JPH0764129A - 光により光を制御する方法 - Google Patents
光により光を制御する方法Info
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- JPH0764129A JPH0764129A JP21633993A JP21633993A JPH0764129A JP H0764129 A JPH0764129 A JP H0764129A JP 21633993 A JP21633993 A JP 21633993A JP 21633993 A JP21633993 A JP 21633993A JP H0764129 A JPH0764129 A JP H0764129A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 非線形光学効果を用いて光により他の光の位
相または振幅を制御する方法において、制御に用いる光
は制御される光とは異なる周波数の光であり、かつ該二
つの光の周波数の差が用いる非線形光学効果を有する物
質の分子または格子振動の周波数に近いことを特徴とす
る光により光を制御する方法。 【効果】 光による光の超高速の制御方法を提供するこ
とができるため、超高速での光のスイッチングや変調に
応用でき、光通信や光情報処理に有用な素子を提供でき
る。
相または振幅を制御する方法において、制御に用いる光
は制御される光とは異なる周波数の光であり、かつ該二
つの光の周波数の差が用いる非線形光学効果を有する物
質の分子または格子振動の周波数に近いことを特徴とす
る光により光を制御する方法。 【効果】 光による光の超高速の制御方法を提供するこ
とができるため、超高速での光のスイッチングや変調に
応用でき、光通信や光情報処理に有用な素子を提供でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光により光を制御する
方法に関するものであり、超高速での光のスイッチング
や変調に応用でき、光通信や光情報処理に有用な素子を
提供する。
方法に関するものであり、超高速での光のスイッチング
や変調に応用でき、光通信や光情報処理に有用な素子を
提供する。
【０００２】
【従来の技術】光により光を制御する全光スイッチング
は、電気で光を制御する方法に比べて多くの長所があ
り、様々な検討がなされている。ひとつの長所は、光の
広帯域性を利用して、電気的には実現不可能なピコ秒以
下の超高速なスイッチング動作が可能なことである。ま
たもう一つは、画像処理等に有利な並列処理が容易に実
現できることである。
は、電気で光を制御する方法に比べて多くの長所があ
り、様々な検討がなされている。ひとつの長所は、光の
広帯域性を利用して、電気的には実現不可能なピコ秒以
下の超高速なスイッチング動作が可能なことである。ま
たもう一つは、画像処理等に有利な並列処理が容易に実
現できることである。
【０００３】全光スイッチングを実現するには、光と物
質の非線形的な相互作用を利用することが必要である。
物質の屈折率が光の強度に依存する現象である、光カー
効果は最もよく検討されている。屈折率の僅かな変化で
透過率等の特性が大きく変化する素子と、光カー効果を
示す材料を組み合せれば、光でその素子の特性を制御で
きるため光スイッチが実現できる。このような素子に
は、方向性結合器、マッハ−ツェンダー干渉計やファブ
リー−ペロー干渉計等の各種干渉計、グレーティングの
回折やプリズムを利用した光結合素子、等がある。さら
に、ファブリー−ペロー共振器やブラッグ共振器、分布
帰還構造のようなフィードバック構造との組み合せで
は、いわゆる光トランジスターが実現でき、光双安定性
や微分増幅等の機能も実現できる。これらは、半導体や
ナトリウム蒸気、液晶等を用いてデモンストレーション
されている。より詳しくは、例えばＹ．Ｒ．Ｓｈｅｎ著
”Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ
Ｏｐｔｉｃｓ”や、Ｈ．Ｍ．Ｇｉｂｂｓ著”Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ ｂｙ Ｌｉｇｈｔ”等に記
載されている。
質の非線形的な相互作用を利用することが必要である。
