JPH0915664A

JPH0915664A - 非線形光学材料

Info

Publication number: JPH0915664A
Application number: JP16487795A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Omi; 成明近江; Yoshiharu Kaneko; 祥治兼子
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】任意に選択された複数種の光に対してそれぞ
れ別個に非線形光学応答を示すものを得ることが容易な
非線形光学材料を提供する。【構成】本発明の非線形光学材料は、光学的に透明な
マトリックス中に、アスペクト比が１．２：１〜１０
０：１の範囲内で異なる複数種の粒子を実質的に一方向
に配向した状態で分散させてなり、波長が互いに異なる
複数種の光に対してそれぞれ別個に３次の非線形光学応
答を示すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非線形光学材料およびそ
の製造方法、非線形光素子ならびに非線形光素子による
光制御方法に係り、特に、複数種の光に対してそれぞれ
別個に非線形光学応答を示す非線形光学材料およびその
製造方法、複数種の光についてそれぞれ別個に光制御を
行うことが可能な非線形光素子ならびにこの非線形光素
子による光制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の波長に比べて十分に小さい金属微粒
子、半導体微粒子もしくは複合微粒子をガラス、高分
子、結晶等の透明なマトリックス中に分散させた材料に
おいて３次の非線形光学特性が観察されており、当該材
料（以下「非線形光学材料」という）が比較的大きな非
線形感受率を示すことが既に報告されている（例えばAp
pl.Phys.,A47,347 (1988)およびJ.Ceram.Soc.Japan,10
1,1340 (1993)参照）。このため、上記の非線形光学材
料は光スイッチ等の非線形光素子の材料として注目を集
めており、当該非線形光学材料によって光路の一部また
は全部を形成した非線形光素子の開発が進められてい
る。

【０００３】上記の非線形光素子は、従来、１種類の入
射光について光制御を行うものであったが、近年、複数
種の入射光についてそれぞれ別個に光制御を行うことが
可能な非線形光素子が開発されている（特開平６−２０
８１４９号公報参照）。この非線形光素子は、異なる波
長の光を吸収して３次の非線形光学効果を示す複数種の
微粒子（材質的に異なる金属微粒子または半導体微粒
子）をマトリックス中に分散させてなる非線形光学材料
を利用したものであり、マトリックス中に分散されてい
る複数種の微粒子各々についての吸収波長の光に対して
それぞれ別個に光双安定特性を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数種
の光についてそれぞれ別個に光制御を行うことが可能な
上記の非線形光素子では、これを構成している前記の非
線形光学材料中に分散されている微粒子の材質によっ
て、３次の非線形光学効果が発現する光の波長が決まっ
てしまう。このため、光制御可能な光の波長域を任意
に、かつ、精密に制御することができず、例えば光通信
に用いられる１．３μｍ帯や１．５μｍ帯等の任意に選
択された特定の波長域の光を多重化してなる多重化光に
ついて、これを構成している各波長の光をそれぞれ別個
に光制御することが可能な非線形光素子を前記の非線形
光学材料を用いて得ることは極めて困難である。

【０００５】本発明の第１の目的は、任意に選択された
複数種の光に対してそれぞれ別個に非線形光学応答を示
すものを得ることが容易な非線形光学材料およびその製
造方法を提供することにある。

【０００６】また、本発明の第２の目的は、任意に選択
された複数種の光に対してそれぞれ別個に光制御を行う
ことが可能なものを得ることが容易な非線形光素子を提
供することにある。

【０００７】そして、本発明の第３の目的は、任意に選
択された複数種の光に対してそれぞれ別個に光制御を行
うことが可能な、非線形光素子による光制御方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
る本発明の非線形光学材料は、光学的に透明なマトリッ
クス中に、アスペクト比が１．２：１〜１００：１の範
囲内で異なる複数種の粒子を実質的に一方向に配向した
状態で分散させてなり、波長が互いに異なる複数種の光
に対してそれぞれ別個に３次の非線形光学応答を示すこ
とを特徴とするものである（以下、この非線形光学材料
を「非線形光学材料Ｉ」という。）。

【０００９】また、上記第１の目的を達成する本発明の
他の非線形光学材料は、光学的に透明なマトリックス中
にアスペクト比が１．２：１〜１００：１の範囲内にあ
る粒子を実質的に一方向に配向した状態で分散させてな
る光学材料の積層物からなり、該積層物を構成している
光学材料が該光学材料中に分散している粒子のアスペク
ト比分布からみて複数種に分かれ、かつ、該積層物が、
波長が互いに異なる複数種の光に対してそれぞれ別個に
３次の非線形光学応答を示すことを特徴とするものであ
る（以下、この非線形光学材料を「非線形光学材料II」
という。）。

【００１０】一方、本発明の非線形光学材料の製造方法
は、光学的に透明なマトリックス中に径の異なる複数種
の粒子を分散させてなる光学材料を所定の温度環境下で
一定方向に伸長させて、光学的に透明なマトリックス中
にアスペクト比が１．２：１〜１００：１の範囲内で異
なる複数種の粒子を実質的に一方向に配向した状態で分
散させてなる非線形光学材料を得ることを特徴とするも
のである（以下、この方法を「方法Ｉ」という。）。

【００１１】また、本発明の非線形光学材料の他の製造
方法は、粒子の材料物質を基板上に島状に堆積させる第
１の工程と、マトリックスの材料物質を基板上に層状に
堆積させる第２の工程とを、少なくとも前記第１の工程
での前記基板の傾斜角度を変えながら同一基板の所定面
上において複数回繰り返すことにより、光学的に透明な
マトリックス中にアスペクト比が１．２：１〜１００：
１の範囲内で異なる複数種の粒子を実質的に一方向に配
向した状態で分散させてなる非線形光学材料を得ること
を特徴とするものである（以下、この方法を「方法II」
という。）。

【００１２】そして、上記第２の目的を達成する本発明
の非線形光素子は、上述した本発明の非線形光学材料に
よって光路の一部または全部が形成されていることを特
徴とするものである。

【００１３】また、上記第３の目的を達成する本発明の
非線形光素子による光制御方法は、上述した本発明の非
線形光学材料によって光路の一部が形成されている非線
形光素子に、前記非線形光学材料に３次の非線形光学応
答が発現する波長の光を複数種多重化してなる被制御光
を入射させ、前記非線形光学材料の非線形光学特性を利
用して前記複数種の光をそれぞれ別個に光制御すること
を特徴とするものである。

【００１４】以下、本発明を詳細に説明する。先ず本発
明の非線形光学材料Ｉについて説明すると、この非線形
光学材料Ｉは、上述したように、光学的に透明なマトリ
ックス中に、アスペクト比が１．２：１〜１００：１の
範囲内で異なる複数種の粒子を実質的に一方向に配向し
た状態で分散させてなる。

【００１５】ここで、本発明でいう「光学的に透明なマ
トリックス」とは、当該マトリックスに分散させようと
する粒子についての吸収ピーク波長域における光吸収係
数αが概ね１０ｃｍ^-1以下であるものを意味する。非線
形光学材料の非線形光学特性は、当該非線形光学材料中
に分散されている粒子の吸収ピーク波長（表面プラズモ
ン共鳴による光吸収ピークあるいは量子閉じ込め効果に
より離散化した量子レベル間で共鳴する光吸収ピーク）
近傍で最も増大するので、当該非線形光学材料に非線形
光学応答を発現させるための光としては前記の吸収ピー
クまたはその近傍の波長の光を使用することが好ましい
わけであるが、粒子の吸収ピーク波長またはその近傍に
マトリックスの吸収が存在すると、入射した光がこの吸
収によって減衰ないし消失してしまう。マトリックスと
しては、上記の光吸収係数αが５ｃｍ^-1以下のものが特
に好ましい。

【００１６】また、本発明者らの研究によれば、非線形
光学材料における｜χ⁽³⁾｜／α の値はマトリックスの
屈折率に応じて変化し、マトリックスの屈折率が大きい
ほど大きくなる（特願平６−３１２０６号明細書の第１
４段参照）。したがって、弱い入射光強度によっても非
線形光学応答が発現する非線形光学材料Ｉを得るうえか
らは、当該非線形光学材料Ｉのマトリックスの屈折率は
高い方がよい。ただし、マトリックスの屈折率が４を超
えると反射による光損失が大きくなり、また、反射防止
が困難になる。

【００１７】光学的に透明で屈折率の高いマトリックス
を形成することができる物質の具体例としては、下記
(1) 〜(10) のものが挙げられる。 (1) Ｂ₂Ｏ₃ とＰｂＯとを必須構成成分とし、Ｂ₂Ｏ₃ の
量が１５〜５０モル％、ＰｂＯの量が５０〜８５モル％
であるガラス。

【００１８】(2) Ｇａ₂Ｏ₃ と、Ｂｉ₂Ｏ₃ と、ＰｂＯお
よび／またはＣｄＯとを必須構成成分とし、Ｇａ₂Ｏ₃
の量が１０〜３５モル％、Ｂｉ₂Ｏ₃ の量が１０〜７０
モル％、ＰｂＯとＣｄＯの合量が２０〜８０モル％であ
るガラス。

【００１９】(3) Ｂｉ₂Ｏ₃ および／またはＰｂＯと、
ＺｎＯ，ＢａＯ，ＣｄＯおよびＡｌ₂Ｏ₃ から選ばれる
少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｂｉ₂Ｏ₃ とＰ
ｂＯの合量が３０〜８５モル％、ＺｎＯとＢａＯとＣｄ
ＯとＡｌ₂Ｏ₃ の合量が１５〜７０モル％であるガラ
ス。

【００２０】(4) ＧｅＯ₂ と、Ｂｉ₂Ｏ₃ ，Ｔｌ₂Ｏおよ
びＰｂＯから選ばれる少なくとも１種とを必須構成成分
とし、ＧｅＯ₂ の量が２５〜７０モル％、Ｂｉ₂Ｏ₃ と
Ｔｌ₂ＯとＰｂＯの合量が３０〜７５モル％であるガラ
ス。

【００２１】(5) ＴｉＯ₂ とＰｂＯとを必須構成成分と
し、ＴｉＯ₂ の量が３０〜７５モル％、ＰｂＯの量が２
５〜７０モル％であるガラス。

【００２２】(6) ＴｅＯ₂ および／またはＳｂ₂Ｏ₃
と、ＰｂＯとを必須構成成分とし、ＴｅＯ₂ とＳｂ₂Ｏ₃
の合量が２０〜９５モル％、ＰｂＯの量が５〜８０モ
ル％であるガラス。

【００２３】(7) ＴｅＯ₂ および／またはＳｂ₂Ｏ₃
と、ＢａＯ，ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＺｎＯおよびＣｄＯか
ら選ばれる少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｔｅ
Ｏ₂ とＳｂ₂Ｏ₃ の合量が６０〜９８モル％、ＢａＯと
ＭｇＯとＳｒＯとＺｎＯとＣｄＯの合量が２〜４０モル
％であるガラス。

