし該コアａ２より小さい屈折率
を有するクラッドと、該クラッド中に配置したガラスを
主成分とする少なくとも２つの応力付与部とを有し、該
応力付与部は該コアａ２をはさんで対向し、かつ該コア
ａ２から離隔し、該応力付与部の熱膨張係数が該クラッ
ドの熱膨張係数と異なり、該コアａ２に非軸対称の応力
を加える構造の非線形光ファイバを使用することを特徴
とする非線形光学装置。【請求項２１】２つの入射端と２つの出射端とを有し、
一方の入射端に入射された信号光を２つの出射端にほぼ
均等に分ける半透鏡もしくは光カップラと、当該半透鏡
もしくは光カップラの２つの出射端に接続された非線形
屈折率効果を有する光学媒質からなり、制御光を当該光
学媒質中をほぼ一方向のみ伝搬させる構造を有する非線
形光学装置において、非線形屈折率効果を有する光学媒
質として、ガラスを主成分とする細径管内に中空部を設
け、非線形屈折率効果を有する有機物を有機溶媒あるい
は透明性に優れる高分子材料に分散させた有機物分散体
を、該中空部に封入してコア部ｂ０とし、かつ分散濃度
あるいは分散体の組成を調整することにより、該コア部
の屈折率をクラッド部の屈折率より大きくなるように制
御した非線形光ファイバであって、前記有機物及び該有
機物を分散させる有機溶媒あるいは透明性に優れる高分
子材料として、それらの分子を構成する水素を重水素化
あるいはフッ素化したものを用いた非線形光ファイバを
使用することを特徴とする非線形光学装置。【請求項２２】１つの光束を半透鏡もしくは光カップラ
にて、２光束に分岐し、二つの光学媒質を用い、相異な
る経路を経由せしめることにより、相対的光路長差を付
与せしめた後、２光束を再び合波させる光学装置におい
て、光学媒質の一方に、非線形屈折率効果を有する有機
物を有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散
せしめ、かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整する
ことにより屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラ
スを主成分とする中空状細径管内に封入した非線形光フ
ァイバであって、該有機物分散体を封入するための中空
部を中心に持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等
しい屈折率を有するコアａ１と、該コアａ１の中心部に
封入された該有機物分散体からなるコアｂ１と該コアａ
１の外側に配置されガラスを主成分とし該コアａ１より
小さい屈折率を有するクラッドとを有する構造の非線形
光ファイバを使用することを特徴とする非線形光学装
置。【請求項２３】１つの光束を半透鏡もしくは光カップラ
にて、２光束に分岐し、二つの光学媒質を用い、相異な
る経路を経由せしめることにより、相対的光路長差を付
与せしめた後、２光束を再び合波させる光学装置におい
て、光学媒質の一方に、非線形屈折率効果を有する有機
物を有機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散
せしめ、かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整する
ことにより屈折率を微細に制御した有機物分散体をガラ
スを主成分とする中空状細径管内に封入した非線形光フ
ァイバであって、該有機物分散体を封入するための中空
部を中心に持ちガラスを主成分とし該有機物分散体と等
しい屈折率を有するコアａ２と、該コアａ２の中心部に
封入された該有機物分散体からなるコアｂ２と該コアａ
２の外側に配置されガラスを主成分とし該コアａ２より
小さい屈折率を有するクラッドと、該クラッド中に配置
したガラスを主成分とする少なくとも２つの応力付与部
とを有し、該応力付与部は該コアａ２をはさんで対向
し、かつ該コアａ２から離隔し、該応力付与部の熱膨張
係数が該クラッドの熱膨張係数と異なり、該コアａ２に
非軸対称の応力を加える構造の非線形光ファイバを使用
することを特徴とする非線形光学装置。【請求項２４】１つの光束を半透鏡もしくは光カップラ
にて、２光束に分岐し、二つの光学媒質を用い、相異な
る経路を経由せしめることにより、相対的光路長差を付
与せしめた後、２光束を再び合波させる光学装置におい
て、光学媒質の一方に、ガラスを主成分とする細径管内
に中空部を設け、非線形屈折率効果を有する有機物を有
機溶媒あるいは透明性に優れる高分子材料に分散させた
有機物分散体を、該中空部に封入してコア部ｂ０とし、
かつ分散濃度あるいは分散体の組成を調整することによ
り、該コア部の屈折率をクラッド部の屈折率より大きく
なるように制御した非線形光ファイバであって、前記有
機物及び該有機物を分散させる有機溶媒あるいは透明性
に優れる高分子材料として、それらの分子を構成する水
素を重水素化あるいはフッ素化したものを用いた非線形
光ファイバを使用することを特徴とする非線形光学装
置。