物質の屈折率が光の強度に依存する現象である、光カー
効果は最もよく検討されている。屈折率の僅かな変化で
透過率等の特性が大きく変化する素子と、光カー効果を
示す材料を組み合せれば、光でその素子の特性を制御で
きるため光スイッチが実現できる。このような素子に
は、方向性結合器、マッハ−ツェンダー干渉計やファブ
リー−ペロー干渉計等の各種干渉計、グレーティングの
回折やプリズムを利用した光結合素子、等がある。さら
に、ファブリー−ペロー共振器やブラッグ共振器、分布
帰還構造のようなフィードバック構造との組み合せで
は、いわゆる光トランジスターが実現でき、光双安定性
や微分増幅等の機能も実現できる。これらは、半導体や
ナトリウム蒸気、液晶等を用いてデモンストレーション
されている。より詳しくは、例えばＹ．Ｒ．Ｓｈｅｎ著
”Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ
Ｏｐｔｉｃｓ”や、Ｈ．Ｍ．Ｇｉｂｂｓ著”Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ ｂｙ Ｌｉｇｈｔ”等に記
載されている。
【０００４】原理的には、光カー効果を用いて種々の全
光スイッチングが実現できるのではあるが、一般にこの
効果は非常に小さいので、高い光パワーが必要である。
光カー効果のような非線形光学効果は、波長依存性（分
散）があり、光の周波数またはそれらの特殊な組み合せ
と物質のエネルギー準位が近付けば、その効果は大きく
なる。これは、共鳴効果と呼ばれ、大きな非線形光学効
果を利用するためによく利用されている。例えば、半導
体では光の周波数をバンドギャップ内でできるだけバン
ドギャップに近い波長の光を用いたり、ナトリウムの蒸
気では、その電子遷移のバンドに近い光を用いる。共鳴
効果を利用して、例えばＩｎＳｂのような半導体材料で
は、１ｅｓｕのオーダーの３次の非線形感受率が得られ
ており、低パワーでの全光スイッチングもデモンストレ
ーションされている。
光スイッチングが実現できるのではあるが、一般にこの
効果は非常に小さいので、高い光パワーが必要である。
光カー効果のような非線形光学効果は、波長依存性（分
散）があり、光の周波数またはそれらの特殊な組み合せ
と物質のエネルギー準位が近付けば、その効果は大きく
なる。これは、共鳴効果と呼ばれ、大きな非線形光学効
果を利用するためによく利用されている。例えば、半導
体では光の周波数をバンドギャップ内でできるだけバン
ドギャップに近い波長の光を用いたり、ナトリウムの蒸
気では、その電子遷移のバンドに近い光を用いる。共鳴
効果を利用して、例えばＩｎＳｂのような半導体材料で
は、１ｅｓｕのオーダーの３次の非線形感受率が得られ
ており、低パワーでの全光スイッチングもデモンストレ
ーションされている。
【０００５】全光スイッチング素子の実現のため、さま
ざまな材料の検討がなされている。有機材料はその中の
一つであるが、特にポリジアセチレンに代表される共役
系高分子がもっともよく調べられている。有機材料は、
非共鳴状態でも非線形光学効果が比較的大きいのが特徴
である。
ざまな材料の検討がなされている。有機材料はその中の
一つであるが、特にポリジアセチレンに代表される共役
系高分子がもっともよく調べられている。有機材料は、
非共鳴状態でも非線形光学効果が比較的大きいのが特徴
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】共鳴効果を利用した非
線形光学効果は、幾つかの問題点がある。共鳴効果を利
用するためには、一般に物質の吸収帯に光の周波数を近
付けるので、その光の吸収が問題になる。あまり吸収帯
に近付きすぎると、吸収が大きくなり、光学材料として
は不適当なものになる。またあまり吸収帯から離れすぎ
ると、非線形光学効果が小さくなってしまい、それらの
兼ねあいで最適な光の周波数が決まる。また、共鳴条件
では、共鳴した励起状態への遷移が起こってしまい、そ
の励起状態の寿命でスイッチング速度が決まる。従っ
て、ピコ秒以下の超高速のスイッチングへの応用は困難
な場合が多い。
線形光学効果は、幾つかの問題点がある。共鳴効果を利
用するためには、一般に物質の吸収帯に光の周波数を近