【００２４】(8) Ｂｉ₂Ｏ₃ と、ＣｄＯおよび／または
ＺｎＯと、Ｂ₂Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ およびＰ₂Ｏ₅ から選ばれ
る少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｂｉ₂Ｏ₃ の
量が１０〜９０モル％、ＣｄＯとＺｎＯの合量が５〜８
５モル％、Ｂ₂Ｏ₃ とＳｉＯ₂ とＰ₂Ｏ₅ の合量が１〜３
０モル％であるガラス。

【００２５】(9) Ａｓ，ＧｅおよびＳｂから選ばれる少
なくとも１種と、Ｓ，ＳｅおよびＴｅから選ばれる少な
くとも１種とを必須構成成分とし、ＡｓとＧｅとＳｂの
合量が１０〜６０at％、ＳとＳｅとＴｅの合量が４０〜
９０at％であるカルコゲナイドガラス。

【００２６】(10) ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｕ
Ｃｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＩ，ＣｓＰｂＣｌ₃ ，Ａ
ｇＧａＳｅ₂ ，Ａｓ₂Ｓ₃ ，Ｔｌ₃ＴａＳ₄ ，Ｔｌ₃Ｔａ
Ｓｅ₄，Ｔｌ₃ＶＳ₄ ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＰｂＳ，Ｇａ
Ｓｅ，ＧａＰ，ダイヤモンド，Ｙ₂Ｏ₃ ，Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ，
ＳｒＴｉＯ₃ ，Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃ ，Ｔｌ₃ＴａＳｅ₄
，Ｂｉ₂ＷＯ₆ ，Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂ ，Ｂｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂ ，
Ｂｉ₄Ｓｉ₃Ｏ₁₂ ，Ｙ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂ ，Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂ ，
（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ，Ｇａ（Ａｓ，Ｐ），Ｂｉ₁₂ＧｅＯ
₂₀ ，Ｂｉ₄Ｓｉ₃Ｏ₁₂ ，Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀ ，ＣｏＦｅ₂Ｏ
₄ ，ＰｂＧｅＯ₃ ，Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 ，Ｎｂ _2/3）Ｏ₃ ，
Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 ，Ｔａ_2/3）Ｏ₃ ，Ｐｂ（Ｚｎ_1/3 ，Ｎ
ｂ_2/3）Ｏ₃ ，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₂ ，Ｚ
ｎＷＯ₄，ＺｎＯ，ＴｉＯ₂ ，ＴｅＯ₂ ，ＢａＴｉＯ
₃ ，ＰｂＴｉＯ₃ ，ＫＮｂＯ₃ ，ＬｉＮｂＯ₃ ，ＬｉＴ
ａＯ₃ ，ＹＡｌＯ₃ ，（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ₂Ｏ₆ ，Ｌａ₂
Ｔｉ₂Ｏ₇ ，Ｃａ₂ＮｂＯ₇ ，Ｐｂ₅Ｇｅ₃Ｏ₁₁ ，ＰｂＮ
ｂ₄Ｏ₁₁ ，Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅ ，Ｐｂ₂ＫＮｂ₅Ｏ₁₅ ，
Ｓｒ₂ＫＮｂ₅Ｏ₁₅ ，Ｂａ₂ＬｉＮｂ₅Ｏ₁₅ ，Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎ
ｂ₅Ｏ₁₅ ，Ｂａ₃ＴｉＮｂ₄Ｏ₁₅ ，ＧｅＳｅ，ＬｉＩｎ
Ｓ₂ ，ＬｉＩｎＳｅ₂，ＣｄＧａ₂Ｓ₄ ，Ｔｌ₃ＡｓＳ
₄ ，Ｔｌ₃ＡｓＳｅ₄ ，Ｔｌ₃ＰＳｅ₄ ，ＣａＭｏＯ₄ ，
ＰｂＭｏＯ₄ ，ＣａＷＯ₄ ，Ｂｉ₂（ＭｏＯ）₃ ，Ｐｂ₂
ＭｏＯ₅ ，Ｂｉ₂ＷＯ₆ ，ＹＶＯ₄およびＰｂ₅（Ｇｅ
Ｏ₄）（ＶＯ₄）₂ から選ばれる少なくとも１種の結晶。

【００２７】さらに、本発明者らの研究によれば、非線
形光学応答の速度が速い非線形光学材料を得るうえから
は、マトリックスとして熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の物
質を用いることが好ましい。熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上
で、かつ、光学的に透明なマトリックスを形成すること
ができる物質の具体例としては、ダイヤモンド、ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＺｎＳ
ｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ等の半導体、ＳｉＯ
₂ ，Ａｌ₂Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ ，ＬｉＮｂＯ₃ ，ＭｇＯ，Ｙ₂
Ｏ₃ ，ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃ ，ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ，ＭｇＴ
ｉＯ₂ ，Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（ＹＡＧ），Ｙ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂ ，Ｙ
ｂ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂ ，Ｙｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂ 等の酸化物、ＡｌＮ，
Ｓｉ₃Ｎ₄ ，ＢＮ等の窒化物が挙げられ、これらは熱伝
導率が２Ｗ／ｍＫ以上であれば単結晶体であってもよい
し多結晶体であってもよい。これらの物質は、熱伝導率
が２Ｗ／ｍＫ以上である光学的に透明なマトリックスを
形成することができるばかりでなく、光学材料として実
用上十分な耐久性、耐光性を有している。

【００２８】なお、前述の通り、マトリックスは、当該
マトリックスに分散させようとする粒子についての吸収
ピーク波長域における光吸収係数αがそれぞれ概ね１０
ｃｍ^-1以下である必要があるので、分散させようとする
粒子の材質に応じてその材質が適宜決定される。

【００２９】上述したマトリックス中に分散させる粒子
は、前述したように、アスペクト比が１．２：１〜１０
０：１の範囲内で異なる複数種の粒子である。ここで、
粒子のアスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長
さ）を１．２：１〜１００：１に限定する理由は、次の
通りである。すなわち、粒子の光吸収のピーク波長は当
該粒子のアスペクト比に応じて変化するが、アスペクト
比が１．２：１より小さい粒子では、その吸収ピーク波
長が同一物質からなる球形の粒子の吸収ピーク波長とほ
ぼ同じになる結果、このような粒子をマトリックス中に
複数種分散させても、波長が異なる複数種の光に対して
それぞれ別個に３次の非線形光学応答を示す非線形光学
材料を得ることが困難になる。したがって、本発明の非
線形光学材料Ｉにおいては、マトリックス中に分散させ
る粒子のアスペクト比の下限を１．２：１とする。一
方、アスペクト比が１００：１より大きい粒子では、そ
の吸収ピークが２０００ｎｍよりも長波長側になる結
果、非線形光素子を用いた光学系で通常使用される波長
３００〜２０００ｎｍの光によって実用上十分な非線形
光学特性を発現させることが困難になる。したがって、
本発明の非線形光学材料Ｉにおいては、マトリックス中
に分散させる粒子のアスペクト比の上限を１００：１と
する。上記のアスペクト比は粒子の材質や目的とする非
線形光学材料の用途等にもよるが、狭い帯域に含まれる
複数種の光について高い効率でそれぞれ別個に光制御す
ることが可能な非線形光学材料を得るうえからは、概ね
２：１〜７０：１であることが好ましい。

【００３０】粒子は、アスペクト比が上記の範囲であれ
ば棒状，針状，円柱状，角柱状，ラグビーボール状，板
状等、種々の形状のものでよいが、その最長寸法（長軸
方向の大きさ）は１〜５００ｎｍであることが好まし
い。粒子の最長寸法が１ｎｍ未満では、この粒子をマト
リックスに分散させることによって発現する非線形光学
特性が微弱になり、非線形光素子に利用することができ
る非線形光学材料を得ることが困難になる。一方、粒子
の最長寸法が５００ｎｍを超えると、この粒子をマトリ
ックスに分散させることによって発現する非線形光学特
性が微弱になる他、当該粒子による光散乱が強くなって
光損失が増大するので、非線形光素子に利用することが
できる非線形光学材料を得ることが困難になる。粒子の
最長寸法は２〜２５０ｎｍであることが特に好ましい。

【００３１】また、上記の粒子は、アスペクト比からみ
て複数種がマトリックス中に分散していればよく、これ
ら複数種の粒子の材質は同じであってもよいし異なって
いてもよい。粒子の種類数は特に限定されるものではな
いが、マトリックス中に分散されている複数種の粒子
は、アスペクト比毎にその出現ひん度をみたときに下記
(a) または(b) の条件を満たすものであることが望まし
い。

【００３２】(a) あるアスペクト比Ｒ₁ と、このＲ₁ よ
りも大きいアスペクト比Ｒ₂ との間の範囲内において、
当該範囲内のアスペクト比を有する粒子がほぼ同じひん
度で出現する。ここで、前記のＲ₁ は、目的とする非線
形光学材料Ｉに非線形光学応答を発現させるために使用
しようとする複数種の光（波長が互いに異なるもの）の
うちで波長が最も短い光を主に吸収する粒子のアスペク
ト比とし、前記のＲ₂ は前記複数種の光（波長が互いに
異なるもの）のうちで波長が最も長い光を主に吸収する
粒子のアスペクト比とする。また、「ほぼ同じひん度」
とは、ひん度の変動がひん度の平均値に対して±５０％
以内であることを意味する。

【００３３】(b) 目的とする非線形光学材料Ｉに非線形
光学応答を発現させるために使用しようとする複数種の
光のそれぞれについて当該光を主に吸収する所定アスペ
クト比の粒子が存在し、かつ、これらの粒子の出現ひん
度がそれぞれピーク値またはその近傍の値となってい
る。

【００３４】上記の粒子の材料としては、３次の非線形
感受率｜χ⁽³⁾｜の大きい非線形光学材料が得られると
いう観点から、下記(i) 〜(vi)のものが好ましい。 (i) Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，ＳｂおよびＰｂからなる群より選ば
れた金属単体。 (ii)上記(i) の群より選ばれた金属同士の合金からなる
もの。 (iii) 上記(i) の群より選ばれた１種または複数種の金
属を総量で８０モル％以上含む合金。この場合、当該合
金を形成する前記金属以外の金属成分の具体例として
は、Ａｌ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｙ，Ｙｂ等が挙げられる。

【００３５】(iv)Ｓｉ，Ｇｅ，Ｇａ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｌ
Ｓｂ，ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，
ＺｎＴｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＰｂＳ，Ｐｂ
Ｓｅ，ＰｂＴｅ，ＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＣ
ｌ，ＴｌＢｒ，ＴｌＩ，Ｓｉ_xＧｅ_(1-x)（０≦ｘ≦
１），Ｚｎ_xＣｄ_yＰｂ_(1-x-y)Ｓ_zＳｅ_wＴｅ_(1-z-w)（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｗ≦１）およ
びＴｌ_xＣｕ_(1-x)Ｃｌ_yＢｒ_zＩ_(1-y-z)（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）からなる半導体群より選ばれ
た半導体。 (v) 上記(iv)の群より選ばれた半導体同士の固溶体。 (vi)上記(iv)の群より選ばれた１種または複数種の半導
体を総量で９０モル％以上含む固溶体。この場合、当該
固溶体を形成する前記半導体以外の成分の具体例として
は、Ｃ，Ｓ，ＧａＳｂ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ等が挙げら
れる。

【００３６】また、上記の粒子は、非線形感受率が大き
い物質からなるコアの表面を当該コアおよびマトリック
スとは異なる物質からなるシェルで被覆してなる複合粒
子であってもよい。この場合、前記のコアの材料として
は上記(i) 〜(vi)に挙げたものと同じものが挙げられ、
中でも、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｂｉ，
ＳｂおよびＰｂからなる群より選ばれた金属単体、前記
の群より選ばれた金属同士の合金、ならびにＳｉ_xＧｅ
_(1-x)（０≦ｘ≦１），Ｚｎ_xＣｄ_yＰｂ_(1-x-y)Ｓ_zＳｅ_w
Ｔｅ_(1-z-w)（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，
０≦ｗ≦１）およびＴｌ_xＣｕ_(1-x)Ｃｌ_yＢｒ_zＩ
_(1-y-z)（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）から
なる群より選ばれた半導体が好ましい。また、上記のシ
ェルの材料としてはＣｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＰｄからな
る群より選ばれた金属単体、前記の群より選ばれた金属
同士の合金、ならびに前記の群より選ばれた１種または
複数種の金属を総量で８０モル％以上含む合金（この場
合、当該合金を形成する前記金属以外の金属成分の具体
例としては、Ａｌ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｙ，Ｙｂ等が挙げられ
る。）が挙げられる。

【００３７】非線形光素子を用いた光学系では、通常、
波長３００〜２０００ｎｍの光が利用されるわけである
が、上記(i) 〜(iii) の物質からなる粒子は、３００〜
２０００ｎｍの波長域に表面プラズモン共鳴による光吸
収ピークを有するという観点から好適であり、上記(iv)
〜(vi)の物質からなる粒子は、３００〜２０００ｎｍの
波長域に量子閉じ込め効果により離散化した量子レベル
間で共鳴する光吸収ピークを有するという観点から好適
である。また、上記の複合粒子は、そのコアが上述した
金属もしくは合金からなるものである場合には、３００
〜２０００ｎｍの波長域に表面プラズモン共鳴による光
吸収ピークを有するという観点から好適であり、コアが
上述した半導体もしくは固溶体からなるものである場合
には、３００〜２０００ｎｍの波長域に量子閉じ込め効
果により離散化した量子レベル間で共鳴する光吸収ピー
クを有するという観点から好適である。そして、上記の
複合粒子は、そのシェルが上述した金属もしくは合金か
らなるものである場合には、マトリックスの誘電的な閉
じ込めによる局部電場の集中効果が大きいという観点か
ら好適である。

【００３８】本発明の非線形光学材料Ｉでは、上述した
複数種の粒子が前述した光学的に透明なマトリックス中
に実質的に一方向に配向した状態で分散されているわけ
であるが、本発明でいう「実質的に一方向に配向した状
態で分散されている」とは、粒子の長軸もしくは短軸の
配向が全角で１０度以内、好ましくは５度以内となるよ
うにして当該粒子がマトリックス中に分散されているこ
とを意味する。粒子が実質的に一方向に配向された状態
にない場合には、非線形光学特性が低下し、光制御の効
率が悪化する。

【００３９】マトリックス中に上述のようにして分散さ
れている粒子の割合（非線形光学材料Ｉに占める割合）
は、目的とする非線形光学材料Ｉの用途、粒子の材質、
マトリックスの材質等に応じて適宜変更可能であるが、
目的とする非線形光学材料Ｉに非線形光学応答を発現さ
せるために使用しようとする複数種の光のそれぞれにつ
いて当該光を主に吸収する所定アスペクト比の粒子につ
いては、その割合が０．０００１〜８０体積％であるこ
とが好ましく、特に０．０００５〜５０体積％であるこ
とが好ましい。

【００４０】前述したマトリックス中に上述した粒子が
実質的に一方向に配向した状態で分散されている本発明
の非線形光学材料Ｉでは、粒子の光吸収のピーク波長が
当該粒子のアスペクト比毎に異なることから、複数の光
吸収ピークを有し、ひいては３次の非線形感受率につい
ての複数のピークを有する。したがって、当該非線形光
学材料Ｉは、波長が互いに異なる複数種の光に対してそ
れぞれ別個に３次の非線形光学応答を示す。このような
特性を有する本発明の非線形光学材料Ｉは、後述する本
発明の方法Ｉや方法II等の方法により得ることができ
る。

【００４１】次に、本発明の非線形光学材料IIについて
説明する。本発明の非線形光学材料IIは、前述したよう
に、光学的に透明なマトリックス中にアスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲内にある粒子を実質的に
一方向に配向した状態で分散させてなる光学材料の積層
物からなる。そして、前記の積層物を構成している光学
材料は、当該光学材料中に分散している粒子のアスペク
ト比分布からみて複数種に分かれる。

【００４２】上記の光学材料の各々は、当該光学材料を
構成している粒子がそのアスペクト比からみて実質的に
１種類であってもよいという点で前述した本発明の非線
形光学材料Ｉと異なるが、この点を除けば基本的に本発
明の非線形光学材料Ｉと同じであるので、ここではマト
リックスおよび粒子についての説明を省略する。

【００４３】また、粒子のアスペクト比分布からみた光
学材料の種類数は２種以上の所望数であればよく、この
種数は上記の積層物（非線形光学材料II）を構成してい
る光学材料の数より少なくてもよい。すなわち、同種の
光学材料が２種以上あってもよい。ただし、上記の積層
物（非線形光学材料II）を構成している光学材料の全て
または少なくとも２つが、アスペクト比が異なる複数種
の粒子を光学的に透明なマトリックス中に分散させたも
の、すなわち本発明の非線形光学材料Ｉである場合、こ
れらの光学材料は粒子のアスペクト比分布が近似するも
のであってもよい。なお、本発明でいう「粒子のアスペ
クト比分布」とは、マトリックス中に分散されている粒
子についてアスペクト比毎にその出現ひん度を求めたと
きの粒子の分布を意味する。

【００４４】上述した積層体からなる本発明の非線形光
学材料IIでは、当該非線形光学材料II（積層体）を構成
している光学材料毎に粒子の存在に起因する光吸収のピ
ーク波長が異なることから、複数の光吸収ピークを有
し、ひいては３次の非線形感受率についての複数のピー
クを有する。したがって、当該非線形光学材料IIは、波
長が互いに異なる複数種の光に対してそれぞれ別個に３
次の非線形光学応答を示す。

【００４５】なお、上記の積層物（非線形光学材料II）
を構成している光学材料の全てが、アスペクト比が異な
る複数種の粒子を光学的に透明なマトリックス中に分散
させたもの（本発明の非線形光学材料Ｉ）であり、か
つ、これらの光学材料における粒子のアスペクト比分布
が近似する場合には、粒子による光吸収のピーク波長は
光学材料毎に近似するが、各光学材料が前述した本発明
の非線形光学材料Ｉであることから、当該非線形光学材
料IIは複数の光吸収ピークを有し、ひいては３次の非線
形感受率についての複数のピークを有する。したがっ
て、この場合の非線形光学材料IIも、波長が互いに異な
る複数種の光に対してそれぞれ別個に３次の非線形光学
応答を示す。

【００４６】このような特性を有する本発明の非線形光
学材料IIは、例えば、前述した本発明の非線形光学材料
Ｉの１種または複数種を所望枚数、光学的に張り合わせ
ることにより得ることができる。また、後述する本発明
の方法II等の方法によっても得ることができる。

【００４７】次に、本発明の方法Ｉについて説明する。
本発明の方法Ｉは、前述したように、光学的に透明なマ
トリックス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてな
る光学材料を所定の温度環境下で一定方向に伸長させ
て、光学的に透明なマトリックス中にアスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲内で異なる複数種の粒子
を実質的に一方向に配向した状態で分散させてなる非線
形光学材料を得ることを特徴とするものである。

【００４８】先ず、光学的に透明なマトリックス中に径
の異なる複数種の粒子を分散させてなる上記の光学材料
について説明すると、この光学材料では径からみて複数
種の粒子が光学的に透明なマトリックス中に分散してい
ればよく、これら複数種の粒子の材質は互いに同じであ
ってもよいし異なっていてもよい。このような光学材料
は、例えば、溶融・熱析出法、イオン注入法、イオン交
換法、スパッタ法、ゾル−ゲル法等によって得ることが
できる。以下、方法毎に詳述する。

【００４９】（Ａ）溶融・熱析出法この方法は、光学的に透明なガラス中に径の異なる複数
種の粒子を分散させてなる光学材料を得るための方法と
して好適である。溶融・熱析出法により目的とする光学
材料を得る場合には、例えば、マトリックスとして用い
るガラスの原料と粒子の原料とを含む混合物を加熱・溶
融してガラス融液としたのち、このガラス融液を室温ま
で冷却して、粒子の構成成分がイオンまたは原子状にな
って導入されている均一ガラスを先ず得る。このとき、
ガラスの原料としては、粒子の構成成分の酸化を防止す
るうえから、酸化作用の強い硝酸塩，硫酸塩等は避け、
酸化物，水酸化物等を用いるのが好ましい。

【００５０】ガラス中に金属粒子を分散させようとする
場合には、上記の「粒子の原料」として当該金属粒子の
材料である金属についての各種化合物を用いることがで
きる。例えば、Ｃｕ粒子の原料としては、Ｃｕ₂Ｏ，Ｃ
ｕＯ等の酸化物、ＣｕＦ，ＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ
等のハロゲン化物、ＣｕＣＯ₃ 等の炭酸塩等を用いるこ
とができる。また、Ａｇ粒子の原料としては、Ａｇ
₂Ｏ，ＡｇＯ等の酸化物、ＡｇＦ，ＡｇＣｌ，ＡｇＢ
ｒ，ＡｇＩ等のハロゲン化物、Ａｇ₂ＣＯ₃ 等の炭酸塩
等を用いることができる。Ａｕ粒子の原料としては、Ａ
ｕ₂Ｏ₃ 等の酸化物、ＡｕＣｌ₃ ，ＡｕＢｒ₃ ，ＡｕＨ
Ｃｌ₄ 等のハロゲン化物等を用いることができる。Ｃｕ
粒子，Ａｇ粒子およびＡｕ粒子以外の金属粒子について
も、当該金属についての酸化物，ハロゲン化物，炭酸塩
等をその原料として用いることができる。さらに、Ｃｕ
粒子やＡｇ粒子等については、有機金属化合物をその原
料として用いることもできる。金属粒子の原料は、金属
単体に換算して、ガラスの原料１００モル％に対して
０．０００１〜１０モル％となる割合でガラスの原料に
添加することが好ましい。なお、溶融・析出法によって
ガラス中に金属粒子を分散させてなる光学材料を得る場
合、金属粒子の析出を的確に行ううえから、ＳｎＯおよ
び／またはＳｂ₂Ｏ₃ をガラスの原料１００モル％に対
して０．０００１〜１０モル％添加することが好まし
い。