付けるので、その光の吸収が問題になる。あまり吸収帯
に近付きすぎると、吸収が大きくなり、光学材料として
は不適当なものになる。またあまり吸収帯から離れすぎ
ると、非線形光学効果が小さくなってしまい、それらの
兼ねあいで最適な光の周波数が決まる。また、共鳴条件
では、共鳴した励起状態への遷移が起こってしまい、そ
の励起状態の寿命でスイッチング速度が決まる。従っ
て、ピコ秒以下の超高速のスイッチングへの応用は困難
な場合が多い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
課題を解決するのに、ラマン過程と呼ばれる光と物質の
相互作用を利用することが有効なことを見いだした。こ
のラマン過程の詳しい説明は、例えば前述のＳｈｅｎの
著書等に記載されている。これは、ω1 、ω2、ω3 の
周波数の光からωの周波数の分極が誘起されるとき、ω
＝ω1 ＋ω2 ＋ω3 であるが、ω1 、ω2 、ω3 の中に
符号と絶対値が同時に異なるものがあるような過程をい
う。このマイナスの符号は、光子の放出に対応する相互
作用である。例えば、誘導ラマン過程はω1 ＝ω1 −ω
2 ＋ω2 であり、コヒーレントアンチストークスラマン
過程はω3 ＝ω1 −ω2 ＋ω1 となる。この過程の特徴
は、ω1 −ω2 の周波数に対して共鳴効果が起こること
であり、可視光を用いても分子振動のような本来赤外光
の周波数領域の準位との共鳴効果が関係する。
課題を解決するのに、ラマン過程と呼ばれる光と物質の
相互作用を利用することが有効なことを見いだした。こ
のラマン過程の詳しい説明は、例えば前述のＳｈｅｎの
著書等に記載されている。これは、ω1 、ω2、ω3 の
周波数の光からωの周波数の分極が誘起されるとき、ω
＝ω1 ＋ω2 ＋ω3 であるが、ω1 、ω2 、ω3 の中に
符号と絶対値が同時に異なるものがあるような過程をい
う。このマイナスの符号は、光子の放出に対応する相互
作用である。例えば、誘導ラマン過程はω1 ＝ω1 −ω
2 ＋ω2 であり、コヒーレントアンチストークスラマン
過程はω3 ＝ω1 −ω2 ＋ω1 となる。この過程の特徴
は、ω1 −ω2 の周波数に対して共鳴効果が起こること
であり、可視光を用いても分子振動のような本来赤外光
の周波数領域の準位との共鳴効果が関係する。
【０００８】従って、単独では物質の電子遷移から遠く
離れた非共鳴の光を用いて、その差が分子振動の周波数
に十分近ければ、共鳴効果が現れ、非線形光学効果は大
きくなる。また、どちらか一方が電子遷移に近く共鳴効
果があれば、さらにその効果は大きくなり、またもう一
方の光がその電子遷移に非共鳴であれば、光の制御に問
題無く利用できる。通常の電子遷移への２光子共鳴効果
（ω1 ＋ω2 と電子励起状態との共鳴）では、この遷移
により物質にｈ（ω1 ＋ω2 ）／２πのエネルギーが与
えられるが、ラマン過程への共鳴ではｈ（ω1 −ω2 ）
／２πのエネルギーしか物質には与えられない。これは
１桁小さい値であり、同じ共鳴でも物質を加熱する効果
が非常に小さく、熱による影響が出にくいのも特徴であ
る。
離れた非共鳴の光を用いて、その差が分子振動の周波数
に十分近ければ、共鳴効果が現れ、非線形光学効果は大
きくなる。また、どちらか一方が電子遷移に近く共鳴効
果があれば、さらにその効果は大きくなり、またもう一
方の光がその電子遷移に非共鳴であれば、光の制御に問
題無く利用できる。通常の電子遷移への２光子共鳴効果
（ω1 ＋ω2 と電子励起状態との共鳴）では、この遷移
により物質にｈ（ω1 ＋ω2 ）／２πのエネルギーが与
えられるが、ラマン過程への共鳴ではｈ（ω1 −ω2 ）
／２πのエネルギーしか物質には与えられない。これは
１桁小さい値であり、同じ共鳴でも物質を加熱する効果
が非常に小さく、熱による影響が出にくいのも特徴であ
る。
【０００９】さらに、このようなラマン過程では、異な
る２つ以上の周波数の光が重なり合う時にのみこの効果
が現れる。そのため、応答速度は物質の応答速度に依ら
ず、入射するパルス光のパルス幅だけに依存することと
なり、これは他の共鳴効果を利用した例えば光カー効果
等と異なる点である。以上の様に、ラマン過程を含む非
線形光学現象を光の制御に利用することは、物質の電子