【００５１】また、ガラス中に半導体粒子を分散させよ
うとする場合には、上記の「粒子の原料」として単体半
導体、化合物半導体、単体半導体同士の固溶体、化合物
半導体同士の固溶体、あるいは単体半導体と化合物半導
体との固溶体等を用いることができる。

【００５２】例えば、Ｓｉ_xＧｅ_(1-x)（０≦ｘ≦１）か
らなる半導体粒子の原料には、Ｓｉ，ＧｅおよびＳｉ_x
Ｇｅ_(1-x)（０≦ｘ≦１）固溶体を用いることができ
る。また、Ｚｎ_xＣｄ_yＰｂ_(1-x-y)Ｓ_zＳｅ_wＴｅ_(1-z-w)
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）
からなる半導体粒子の原料には、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｚ
ｎＴｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳ
ｅおよびＰｂＴｅ等の化合物半導体および／またはＺｎ
_xＣｄ_yＰｂ_(1-x-y)Ｓ_zＳｅ_wＴｅ_(1-z-w)（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）固溶体を用いる
ことができる。Ｔｌ_xＣｕ_(1-x)Ｃｌ_yＢｒ_zＩ
_(1-y-z)（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦ １）から
なる半導体粒子の原料には、ＴｌＣｌ，ＴｌＢｒ，Ｔｌ
Ｉ，ＣｕＣｌ，ＣｕＢｒおよびＣｕＩ等の化合物半導体
および／またはＴｌ_xＣｕ_(1-x)Ｃｌ_yＢｒ_zＩ
_(1-y _-z)（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）固溶
体を用いることができる。この他、Ｔｌの原料としては
Ｔｌ₂Ｏ等の酸化物，ＴｌＦ等のハロゲン化物，Ｔｌ₂
ＣＯ₃ 等の炭酸塩等を用いることができ、Ｃｕ原料とし
てはＣｕ₂Ｏ等の酸化物、ＣｕＦ等のハロゲン化物、Ｃ
ｕ₂ＣＯ₃ 等の炭酸塩等を用いることができる。また、
Ｃｌの原料としてはＣｄＣｌ₂ 等の塩化合物を、Ｂｒの
原料としてはＣｄＢｒ₂ 等の臭化物を、Ｉの原料として
はＣｓＩ₂ 等のヨウ化物を用いることができる。

【００５３】なお、例えばＳｉ_xＧｅ_(1-x)（０≦ｘ≦
１）からなる半導体粒子を分散させる場合、ガラスの原
料の溶解中にＳｉ_xＧｅ_(1-x)（０≦ｘ≦１）半導体の成
分が酸化するのを防止するために、Ｃ等の還元剤を当該
原料に添加することが好ましい。また、Ｚｎ_xＣｄ_yＰｂ
_(1-x-y)Ｓ_zＳｅ_wＴｅ_(1-z-w)（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）からなる半導体粒子を分
散させる場合、ガラスの原料としては、ガラス中への半
導体構成成分の溶解を促進し、ガラスの原料の溶解中に
Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅが揮発するのを防止し、かつ、半導体粒
子の析出を促進する効果を有する成分であるＺｎＯ，Ｃ
ｄＯまたはＰｂＯを含有するものを用いることが好まし
い。Ｔｌ_xＣｕ_(1-x)Ｃｌ_yＢｒ_zＩ_(1-y-z)（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）からなる半導体粒子を分
散させる場合、ガラスの原料としては、Ｔｌおよび／ま
たはＣｕの酸化を防止し、ガラスの原料の溶解中にＣ
ｌ，Ｂｒ，Ｉが揮発するのを防止し、かつ、半導体粒子
の析出を促進させる効果を有する成分であるＳｎＯおよ
び／またはＳｂ₂Ｏ₃ を含有するものを使用することが
好ましい。この場合、ＳｎＯとＳｂ₂Ｏ₃ の合量は、そ
の他のガラス原料１００モル％に対して１０モル％以下
が好ましい。

【００５４】また、ガラス中に複合粒子を分散させよう
とする場合には、上記の「粒子の原料」として、コアの
原料およびシェルの原料をそれぞれ用いる。コアが金属
からなる複合粒子を分散させようとする場合には、上述
した金属粒子の原料と同じものを使用することができ、
コアが半導体からなる複合粒子を分散させようとする場
合には、上述した半導体粒子の原料と同じものを使用す
ることができる。そして、シェルの原料としては、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ等についての酸化物，ハロゲン化
物，炭酸塩，有機金属化合物等を用いることができる。

【００５５】上述した原料を用いて粒子の構成成分が導
入されている均一ガラスを得た後に、この均一ガラスを
所定の温度で熱処理することによりガラス中に粒子を析
出させる。このときの熱処理温度は粒子の材質に応じて
異なるが、金属粒子および半導体粒子のいずれについて
も、概ね２００〜１０００℃の範囲内である。そして、
この熱処理を複数回行うことにより、光学的に透明なガ
ラス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学
材料が得られる。

【００５６】上記の均一ガラス中に導入されている粒子
の構成成分が結晶核を作る（核化する）温度（核化温
度）と、この核化によって生じた結晶核が成長して粒子
が析出する温度（成長温度）とは異なり、核化温度は成
長温度より低い。したがって、ガラス中に粒子を析出さ
せるための熱処理を複数回行った場合、２回目以降の熱
処理時には、新たな核化および当該核化によって生じた
結晶核の成長が起こる他に、当該熱処理前にガラス中に
析出していた粒子の更なる成長も起こる。その結果とし
て、光学的に透明なガラス中に径の異なる複数種の粒子
を分散させてなる光学材料が得られる。

【００５７】なお、ガラス中に分散させようとする粒子
が複合粒子である場合には、先ずコアとなる微粒子（以
下「コア微粒子」という）をガラス中に析出させるため
の熱処理（温度：Ｔ₁ ）を行った後、この熱処理によっ
て析出したコア微粒子の表面にシェルとなる物質を析出
させてシェルを形成するための熱処理（温度：Ｔ₂ ，Ｔ
₂ ＞Ｔ₁ ）を行うことによって複合粒子が得られる。し
たがって、ガラス中に分散させようとする粒子が複合粒
子である場合には、コア微粒子を析出させるための熱処
理とシェルを形成するための熱処理との２つによって構
成される熱処理を複数回行うことにより、光学的に透明
なガラス中に径の異なる複数種の粒子（複合粒子）を分
散させてなる光学材料が得られる。

【００５８】（Ｂ）イオン注入法この方法は、前述したガラス等の非晶質物質や前述した
結晶からなる光学的に透明なマトリックス中に径の異な
る複数種の粒子を分散させてなる光学材料を得るための
方法として好適である。イオン注入法により目的とする
光学材料を得る場合には、例えば通常のイオン注入装置
を用いて、所望のマトリックスに粒子形成用のイオンを
高速で打ち込み、これによって当該マトリックス中に粒
子の構成成分を先ず導入する。このとき、分散させよう
とする粒子が複合粒子である場合には、コア形成用のイ
オンとシェル形成用のイオンを同時または別々に高速で
打ち込む。次いで、上記のマトリックス中に粒子を析出
させるための熱処理を前述した溶融・析出法での熱処理
に準じて行うことにより、光学的に透明なマトリックス
中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料
が得られる。

【００５９】（Ｃ）イオン交換法この方法は、光学的に透明なガラス中に径の異なる複数
種の粒子を分散させてなる光学材料を得るための方法と
して好適である。イオン交換法により目的とする光学材
料を得る場合には、例えば、先ず被交換イオン（例え
ば、アルカリ金属イオン等）を含有させたガラスを得、
このガラスに含有されている被交換イオンと、分散させ
ようとする粒子の構成成分のイオンとを乾式または湿式
のイオン交換法により交換することによってガラス中に
粒子の構成成分を導入する。このとき、分散させようと
する粒子が複合粒子である場合には、コア形成用のイオ
ンとシェル形成用のイオンを同時または別々に導入す
る。次いで、上記のマトリックス中に粒子を析出させる
ための熱処理を前述した溶融・析出法での熱処理に準じ
て行うことにより、光学的に透明なガラスマトリックス
中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料
が得られる。

【００６０】（Ｄ）スパッタ法この方法は、非晶質物質や前述した結晶からなる光学的
に透明なマトリックス中に径の異なる複数種の粒子を分
散させてなる光学材料を得るための方法として好適であ
る。スパッタ法により目的とする光学材料を製造する場
合には、例えば、通常のスパッタ装置を用いて、基板
（例えば、石英ガラス等）上にマトリックス材料および
粒子材料を交互にまたは同時に堆積させて、粒子の構成
成分を含有した材料を得る。次いで、上記の材料中に粒
子を生成させるための熱処理を前述した溶融・析出法で
の熱処理に準じて行うことにより、光学的に透明なマト
リックス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる
光学材料が得られる。

【００６１】（Ｅ）ゾル−ゲル法この方法は、前述したガラス等の非晶質物質や前述した
結晶（セラミックス）からなる光学的に透明なマトリッ
クス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学
材料を得るための方法として好適である。ゾル−ゲル法
により目的とする光学材料を製造する場合には、例え
ば、マトリックスの原料となる有機金属化合物（例えば
金属アルコキシド等）と粒子の原料とを含有したゾル溶
液を調製し、このゾル溶液について加水分解、脱水縮合
反応を行って、粒子の構成成分が導入されたゲル体を得
る。次いで、上記のゲル体中に粒子を析出させるための
熱処理を前述した溶融・析出法での熱処理に準じて行う
ことにより、光学的に透明なマトリックス中に径の異な
る複数種の粒子を分散させてなる光学材料が得られる。
粒子を析出させた後、ゲル体を無孔化するための熱処理
を必要に応じて行ってもよい。

【００６２】光学的に透明なマトリックス中に径の異な
る複数種の粒子を分散させてなる光学材料は、上述した
（Ａ）〜（Ｅ）の方法により得ることができる他、下記
（Ｆ）〜（Ｈ）の方法によっても得ることができる。

【００６３】（Ｆ）細孔の孔径分布が局部的に異なる光
学的に透明な多孔質のマトリックスの細孔内に粒子の原
料を堆積させ、この後に熱処理を施して前記粒子の原料
から粒子を生成させることにより、光学的に透明なマト
リックス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる
光学材料を得る方法。この方法は、光学的に透明なガラス中またはセラミック
ス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材
料を得るための方法として好適である。

【００６４】この方法で用いる「細孔の孔径分布が局部
的に異なる光学的に透明な多孔質のマトリックス」は、
ゾル−ゲル法，分相法，気相法等によって得た光学的に
透明な多孔質体に対して、局部的に加熱温度や処理時間
を変えながら熱処理を施すことにより得ることができ
る。ここで、ゾル−ゲル法によって得られる前記の多孔
質体は、単成分または多成分のガラスもしくはセラミッ
クスを作製する際にその中間体として得られる多孔質ゲ
ル（適当な熱処理を施して硬質化したものを含む）であ
り、分相法によって得られる前記の多孔質体は、分相法
によって高ケイ酸ガラスを作製する際にその中間体とし
て得られる多孔質ガラスであり、気相法によって得られ
る前記の多孔質体は、火炎加水分解反応を利用した気相
法によって作製された多孔質ガラスである。これらの多
孔質体に存在する細孔の孔径は、当該多孔質体の材質に
応じた所定温度の熱処理を施すことにより漸次小さくな
っていく。また、分相法によって多孔質体を得る際に、
高ケイ酸ガラスの元となるガラス（例えばホウケイ酸ガ
ラス）を分相するための熱処理を複数回行った後に酸に
よる可溶相の溶出を行うことによっても、２回目以降の
熱処理時に新たな分相が起こる他に、当該熱処理前の熱
処理によって分相した酸可溶相（アルカリの多い相）の
成長が起こる結果として、「細孔の孔径分布が局部的に
異なる光学的に透明な多孔質のマトリックス」を得るこ
とができる。

【００６５】上記「細孔の孔径分布が局部的に異なる光
学的に透明な多孔質のマトリックス」の細孔内に堆積さ
せる粒子の原料の具体例としては、前記（Ａ）で例示し
たものと同じものが挙げられる。そして、前記細孔内へ
の粒子の原料の堆積は、例えば、溶媒として水，メタノ
ール，エタノール，イソプロピルアルコールまたはこれ
らの混合溶液等を用いて前記粒子の原料が溶解した溶液
を調製し、この溶液内に前記多孔質のマトリックスを浸
漬した後に乾燥することにより行うことができる。ま
た、粒子の原料としては有機金属化合物のガス（例えば
ＳｉＣｌ₄ ガス）を用いることもでき、この場合には、
当該ガスに「細孔の孔径分布が局部的に異なる光学的に
透明な多孔質のマトリックス」を曝露することにより、
前記のマトリックスの細孔内に粒子の原料を堆積させる
ことができる。

【００６６】粒子の原料から粒子を生成させるための熱
処理時の温度および時間は、原料の種類に応じて適宜選
択される。生成した粒子の大きさは、その原料が堆積し
ていた細孔の孔径に応じて異なってくるので、前記の熱
処理を少なくとも１回、必要に応じて複数回行うことに
より、光学的に透明なマトリックス中に径の異なる複数
種の粒子を分散させてなる光学材料が得られる。なお、
粒子を生成させた後、ゲル体を無孔化するための熱処理
を必要に応じて行ってもよい。

【００６７】（Ｇ）径の異なる複数種の粒子を添加した
マトリックス原料から前記の粒子が分散した光学的に透
明なマトリックスを得ることにより、光学的に透明なマ
トリックス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてな
る光学材料を得る方法。この方法は、光学的に透明なガラス中、セラミックス中
または結晶中に径の異なる複数種の粒子を分散させてな
る光学材料を得るための方法として好適である。

【００６８】この方法によって光学的に透明なガラス中
に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料を
得る場合には、分散させようとする粒子の溶融温度より
も十分に低い溶融温度を有する所望組成のガラス融液を
調製し、このガラス融液に径の異なる複数種の粒子を添
加し、混合する。この後、ガラス融液を冷却することに
より目的とする光学材料が得られる。

【００６９】また、光学的に透明なガラスまたはセラミ
ックスをゾル−ゲル法によって得る際に、前記のガラス
またはセラミックスを得るためのゾル溶液に径の異なる
複数種の粒子を添加し、混合した後、このゾル溶液をゲ
ル化させ、必要に応じて所望の熱処理を行うことによ
り、光学的に透明なガラス中またはセラミックス中に径
の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料が得ら
れる。

【００７０】さらに、上記の方法によって光学的に透明
な結晶中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光
学材料を得る場合には、前記の結晶をチョクラルスキー
法等の液相法により作製する際に、結晶の原料に径の異
なる複数種の粒子を添加し、混合する。そして、このも
のから結晶を作製することにより目的とする光学材料が
得られる。

【００７１】（Ｈ）光学的に透明な多孔質のマトリック
スの細孔内に径が異なる複数種の粒子を導入した後に熱
処理を施すことにより、光学的に透明なマトリックス中
に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料を
得る方法。この方法は、光学的に透明なガラス中またはセラミック
ス中に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材
料を得るための方法として好適である。この方法で用い
る光学的に透明な多孔質のマトリックスとしては、上記
（Ｆ）で説明したゾル−ゲル法，分相法，気相法等によ
って得た光学的に透明な多孔質体を用いることができ
る。そして、多孔質体の細孔内への複数種の粒子の導入
は、例えば、分散媒として水，メタノール，エタノー
ル，イソプロピルアルコールまたはこれらの混合溶液等
を用いて前記複数種の粒子が分散した分散液を調製し、
この分散液に前記多孔質のマトリックスを浸漬すること
により行うことができる。この後、必要に応じて乾燥処
理を施すことにより、目的とする光学材料が得られる。

【００７２】本発明の方法Ｉでは、上記（Ａ）〜（Ｈ）
の方法等によって得られる光学材料を所定の温度環境下
で一定方向に伸長させて、光学的に透明なマトリックス
中にアスペクト比が１．２：１〜１００：１の範囲内で
異なる複数種の粒子を実質的に一方向に配向した状態で
分散させてなる非線形光学材料を得る。

【００７３】ここで、上記の「所定の温度環境」は、上
記の光学材料中に分散している粒子が既に「アスペクト
比が１．２：１〜１００：１の範囲内で異なる複数種の
粒子」であるか否か、また、粒子の軟化点がマトリック
スの軟化点より高い否かに応じて異なる。

【００７４】例えば、粒子の材料が結晶成長の方向性か
らみて針状、柱状、板状等の異方性結晶に成長し易いも
のである場合には、当該材料からなる粒子を上記（Ａ）
〜（Ｆ）の方法によって光学的に透明なマトリックス中
に分散させて光学材料を得る際に、これらの方法におい
て粒子を析出させるために行われる熱処理を核成長条
件、すなわち、マトリックス中に析出した核が粒子へと
成長する条件に保ちつつ所望の大きさになるまで粒子を
析出させることにより、アスペクト比が１．２：１〜１
００：１の範囲内で異なる複数種の粒子をマトリックス
中に分散させてなる光学材料（以下「光学材料Ａ」とい
うことがある）を得ることができる。また、上記（Ｇ）
の方法でマトリックス原料に添加する粒子として、ある
いは上記（Ｈ）の方法で多孔質のマトリックスの細孔内
に導入する粒子として、アスペクト比が１．２：１〜１
００：１の範囲内で異なる複数種の粒子を用いることに
より、それぞれ光学材料Ａを得ることができる。

【００７５】そして、光学材料Ａにおける粒子の軟化点
がマトリックスの軟化点よりも高い場合には、上記の
「所定の温度環境」をマトリックスのみが軟化する温度
環境とし、この温度環境下で光学材料Ａを一定方向に伸
長させる。光学材料Ａの伸長条件を適宜設定することに
より、光学材料Ａの一定方向への伸長に伴って粒子が実
質的に一方向に配向して、目的とする非線形光学材料が
得られる。また、光学材料Ａにおける粒子の軟化点がマ
トリックスの軟化点よりも低い場合には、上記の「所定
の温度環境」を粒子およびマトリックスが共に軟化する
温度環境とし、この温度環境下で光学材料Ａを一定方向
に伸長させる。このときの光学材料Ａの伸長条件を適宜
設定することにより、光学材料Ａの一定方向への伸長に
伴って粒子を実質的に一方向に配向させることができる
が、このときに粒子の伸長が生じる場合もある。したが
って、光学材料Ａの伸長条件と光学材料Ａを得る際の前
記複数回の熱処理の各々の条件とを、光学材料Ａの一定
方向への伸長に伴って粒子が実質的に一方向に配向し、
かつ、当該伸長後の粒子のアスペクト比が所望の値とな
るように適宜設定することにより、目的とする非線形光
学材料が得られる。

【００７６】なお、異方性結晶に成長し易い物質として
は、金属ではＣｏ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｔｉ等が挙げられ、半
導体ではＧａ，Ｓｅ，Ｔｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴ
ｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ等が挙げられる。ま
た、合金および半導体同士の固溶体ではその組成によっ
て異方性結晶に成長し易いか否かが異なり、例えばＣｄ
Ｓ_0.2Ｓｅ_0.6Ｔｅ_0.2は異方性結晶に成長し易い。

【００７７】一方、粒子の材料が結晶成長の方向性から
みて等方性結晶に成長し易いものや、結晶成長せずに不
規則な格子を形成して析出成長するものである場合に
は、当該材料からなる粒子を光学的に透明なマトリック
ス中に分散させてなる光学材料（以下「光学材料Ｂ」と
いうことがある）を上記（Ａ）〜（Ｈ）等の方法によっ
て得た後、上記の「所定の温度環境」を粒子およびマト
リックスが共に軟化する温度環境とし、この温度環境下
で光学材料Ｂを一定方向に伸長させる。このときの光学
材料Ｂの伸長条件を適宜設定することにより、光学材料
Ｂ中の粒子が光学材料Ｂの伸長に伴って伸長する一方で
実質的に一方向に配向して、目的とする非線形光学材料
が得られる。

【００７８】なお、上記所定の温度環境下での光学材料
の一定方向への伸長は、例えば圧縮，延伸，押出し等に
より行うことができる。また、光学材料の伸長は、光学
的に透明なマトリックス中に径の異なる複数種の粒子を
分散させた光学材料を得た後に行う他、光学的に透明な
マトリックス中に径の異なる複数種の粒子を分散（析
出）させる工程と並行して行ってもよい。したがって、
本発明の方法Ｉでいう「光学的に透明なマトリックス中
に径の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料」
は、光学的に透明なマトリックス中に径の異なる複数種
の粒子を分散させた後の光学材料と、光学的に透明なマ
トリックス中に径の異なる複数種の粒子を分散（析出）
させる過程にある光学材料の両方を包含する。