遷移による光の吸収に影響されない共鳴効果を利用で
き、かつその共鳴した物質のエネルギー準位の寿命に依
らない、高速の応答速度が期待できる。
る２つ以上の周波数の光が重なり合う時にのみこの効果
が現れる。そのため、応答速度は物質の応答速度に依ら
ず、入射するパルス光のパルス幅だけに依存することと
なり、これは他の共鳴効果を利用した例えば光カー効果
等と異なる点である。以上の様に、ラマン過程を含む非
線形光学現象を光の制御に利用することは、物質の電子
遷移による光の吸収に影響されない共鳴効果を利用で
き、かつその共鳴した物質のエネルギー準位の寿命に依
らない、高速の応答速度が期待できる。
【００１０】本発明の光の制御の方法としては次の３種
類がある。 （１）非線形光学効果を用いて、光により他の光の位相
または振幅を制御する方法において、制御に用いる光は
制御される光とは異なる周波数の光であり、かつ該二つ
の光の周波数の差が用いる非線形光学効果を有する物質
の分子または格子振動の周波数に近いことを特徴とする
光により光を制御する方法。 （２）（１）の光の制御法において、制御される光は非
線形光学効果を有する物質の光吸収の小さい透明領域の
周波数の光であり、制御に用いる光は非線形光学効果を
有する物質の光吸収帯の中もしくは近傍の周波数の光で
あることを特徴とする光により光を制御する方法。 （３）（１）の光の制御法において、制御される光は非
線形光学効果を有する物質の光吸収の小さい透明領域の
周波数の光であり、制御に用いる光は非線形光学効果を
有する物質の分子もしくは格子振動の励起状態と電子励
起状態のエネルギー差に相当する周波数、あるいはその
近傍の周波数の光を用いることを特徴とする光により光
を制御する方法。
類がある。 （１）非線形光学効果を用いて、光により他の光の位相
または振幅を制御する方法において、制御に用いる光は
制御される光とは異なる周波数の光であり、かつ該二つ
の光の周波数の差が用いる非線形光学効果を有する物質
の分子または格子振動の周波数に近いことを特徴とする
光により光を制御する方法。 （２）（１）の光の制御法において、制御される光は非
線形光学効果を有する物質の光吸収の小さい透明領域の
周波数の光であり、制御に用いる光は非線形光学効果を
有する物質の光吸収帯の中もしくは近傍の周波数の光で
あることを特徴とする光により光を制御する方法。 （３）（１）の光の制御法において、制御される光は非
線形光学効果を有する物質の光吸収の小さい透明領域の
周波数の光であり、制御に用いる光は非線形光学効果を
有する物質の分子もしくは格子振動の励起状態と電子励
起状態のエネルギー差に相当する周波数、あるいはその
近傍の周波数の光を用いることを特徴とする光により光
を制御する方法。
【００１１】上記（１）〜（３）の光の制御の方法にお
けるレーザ光等の光の周波数と非線形光学効果を有する
物質のエネルギー準位の模式図を、各々、図１（１）〜
（３）に示す。図１中、ｇ０は電子、振動共に基底状
態、ｇ１は電子基底状態の振動励起状態、ｅは電子励起
状態のエネルギー準位を表す。またω1 、ω2 は用いる
光の各周波数を表す。
けるレーザ光等の光の周波数と非線形光学効果を有する
物質のエネルギー準位の模式図を、各々、図１（１）〜
（３）に示す。図１中、ｇ０は電子、振動共に基底状
態、ｇ１は電子基底状態の振動励起状態、ｅは電子励起
状態のエネルギー準位を表す。またω1 、ω2 は用いる
光の各周波数を表す。
【００１２】（２）、（３）は（１）のラマン過程の共
鳴条件に加えて、別の共鳴条件を加味したものである。
即ち、（２）は、制御に用いる光が電子遷移による非線
形光学効果を有する物質の光吸収帯へ共鳴するという条
件を加えたものである。（３）は、ｇ１とｅにω1 の光
が共鳴してこれらの準位が変化してその結果ω1 −ω 2
が共鳴すること（光シュタルク効果）を利用したもので
ある。一般に振動励起状態に熱励起された状態は少ない
ので、振動励起状態と電子励起状態とのエネルギー差に
相当する吸収帯は現れない。しかしながら、光シュタル
ク効果によれば、このエネルギー差の周波数に共鳴し
て、このエネルギー差がさらにシフトして大きくなる。
そうしてω1 −ω2 の共鳴関係を変化させることによ
り、ω2 の光を制御することができる。
鳴条件に加えて、別の共鳴条件を加味したものである。
即ち、（２）は、制御に用いる光が電子遷移による非線
形光学効果を有する物質の光吸収帯へ共鳴するという条
件を加えたものである。（３）は、ｇ１とｅにω1 の光
が共鳴してこれらの準位が変化してその結果ω1 −ω 2
が共鳴すること（光シュタルク効果）を利用したもので
ある。一般に振動励起状態に熱励起された状態は少ない
ので、振動励起状態と電子励起状態とのエネルギー差に
相当する吸収帯は現れない。しかしながら、光シュタル
ク効果によれば、このエネルギー差の周波数に共鳴し
て、このエネルギー差がさらにシフトして大きくなる。
そうしてω1 −ω2 の共鳴関係を変化させることによ
り、ω2 の光を制御することができる。
【００１３】次に具体的な応用法について説明する。ラ
マン過程の非線形光学現象には、３つのタイプがある。
ω1 の振動数の光を制御光、ω2 の振動数の光をシグナ
ル光とすると、｜ω1 −ω2 −Δ｜≦Γ（Δは物質の分
子または格子振動数、Γは分子または格子振動スペクト
ルのバンド幅）の時には、ω2 の光はω1 の光により増
幅される（ラマンゲイン過程）。｜ω1 −ω2 ＋Δ｜≦
Γの時には、ω2 の光はω1 の光により吸収される（イ
ンバースラマン）。｜ω1 −ω2 ±Δ｜≦〜５Γでは、
ω1 により誘起されるω2 の光の屈折率の変化が大きい
（ラマン誘起カー効果）。最初の２つの効果では、シグ
ナル光のパワーが変化するので、振幅変調やスイッチン
グに直接利用できる。最後の屈折率の変化では、ω2 の
光の位相がω1 により変調されるので、これを光デバイ
スとして利用するためには、干渉計や方向性結合器のよ
うな構造にしたり、偏光素子と組み合せる必要がある。
このような素子の例は、例えば、Ｇ．Ｉ．Ｓｔｅｇｅｍ
ａｎ ａｎｄ Ｒ．Ｈ．Ｓｔｏｌｅｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ ｏｆ
Ａｍｅｒｉｃａ，Ｂ６，６５２（１９８９）に記載され
ている。ただし、本発明においては、屈折率の変化を引
き起こすための異なる波長の光を、シグナル光と平行方
向もしくは垂直方向から照射する必要がある。
マン過程の非線形光学現象には、３つのタイプがある。
ω1 の振動数の光を制御光、ω2 の振動数の光をシグナ
ル光とすると、｜ω1 −ω2 −Δ｜≦Γ（Δは物質の分
子または格子振動数、Γは分子または格子振動スペクト
ルのバンド幅）の時には、ω2 の光はω1 の光により増
幅される（ラマンゲイン過程）。｜ω1 −ω2 ＋Δ｜≦
Γの時には、ω2 の光はω1 の光により吸収される（イ
ンバースラマン）。｜ω1 −ω2 ±Δ｜≦〜５Γでは、
ω1 により誘起されるω2 の光の屈折率の変化が大きい
（ラマン誘起カー効果）。最初の２つの効果では、シグ
ナル光のパワーが変化するので、振幅変調やスイッチン
グに直接利用できる。最後の屈折率の変化では、ω2 の
光の位相がω1 により変調されるので、これを光デバイ
スとして利用するためには、干渉計や方向性結合器のよ
うな構造にしたり、偏光素子と組み合せる必要がある。
このような素子の例は、例えば、Ｇ．Ｉ．Ｓｔｅｇｅｍ
ａｎ ａｎｄ Ｒ．Ｈ．Ｓｔｏｌｅｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ ｏｆ
Ａｍｅｒｉｃａ，Ｂ６，６５２（１９８９）に記載され
ている。ただし、本発明においては、屈折率の変化を引
き起こすための異なる波長の光を、シグナル光と平行方
向もしくは垂直方向から照射する必要がある。
【００１４】非線形光学効果を有する物質としては、３
次の非線形光学効果が大きく、ラマン散乱断面積の大き
な振動モードを有しているものが望ましい。具体的に
は、有機物ではポリジアセチレン類やポリアセチレン類
に代表される共役系高分子、４，４’−アミノニトロス
チルベン類に代表される、分子内に電子供与性の部分と
電子吸引性の部分が共役している分子内電荷移動性分
子、フタロシアニンやポルフィリンに代表される大環状
色素等が挙げられる。
次の非線形光学効果が大きく、ラマン散乱断面積の大き
な振動モードを有しているものが望ましい。具体的に
は、有機物ではポリジアセチレン類やポリアセチレン類