【００７９】次に、本発明の方法IIについて説明する。
本発明の方法IIは、前述したように、粒子の材料物質を
基板上に島状に堆積させる第１の工程と、マトリックス
の材料物質を基板上に層状に堆積させる第２の工程と
を、少なくとも前記第１の工程での前記基板の傾斜角度
を変えながら同一基板の所定面上において複数回繰り返
すことにより、光学的に透明なマトリックス中にアスペ
クト比が１．２：１〜１００：１の範囲内で異なる複数
種の粒子を実質的に一方向に配向した状態で分散させて
なる非線形光学材料を得ることを特徴とするものであ
る。

【００８０】粒子の材料物質を基板上に島状に堆積させ
る第１の工程は、スパッタ法，蒸着法，ＣＶＤ法等によ
り行うことが可能である。ここで、本発明でいう「粒子
の材料物質」とは、島状に堆積させることによって目的
とする組成の粒子が得られる物質（目的とする粒子と同
一組成の物質）を意味し、当該材料物質の出発物質（ス
パッタリングターゲット，蒸発源，原料ガス等）として
は、堆積方法および目的とする粒子の組成に応じて、金
属単体，合金，単体半導体，化合物半導体，有機金属化
合物，ハロゲン化物等を用いることができる。

【００８１】また、マトリックスの材料物質を基板上に
層状に堆積させる第２の工程も、スパッタ法，蒸着法，
ＣＶＤ法等により行うことができる。ここで、本発明で
いう「マトリックスの材料物質」とは、層状に堆積させ
ることによって目的とする組成のマトリックスが得られ
る物質（目的とするマトリックスと同一組成の物質）を
意味し、当該材料物質の出発物質（スパッタリングター
ゲット，蒸発源，原料ガス等）としては、堆積方法およ
び目的とする粒子の組成に応じて、金属単体，金属酸化
物，単体半導体，化合物半導体，有機金属化合物，ハロ
ゲン化物，複合酸化物等を用いることができる。

【００８２】上述した第１の工程と第２の工程とはどち
らを先に行ってもよく、これらの工程の繰り返し回数は
２回以上の所望回数とすることができる。また、２回以
上の所望回数行われる第１の工程それぞれにおいて島状
に堆積される粒子の材料物質の組成は、同じであっても
よいし、異なっていてもよい。同様に、２回以上の所望
回数行われる第２の工程それぞれにおいて層状に堆積さ
れるマトリックスの材料物質の組成は、同じであっても
よいし、異なっていてもよい。

【００８３】本発明の方法IIにおいては、少なくとも第
１の工程での基板の傾斜角度を変えながら同一基板の所
定面上において第１の工程および第２の工程を２回以上
の所望回数繰り返す。ここで、本発明でいう「基板の傾
斜角度」とは、垂直面に対する粒子の材料物質の堆積方
向の角度を意味する。

【００８４】上述のようにして第１の工程および第２の
工程を繰り返した場合、所望回数行われる第１の工程そ
れぞれにおいて島状に堆積した粒子の材料物質のアスペ
クト比は、基板の傾斜角度に応じてそれぞれ異なる。ま
た、粒子の材料物質は、所望回数行われる第１の工程そ
れぞれにおいて実質的に一方向に配向した状態で島状に
堆積する。したがって、所望回数行われる第１の工程そ
れぞれにおける基板の傾斜角度を所定の角度に適宜変更
して粒子の材料物質を島状に堆積させることにより所望
アスペクト比の粒子を形成することができ、これにより
光学的に透明なマトリックス中にアスペクト比が１．
２：１〜１００：１の範囲内で異なる複数種の粒子を実
質的に一方向に配向した状態で分散させてなる非線形光
学材料を得ることができる。

【００８５】なお、方法IIにおいて２回以上の所望回数
行われる第２の工程それぞれにおける基板の傾斜角度は
同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、基
板としては、本発明の非線形光学材料Ｉの説明の中で例
示した材質ものを用いることが好ましい。

【００８６】次に、本発明の非線形光素子について説明
する。本発明の非線形光素子は、前述したように、本発
明の非線形光学材料（非線形光素子Ｉまたは非線形光学
材料II）によって光路の一部または全部が形成されてい
ることを特徴とするものである。

【００８７】この非線形光素子は、光路の一部または全
部を形成している前記の非線形光学材料の非線形光学特
性を利用して光制御を行う非線形光素子であれば如何な
る形態（例えばファブリ・ペロー共振器型，導波路型，
方向性結合器型，ループファイバー型等）および用途
（例えば光スイッチ，光変調器，光シャッタ，光フィル
タ，光論理素子，光メモリ，光交換器，光ゲート素子
等）のものであってもよい。

【００８８】上記の非線形光素子では、例えば次のよう
にして光制御が行われる。すなわち、非線形光素子によ
って制御しようとする光（以下「被制御光」という）を
当該非線形光素子に入射させるにあたり、非線形光素子
からの出射光強度をオフ状態にしたい場合には被制御光
の入射強度が前記の非線形光学材料に非線形光学応答を
生じさせない強度となるように当該被制御光の入射強度
を調整し、非線形光素子からの出射光強度をオン状態に
したい場合には被制御光の入射強度が前記の非線形光学
材料に非線形光学応答を生じさせる強度となるように当
該被制御光の入射強度を調整する（以下、この光制御方
法を「光制御方法Ｉ」という）。

【００８９】あるいは、非線形光学材料に非線形光学応
答を生じさせない入射光強度のバイアスポンピング光
（定常入力光）と、このバイアスポンピング光と同一波
長のトリガーポンピング光（パルス光）とを非線形光素
子に入射させ、非線形光素子からの出射光強度をオフ状
態にしたい場合には、バイアスポンピング光とトリガー
ポンピング光とが重畳された光の入射強度が前記の非線
形光学材料に非線形光学応答を生じさせない強度となる
ようにバイアスポンピング光またはトリガーポンピング
光の入射強度を調整し、非線形光素子からの出射光強度
をオン状態にしたい場合には、バイアスポンピング光と
トリガーポンピング光とが重畳された光の入射強度が前
記の非線形光学材料に非線形光学応答を生じさせる強度
となるようにバイアスポンピング光またはトリガーポン
ピング光の入射強度を調整する（以下、この光制御方法
を「光制御方法II」という）。

【００９０】ここで、本発明の非線形光素子において光
路の一部または全部を形成している本発明の非線形光学
材料は、当該非線形光学材料中に分散している粒子の光
吸収のピーク波長が当該粒子のアスペクト比毎に異なる
ことから、複数の光吸収ピークを有し、ひいては３次の
非線形感受率についての複数のピークを有する。すなわ
ち、本発明の非線形光素子は、波長が互いに異なる複数
種の光に対してそれぞれ別個に３次の非線形光学応答を
示す。

【００９１】したがって、上記の非線形光学材料に３次
の非線形光学応答が発現する波長の光を複数種多重化し
てなる被制御光を上記の非線形光素子に入射させ、前記
の非線形光学材料の非線形光学特性を利用して前記複数
種の光をそれぞれ別個に光制御するという本発明の光制
御方法に基づいて上記の非線形光素子を駆動させること
により、複数種の光に対してもそれぞれ別個に光制御を
行うことができる。

【００９２】本発明の方法による光制御は、本発明の非
線形光素子を構成している非線形光学材料（本発明の非
線形光学材料）における光吸収ピークまたはその近傍の
波長を有する光を所望数多重化したものを上述した光制
御方法Ｉにおける被制御光として用い、当該被制御光を
構成している各光の入射強度をそれぞれ調整することに
より行うことができる。このときの被制御光を構成する
各光は、アスペクト比の差異に起因する粒子の光吸収ピ
ーク波長の違いが当該粒子の長軸方向に平行な直線偏光
（電場の振動方向が粒子の長軸方向と同じである直線偏
光）に対して特に顕著であることから、粒子の長軸方向
に平行な直線偏光（電場の振動方向が粒子の長軸方向と
同じである直線偏光）であることが好ましいが、粒子の
長軸方向と直線偏光の電場の振動方向とは概ね１０度の
範囲内でずれていてもよい。また、上述したと同様にし
て波長が異なる複数種の光を多重化したものを上述した
光制御方法IIにおける被制御光および制御光としてそれ
ぞれ用い、制御光を構成している各光の入射強度をそれ
ぞれ調整することによっても、本発明の方法により光制
御することができる。

【００９３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実施例１マトリックスとなるガラスの原料として３０モル％のＢ
₂Ｏ₃ と６８モル％のＰｂＯと２モル％のＳｎＯとから
なる組成物を用い、この組成物１００モル％に対して粒
子の原料としてのＣｕ₂Ｏを１モル％（Ｃｕとして２モ
ル％）混合したものを、耐火性ルツボ中で１０００℃に
おいて１５分間加熱して均一なガラス融液とした後、鉄
板上にキャストしてガラスを得た。次に、上記のガラス
について、３５０℃で８時間熱処理した後に更に４３０
℃で１時間熱処理するという熱処理を６回繰り返した。

【００９４】このようにして得られたガラスをＸ線回折
法を用いて測定したところ、Ｃｕ結晶ピークが観察さ
れ、Ｃｕ粒子分散ガラスが得られたことが確認された。
さらに、このＣｕ粒子分散ガラス中に分散しているＣｕ
粒子を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、
各Ｃｕ粒子は球状を呈していたが、径からみて多種のＣ
ｕ粒子が分散していた。Ｃｕ粒子の粒径分布を図１に示
す。なお、マトリックスであるガラスの屈折率は１．９
８であった。

【００９５】上記のＣｕ粒子分散ガラスから１５ｍｍ×
２５ｍｍ×１ｍｍの試料を切り出し、この試料を油圧ク
リップに装着して、５９０℃に加熱しながら１１７０ｋ
ｇ／ｃｍ² の応力で一方向に延伸して、目的とする本発
明の非線形光学材料Ｉを得た。この非線形光学材料Ｉを
ＴＥＭで観察したところ、Ｃｕ粒子は棒状に変形してお
り、アスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長さ）
が３：１〜１８：１の範囲に含まれる多種のＣｕ粒子が
実質的に一方向に配向した状態で分散していた。そし
て、当該非線形光学材料ＩにおけるＣｕ粒子のアスペク
ト比分布を図２に示すように、アスペクト比が７：１〜
１７：１の範囲内にあるＣｕ粒子のひん度（出現ひん
度；以下同じ。）は本発明でいう「ほぼ同じひん度」で
あった。なお、この非線形光学材料Ｉに占めるＣｕ粒子
の割合は、０．００５体積％であった。

【００９６】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を、ミラーの反射率７５％、共振器長０．２ｍｍ
のファブリ・ペロー共振器に挿入して、ファブリ・ペロ
ー共振器型の光双安定スイッチ素子を作製した。図３に
示すように、この光双安定スイッチ素子１は、反射率が
７５％である２枚のミラー２を共振器長が０．２ｍｍと
なるように互いに対向させ配置してなるファブリ・ペロ
ー共振器に、上記の非線形光学材料Ｉ（符号３で示す）
を当該非線形光学材料３中のＣｕ粒子の長軸方向が鉛直
方向を向くようにして挿入したものであり、非線形光学
材料３はその厚さ方向に光が透過するように２枚のミラ
ー２の間に配置されている。