に代表される共役系高分子、４，４’−アミノニトロス
チルベン類に代表される、分子内に電子供与性の部分と
電子吸引性の部分が共役している分子内電荷移動性分
子、フタロシアニンやポルフィリンに代表される大環状
色素等が挙げられる。
【００１５】素子の形状としては、バルクやフィルム材
料でも用いることはできる。光のパワーを閉じ込めて相
互作用長を長くするために光導波路を形成するのも、本
発明の光制御方式では制御される光が非線形光学効果を
有する物質の吸収帯から離れているため、吸収による損
失が低くなることから都合がよい。
料でも用いることはできる。光のパワーを閉じ込めて相
互作用長を長くするために光導波路を形成するのも、本
発明の光制御方式では制御される光が非線形光学効果を
有する物質の吸収帯から離れているため、吸収による損
失が低くなることから都合がよい。
【００１６】
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明の趣旨を越えない限りこれらに限定さ
れるものではない。 実施例１
明するが、本発明の趣旨を越えない限りこれらに限定さ
れるものではない。 実施例１
【００１７】
【化１】
【００１８】上記構造式で示される高分子化合物の単結
晶からなるフィルムを、Ｈ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ，ｅｔ
ａｌ., ”Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃｓ ｏｆ
Ｏｒｇａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒｓ”（Ｔ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｄ., Ｓｐｒｉ
ｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｈｅｉｄｅｌ
ｂｅｒｇ １９８９）の１５５項の論文に記載されてい
る方法に従って調製した。フィルムの厚さは１０μｍで
あり、基板としてパイレックスガラスの板を用いた。
晶からなるフィルムを、Ｈ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ，ｅｔ
ａｌ., ”Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃｓ ｏｆ
Ｏｒｇａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒｓ”（Ｔ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｄ., Ｓｐｒｉ
ｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｈｅｉｄｅｌ
ｂｅｒｇ １９８９）の１５５項の論文に記載されてい
る方法に従って調製した。フィルムの厚さは１０μｍで
あり、基板としてパイレックスガラスの板を用いた。
【００１９】得られた高分子化合物の青色相の単結晶の
フィルムに、１００フェムト秒のパルス幅の１．９７ｅ
Ｖのパルス光をポンプ光とし、白色のパルス光をプロー
ブ光として、ポンプ光を照射後プローブ光を照射してそ
のスペクトルの変化を調べるポンプ−プローブの時間分
解の実験を１７℃の温度において行った。ポンプ光は
１．２〜３．７×１０16ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2 の強度の
ものを用いた。プローブ光をポンプ光に対して照射タイ
ミングを−０．３ピコ秒（ｐｓ）から３．０ピコ秒（ｐ
ｓ）まで少しずつずらして、吸収スペクトルを測定した
ところ、図２に示したような結果が得られた。図２にお
いて、最上段は材料の吸収スペクトル、下段はポンプ光
パルスとプローブ光パルスの遅延時間を変化させたとき
のプローブ光のスペクトル変化を示しており、横軸はプ
ローブ光のエネルギー、縦軸は吸光度の変化を表す。ま
た、時間はポンプ光パルスとプローブ光パルスのサンプ
ルに照射される遅延時間を示す。
フィルムに、１００フェムト秒のパルス幅の１．９７ｅ
Ｖのパルス光をポンプ光とし、白色のパルス光をプロー
ブ光として、ポンプ光を照射後プローブ光を照射してそ
のスペクトルの変化を調べるポンプ−プローブの時間分
解の実験を１７℃の温度において行った。ポンプ光は
１．２〜３．７×１０16ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2 の強度の
ものを用いた。プローブ光をポンプ光に対して照射タイ
ミングを−０．３ピコ秒（ｐｓ）から３．０ピコ秒（ｐ
ｓ）まで少しずつずらして、吸収スペクトルを測定した
ところ、図２に示したような結果が得られた。図２にお
いて、最上段は材料の吸収スペクトル、下段はポンプ光
パルスとプローブ光パルスの遅延時間を変化させたとき
のプローブ光のスペクトル変化を示しており、横軸はプ
ローブ光のエネルギー、縦軸は吸光度の変化を表す。ま
た、時間はポンプ光パルスとプローブ光パルスのサンプ
ルに照射される遅延時間を示す。
【００２０】プローブ光とポンプ光が重なる０．００ピ
コ秒の時にのみ、ポンプ光から分子振動数［ＣＣ二重結
合（Ｃ＝Ｃ）伸縮振動〜１５００ｃｍ-1、ＣＣ三重結合
（Ｃ≡Ｃ）伸縮振動〜２１５０ｃｍ-1］だけシフトした
周波数の光がラマンゲインにより増幅されているのが観
測された。０．６ピコ秒後には既にこのシグナルが消失
しており、この現象は０．６ピコ秒より短い時間で応答
しているのが分る。即ち、ポンプ光を制御光としプロー
ブ光をシグナル光とすれば、ポンプ光とプローブ光のパ
ルスの重なりで決まる応答速度で、１．９７ｅＶの光を
用いて１．７１または１．７８ｅＶの光を制御できるこ
とが示された。
コ秒の時にのみ、ポンプ光から分子振動数［ＣＣ二重結
合（Ｃ＝Ｃ）伸縮振動〜１５００ｃｍ-1、ＣＣ三重結合
（Ｃ≡Ｃ）伸縮振動〜２１５０ｃｍ-1］だけシフトした
周波数の光がラマンゲインにより増幅されているのが観
測された。０．６ピコ秒後には既にこのシグナルが消失
しており、この現象は０．６ピコ秒より短い時間で応答
しているのが分る。即ち、ポンプ光を制御光としプロー
ブ光をシグナル光とすれば、ポンプ光とプローブ光のパ
ルスの重なりで決まる応答速度で、１．９７ｅＶの光を
用いて１．７１または１．７８ｅＶの光を制御できるこ
とが示された。
【００２１】実施例２ 実施例１で観測されたラマンゲインのシグナルの、ポン
プ光強度依存性を測定した。図３にその結果を示す。即
ち、図２の０ピコ秒の遅延時間で観測されるラマンゲイ
ンシグナルのポンプ光強度によるシグナル位置の変化を
示す。（１）が１．７８ｅＶ、（２）が１．７１ｅＶの
エネルギーの位置に現れる、各々、ＣＣ二重結合の伸縮
振動とＣＣ三重結合の伸縮振動の振動数のラマンシフト
に対応するラマンゲインシグナルである。図３中のポン
プ光強度Ｉは３．７×１０16ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2 であ
る。
プ光強度依存性を測定した。図３にその結果を示す。即
ち、図２の０ピコ秒の遅延時間で観測されるラマンゲイ
ンシグナルのポンプ光強度によるシグナル位置の変化を
示す。（１）が１．７８ｅＶ、（２）が１．７１ｅＶの
エネルギーの位置に現れる、各々、ＣＣ二重結合の伸縮
振動とＣＣ三重結合の伸縮振動の振動数のラマンシフト
に対応するラマンゲインシグナルである。図３中のポン
プ光強度Ｉは３．７×１０16ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2 であ
る。
【００２２】ポンプ光パワーを増加させると、ラマンシ
フトが光シュタルク効果の為に低周波数にシフトするの
が見られた。これは、ポンプ光の周波数が振動励起状態
と電子励起状態とのエネルギー差に相当する周波数と共
鳴したことによる光シュタルク効果によるものである。
従って、図１の（３）の過程による光による光の制御が
可能なことが示された。
フトが光シュタルク効果の為に低周波数にシフトするの
が見られた。これは、ポンプ光の周波数が振動励起状態
と電子励起状態とのエネルギー差に相当する周波数と共
鳴したことによる光シュタルク効果によるものである。
従って、図１の（３）の過程による光による光の制御が
可能なことが示された。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、光による光の超高速の