【００９７】この光双安定スイッチ素子に、表１に示す
直線偏光を多重化してなる被制御光を各直線偏光の電場
の振動方向がＣｕ粒子の長軸方向と同じになるようにし
ながらその入射光強度を種々変えて入射させて、当該光
双安定スイッチ素子からの出射光強度を各直線偏光毎に
測定した。その結果、図４に示す光履歴特性が観察さ
れ、当該光双安定スイッチ素子は各直線偏光に対して入
射光強度２００ｍＷ付近でそれぞれ別個に非線形光学応
答を示した。

【００９８】実施例２マトリックスの原料としてシリコンアルコキシド（Ｓｉ
（ＯＣ₂Ｈ₅）₄ ）を用い、このシリコンアルコキシドを
メタノールに溶解させて、ゾル溶液（シリコンアルコキ
シドの濃度：５モル％）を調製した。次いで、８０℃の
温度環境下で上記のゾル溶液に加水分解、脱水縮合反応
を生じさせて、ゲル体を得た。このゲル体から１００ｍ
ｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍの板状試料を切り出し、温度傾
斜板を用いて、当該板状試料についての一端が８５０℃
で他の一端が７００℃になる温度勾配の中で６時間加熱
して、多孔質シリカガラスを得た。このようにして得ら
れた多孔質ガラスをＴＥＭで観察し、当該多孔質ガラス
における細孔の孔径分布を求めた。この結果を図５に示
す。図５に示したように、上記の多孔質ガラスにおける
細孔の孔径分布には２つの大きなピークがあり、８５０
℃で加熱した側における平均細孔径は４ｎｍ、７００℃
で加熱した側の平均細孔径は１２ｎｍであった。

【００９９】次に、粒子の出発原料としてＡｕＣｌ₃ を
用い、水とメタノールとの１：１（体積比）混合溶液に
前記のＡｕＣｌ₃ をその濃度が０．０１ｗｔ％となるよ
うに溶解させて所望の溶液を得、この溶液に上記の多孔
質シリカガラスを浸漬した後に引き上げ、乾燥させて、
細孔内に粒子の原料が堆積した多孔質シリカガラスを得
た。この後、細孔内に粒子の原料が堆積した前記の多孔
質シリカガラスを１０００℃で８時間熱処理して、Ａｕ
粒子が分散した無孔質のシリカガラス（以下「Ａｕ粒子
分散シリカガラス」という）を得た。このＡｕ粒子分散
シリカガラス中に含まれているＡｕ粒子をＴＥＭで観察
したところ、各Ａｕ粒子はほぼ球状を呈していたが、径
からみて多種のＡｕ粒子が分散していた。Ａｕ粒子の粒
径分布を図６に示す。なお、マトリックスであるシリカ
ガラスの屈折率は１．４４であった。

【０１００】上記のＡｕ粒子分散シリカガラスから実施
例１と同様にして試料を切り出し、延伸時の加熱温度を
１２５０℃、応力を９８０ｋｇ／ｃｍ² とした以外は実
施例１と同様にして、目的とする本発明の非線形光学材
料Ｉを得た。この非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察した
ところ、Ａｕ粒子は棒状に変形しており、アスペクト比
が１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＡｕ
粒子が実質的に一方向に配向した状態で分散していた。
当該非線形光学材料ＩにおけるＡｕ粒子のアスペクト比
分布を図７に示す。図７に示したように、この非線形光
学材料ＩにおけるＡｕ粒子のアスペクト比分布には、ア
スペクト比２．５：１と４．２：１の２箇所に大きなピ
ークがあった。なお、この非線形光学材料Ｉに占めるＡ
ｕ粒子の割合は０．１体積％であった。

【０１０１】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光と
して表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外
は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子か
らの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、
図８に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイッ
チ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光学
応答を示した。

【０１０２】実施例３マトリックスとなるガラスの原料として２０モル％のＢ
₂Ｏ₃ と７０モル％のＳｉＯ₂ と１０モル％のＬｉ₂Ｏと
からなる組成物を用い、この組成物を耐火性ルツボ中で
１４５０℃において６時間加熱して均一なガラス融液と
した後、鉄板上にキャストしてガラスを得た。このガラ
スについて、７５０℃で１時間熱処理した後に更に６５
０℃で１２０時間熱処理するという熱処理を３回繰り返
し、これによって当該ガラスを分相させた後、酸処理を
施してアルカリを多く含む相を溶出させて、多孔質ガラ
スを得た。この多孔質ガラスをＴＥＭで観察し、当該多
孔質ガラスにおける細孔の孔径分布を求めた。この結果
を図９に示す。

【０１０３】次に、粒子の出発原料としてＡｇＮＯ₃ を
用い、このＡｇＮＯ₃ をその濃度が５ｗｔ％となるよう
に水に溶解させて所望の溶液を得、この溶液中に上記の
多孔質ガラスを浸漬した後に引き上げ、乾燥させて、細
孔内に粒子の原料が堆積した多孔質ガラスを得た。この
後、細孔内に粒子の原料が堆積した前記の多孔質ガラス
を９５０℃で１２時間熱処理して、Ａｇ粒子が分散した
無孔質のガラス（以下「Ａｇ粒子分散ガラス」という）
を得た。このＡｇ粒子分散ガラス中に含まれているＡｇ
粒子をＴＥＭで観察したところ、各Ａｇ粒子はほぼ球状
を呈していたが、径からみて多種のＡｇ粒子が分散して
いた。Ａｇ粒子の粒径分布を図１０に示す。なお、マト
リックスであるガラスの屈折率は１．４９であった。

【０１０４】上記のＡｇ粒子分散ガラスから実施例１と
同様にして試料を切り出し、延伸時の加熱温度を１０８
０℃、応力を２３４０ｋｇ／ｃｍ² とした以外は実施例
１と同様にして、目的とする本発明の非線形光学材料Ｉ
を得た。この非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察したとこ
ろ、Ａｇ粒子は棒状に変形しており、アスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＡｇ粒
子が実質的に一方向に配向した状態で分散していた。そ
して、アスペクト比が３：１〜５：１の範囲内にあるＡ
ｇ粒子のひん度は本発明でいう「ほぼ同じひん度」であ
った。当該非線形光学材料ＩにおけるＡｇ粒子のアスペ
クト比分布を図１１に示す。なお、この非線形光学材料
Ｉに占めるＡｇ粒子の割合は０．５体積％であった。

【０１０５】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光と
して表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外
は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子か
らの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、
図１２に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイ
ッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光
学応答を示した。

【０１０６】実施例４マトリックスとなるガラスの原料としてＳｉＣｌ₄ を用
い、これを酸素雰囲気中１０００℃で火炎加水分解反応
させて、多孔質シリカガラスをＳｉ基板上に堆積させ
た。そして、この多孔質シリカガラスから１００ｍｍ×
４０ｍｍ×１０ｍｍの板状試料を切り出し、当該板状試
料についての一方の主表面を１１００℃で６時間加熱し
た。加熱後の多孔質ガラスをＴＥＭで観察したところ、
１１００℃で加熱した主表面側の平均細孔径は５ｎｍで
あり、当該主表面とは反対の主表面側の平均細孔径は２
６ｎｍであった。

【０１０７】次に、粒子の出発原料としてＳｉＣｌ₄ を
用い、このＳｉＣｌ₄ 蒸気に上記加熱後の多孔質シリカ
ガラスを曝露した後に乾燥させて、細孔内に粒子の原料
が堆積した多孔質シリカガラスを得た。この後、細孔内
に粒子の原料が堆積した前記の多孔質シリカガラスを１
５００℃で２時間熱処理して、Ｓｉ粒子が分散した無孔
質のシリカガラス（以下「Ｓｉ粒子分散シリカガラス」
という）を得た。このＳｉ粒子分散シリカガラス中に含
まれているＳｉ粒子をＴＥＭで観察したところ、各Ｓｉ
粒子はほぼ球状を呈していたが、径からみて多種のＳｉ
粒子が分散していた。Ｓｉ粒子の粒径分布を図１３に示
す。なお、マトリックスであるシリカガラスの屈折率は
１．４４であった。

【０１０８】上記のＳｉ粒子分散シリカガラスから実施
例１と同様にして試料を切り出し、延伸時の加熱温度を
１６００℃、応力を３８００ｋｇ／ｃｍ² とした以外は
実施例１と同様にして、目的とする本発明の非線形光学
材料Ｉを得た。この非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察し
たところ、Ｓｉ粒子は棒状に変形しており、アスペクト
比が１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＳ
ｉ粒子が実質的に一方向に配向した状態で分散してい
た。そして、アスペクト比が６：１〜８：１の範囲内に
あるＳｉ粒子のひん度は本発明でいう「ほぼ同じひん
度」であった。当該非線形光学材料ＩにおけるＳｉ粒子
のアスペクト比分布を図１４に示す。なお、この非線形
光学材料Ｉに占めるＳｉ粒子の割合は２体積％であっ
た。

【０１０９】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光と
して表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外
は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子か
らの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、
図１５に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイ
ッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光
学応答を示した。

【０１１０】実施例５マトリックスとなるガラスの原料として３２モル％のＢ
₂Ｏ₃ と６８モル％のＰｂＯとからなる組成物を用い、
この組成物を耐火性ルツボ中で９００℃において３０分
間加熱して均一なガラス融液とした後、図１６に示す粒
径分布のＡｕ粒子を当該ガラス融液に添加し、撹拌した
後に鉄板上にキャストして、Ａｕ粒子分散ガラスを得
た。このＡｕ粒子分散ガラス中に含まれているＡｕ粒子
をＴＥＭで観察したところ、各Ａｕ粒子はほぼ球状を呈
していたが、径からみて多種のＡｕ粒子が分散してい
た。Ａｕ粒子の粒径分布を図１７に示す。なお、マトリ
ックスであるガラスの屈折率は１．９８であった。

【０１１１】上記のＡｕ粒子分散ガラスから実施例１と
同様にして試料を切り出し、延伸時の加熱温度を６００
℃、応力を２１２０ｋｇ／ｃｍ² とした以外は実施例１
と同様にして、目的とする本発明の非線形光学材料Ｉを
得た。この非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察したとこ
ろ、Ａｕ粒子は棒状に変形しており、アスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＡｕ粒
子が実質的に一方向に配向した状態で分散していた。そ
して、アスペクト比が４：１〜７：１の範囲内にあるＡ
ｕ粒子のひん度は本発明でいう「ほぼ同じひん度」であ
った。当該非線形光学材料ＩにおけるＡｕ粒子のアスペ
クト比分布を図１８に示す。なお、この非線形光学材料
Ｉに占めるＡｕ粒子の割合は０．１体積％であった。