制御方法を提供することができるため、超高速での光の
スイッチングや変調に応用でき、光通信や光情報処理に
有用な素子を提供できる。
制御方法を提供することができるため、超高速での光の
スイッチングや変調に応用でき、光通信や光情報処理に
有用な素子を提供できる。
【図１】本発明で用いる光の周波数と物質のエネルギー
準位の関係の模式図。
準位の関係の模式図。
【図２】実施例１におけるポンプ−プローブ実験結果を
示す図。
示す図。
【図３】ポンプ光とプローブ光が同時に照射されるとき
に観測される誘導ラマン増幅のラマンシフトのポンプ光
強度依存性を示す図。
に観測される誘導ラマン増幅のラマンシフトのポンプ光
強度依存性を示す図。
ｇ０：基底状態のエネルギー単位 ｇ１：電子基底状態で振動励起状態のエネルギー準位 ｅ：電子励起状態のエネルギー準位 ω1：光の周波数 ω2：ω1とは異なる光の周波数
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形光学効果を用いて光により他の光
の位相または振幅を制御する方法において、制御に用い
る光は制御される光とは異なる周波数の光であり、かつ
該二つの光の周波数の差が用いる非線形光学効果を有す
る物質の分子または格子振動の周波数に近いことを特徴
とする光により光を制御する方法。 - 【請求項２】 制御される光は非線形光学効果を有する
物質の光吸収の小さい透明領域の周波数の光であり、制
御に用いる光は非線形光学効果を有する物質の光吸収帯
の中もしくは近傍の周波数の光をである請求項１の光に
より光を制御する方法。 - 【請求項３】 制御される光は非線形光学効果を有する
物質の光吸収の小さい透明領域の周波数の光であり、制
御に用いる光は非線形光学効果を有する物質の分子もし
くは格子振動の励起状態と電子励起状態のエネルギー差
に相当する周波数、あるいはその近傍の周波数の光であ
ることを特徴とする請求項１の光により光を制御する方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21633993A JPH0764129A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 光により光を制御する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21633993A JPH0764129A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 光により光を制御する方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0764129A true JPH0764129A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16687002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21633993A Pending JPH0764129A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 光により光を制御する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0764129A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008532272A (ja) * | 2005-02-24 | 2008-08-14 | アルカテル−ルーセント | ラマン散乱光増幅器 |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP21633993A patent/JPH0764129A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008532272A (ja) * | 2005-02-24 | 2008-08-14 | アルカテル−ルーセント | ラマン散乱光増幅器 |
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