【０１１２】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光と
して表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外
は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子か
らの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、
図１９に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイ
ッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光
学応答を示した。

【０１１３】実施例６マトリックスとなるガラスの原料として２０モル％のＢ
₂Ｏ₃ と７０モル％のＳｉＯ₂ と１０モル％のＬｉ₂Ｏと
からなる組成物を用い、この組成物を耐火性ルツボ中で
１５００℃において６時間間加熱して均一なガラス融液
とした後、鉄板上にキャストしてガラスを得た。このガ
ラスに７００℃，１２０時間の熱処理を施して当該ガラ
スを分相させた後、酸処理によってアルカリを多く含む
相を溶出させて、多孔質ガラスを得た。この多孔質ガラ
スをＴＥＭで観察したところ、平均細孔径は２１ｎｍで
あった。

【０１１４】次に、図１６に示したと同じ粒径分布を有
するＡｕ粒子をイソプロピルアルコールに分散させて所
望の分散液を得、この分散液に上記の多孔質ガラスを浸
漬した後に引き上げ、乾燥させて、細孔内にＡｕ粒子が
導入された多孔質ガラスを得た。この後、細孔内にＡｕ
粒子が導入された前記の多孔質ガラスＨを９５０℃で２
時間熱処理して、Ａｕ粒子が分散した無孔質のガラス
（以下「Ａｕ粒子分散ガラス」という）を得た。このＡ
ｕ粒子分散ガラス中に含まれているＡｕ粒子をＴＥＭで
観察したところ、各Ａｕ粒子はほぼ球状を呈していた
が、径からみて多種のＡｕ粒子が分散していた。Ａｕ粒
子の粒径分布を図２０に示す。なお、マトリックスであ
るガラスの屈折率は１．４９であった。

【０１１５】上記のＡｕ粒子分散ガラスから実施例１と
同様にして試料を切り出し、延伸時の加熱温度を１１２
０℃、応力を１１８０ｋｇ／ｃｍ² とした以外は実施例
１と同様にして、目的とする本発明の非線形光学材料Ｉ
を得た。この非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察したとこ
ろ、Ａｕ粒子は棒状に変形しており、アスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＡｕ粒
子が実質的に一方向に配向した状態で分散していた。そ
して、アスペクト比が４：１〜１４：１の範囲内にある
Ａｕ粒子のひん度は本発明でいう「ほぼ同じひん度」で
あった。当該非線形光学材料ＩにおけるＡｕ粒子のアス
ペクト比分布を図２１に示す。なお、この非線形光学材
料Ｉに占めるＡｕ粒子の割合は０．２体積％であった。

【０１１６】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光と
して表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外
は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子か
らの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、
図２２に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイ
ッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光
学応答を示した。

【０１１７】実施例７粒子の原料としてＣｕ₂ＯとＡｇＮＯ₃ とを用い、ガラ
スの原料組成物１００モル％に対してＣｕ₂Ｏを０．５
モル％（Ｃｕとして１モル％）、ＡｇＮＯ₃ を１モル％
（Ａｇとして１モル％）それぞれ混合した以外は実施例
１と同様にして、Ｃｕ粒子とＡｇ粒子とが混在して分散
したガラス（以下「Ｃｕ粒子・Ａｇ粒子分散ガラス」と
いう）を得た。このＣｕ粒子・Ａｇ粒子分散ガラス中に
含まれている粒子（Ｃｕ粒子およびＡｇ粒子）をＴＥＭ
で観察したところ、各粒子は球状を呈していたが、径か
らみて多種の粒子が分散していた。粒子の粒径分布を図
２３に示す。

【０１１８】上記のＣｕ粒子・Ａｇ粒子分散ガラスから
実施例１と同様にして試料を切り出し、延伸時の加熱温
度を５９０℃、応力を１２００ｋｇ／ｃｍ² とした以外
は実施例１と同様にして、目的とする本発明の非線形光
学材料Ｉを得た。この非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察
したところ、Ｃｕ粒子およびＡｇ粒子はともに棒状に変
形しており、アスペクト比が１．２：１〜１００：１の
範囲に含まれる多種の粒子が実質的に一方向に配向した
状態で分散していた。そして、アスペクト比が９：１〜
１７：１の範囲内にある粒子のひん度は本発明でいう
「ほぼ同じひん度」であった。当該非線形光学材料Ｉに
おける粒子（Ｃｕ粒子およびＡｇ粒子）のアスペクト比
分布を図２４に示す。なお、この非線形光学材料Ｉに占
める粒子の割合は０．２体積％であった。

【０１１９】次に、上記の非線形光学材料Ｉ（厚さ１０
μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光と
して表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外
は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子か
らの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、
図２５に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイ
ッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光
学応答を示した。

【０１２０】実施例８マトリックスとなるガラスの原料として３０モル％のＢ
₂Ｏ₃ と６５モル％のＰｂＯと２モル％のＳｎＯと３モ
ル％のＮａ₂Ｏとからなる組成物を用いた以外は実施例
１と同様にして、Ｃｕ粒子分散ガラスを得た。このＣｕ
粒子分散ガラスから実施例１と同様にして試料を切り出
し、延伸時の加熱温度を５９０℃、応力を１１００ｋｇ
／ｃｍ² とした以外は実施例１と同様にして、第１の非
線形光学材料Ｉを得た。

【０１２１】上記第１の非線形光学材料Ｉの一方の主表
面にＡｇ膜を、他方の主表面にＡｕ膜を蒸着法によりそ
れぞれ形成し、これらの膜にそれぞれ電極板を設けた。
この後、前記の電極板間に１００Ｖの直流電圧を印加し
ながら３００℃で６時間熱処理して、第２の非線形光学
材料Ｉを得た。このようにして得た第２の非線形光学材
料Ｉについて電子線回折分析を行った結果、粒子の表面
はＡｇであった。このことから、当該第２の非線形光学
材料Ｉ中にはＣｕからなるコアの表面をＡｇで覆ってな
る複合粒子が分散していることが確認された。

【０１２２】また、当該第２の非線形光学材料ＩをＴＥ
Ｍで観察したところ、複合粒子は棒状を呈し、アスペク
ト比が１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種の
複合粒子が実質的に一方向に配向した状態で分散してい
た。これらの複合粒子の長軸方向の長さの平均値は２２
ｎｍであった。そして、アスペクト比が６：１〜１８：
１の範囲内にある複合粒子のひん度は本発明でいう「ほ
ぼ同じひん度」であった。当該第２の非線形光学材料Ｉ
における複合粒子のアスペクト比分布を図２６に示す。
なお、第２の非線形光学材料Ｉに占める複合粒子の割合
は０．０５体積％であった。

【０１２３】次に、上記第２の非線形光学材料Ｉ（厚さ
１０μｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペ
ロー共振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御
光として表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた
以外は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素
子からの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結
果、図２７に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定
スイッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線
形光学応答を示した。

【０１２４】実施例９加熱時間を３０分間とした以外は実施例１と同様にして
均一なガラス融液を得た後、鉄板上にキャストしてガラ
スを得た。このガラスを、予め３８０℃に保持しておい
た電気炉の中に入れ、この温度で２時間処理して、Ｃｕ
粒子分散ガラスを得た。このＣｕ粒子分散ガラスをＴＥ
Ｍで観察したところ、Ｃｕ粒子の平均粒径は３２ｎｍで
あった。次に、このＣｕ粒子分散ガラスから実施例１と
同様にして試料を切り出し、この試料を実施例１と同様
にして一方向に延伸して、第１の非線形光学材料Ｉを得
た。当該第１の非線形光学材料ＩをＴＥＭで観察したと
ころ、Ｃｕ粒子は棒状に変形しており、アスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＣｕ粒
子が実質的に一方向に配向した状態で分散していた。そ
して、Ｃｕ粒子の平均アスペクト比は３：１であった。
また、アスペクト比が２．５：１〜４：１の範囲内にあ
るＣｕ粒子のひん度は本発明でいう「ほぼ同じひん度」
であった。なお、当該第１の非線形光学材料Ｉに占める
Ｃｕ粒子の割合は０．１体積％であった。

【０１２５】また、上記のＣｕ粒子分散ガラスから実施
例１と同様にして試料を別途切り出し、延伸時の加熱温
度を５９０℃、応力を３２００ｋｇ／ｃｍ² とした以外
は実施例１と同様にして、第２の非線形光学材料Ｉ（厚
さ１０μｍ）を得た。当該第２の非線形光学材料ＩをＴ
ＥＭで観察したところ、Ｃｕ粒子は棒状に変形してお
り、アスペクト比が１．２：１〜１００：１の範囲に含
まれる多種のＣｕ粒子が実質的に一方向に配向した状態
で分散しており、Ｃｕ粒子の平均アスペクト比は１０：
１であった。また、アスペクト比が８：１〜１３：１の
範囲内にあるＣｕ粒子のひん度は本発明でいう「ほぼ同
じひん度」であった。なお、当該第２の非線形光学材料
Ｉに占めるＣｕ粒子の割合は０．０５体積％であった。

【０１２６】次に上記第１の非線形光学材料Ｉと上記第
２の非線形光学材料Ｉとを、それぞれの非線形光学材料
Ｉ中に分散されているＣｕ粒子の長軸方向が実質的に一
致するようにして光学的に張り合わせて、目的とする本
発明の非線形光学材料IIを得た。そして、この非線形光
学材料II（厚さ２０μｍ）を用いて実施例１と同様にし
てファブリ・ペロー共振器型の光双安定スイッチ素子を
作製し、被制御光として表１に示す直線偏光を多重化し
たものを用いた以外は実施例１と同様にして、当該光双
安定スイッチ素子からの出射光強度を各直線偏光毎に測
定した。その結果、図２８に示す光履歴特性が観察さ
れ、当該光双安定スイッチ素子は各直線偏光に対してそ
れぞれ別個に非線形光学応答を示した。

【０１２７】実施例１０実施例１で得た厚さ１０μｍの非線形光学材料Ｉと実施
例２で得た厚さ１０μｍの非線形光学材料Ｉとを、前者
の非線形光学材料Ｉ中に分散されているＣｕ粒子の長軸
方向と後者の非線形光学材料Ｉ中に分散されているＡｕ
粒子の長軸方向とが実質的に一致するようにして光学的
に張り合わせて、目的とする本発明の非線形光学材料II
を得た。そして、この非線形光学材料II（厚さ２０μ
ｍ）を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー共
振器型の光双安定スイッチ素子を作製し、被制御光とし
て表１に示す直線偏光を多重化したものを用いた以外は
実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ素子から
の出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その結果、図
２９に示す光履歴特性が観察され、当該光双安定スイッ
チ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非線形光学
応答を示した。

【０１２８】実施例１１市販のＺｎＳ板（厚さ０．２ｍｍ，３インチφ，波長５
００ｎｍの光の透過率６０％）をスパッタ装置の基板サ
イドに８゜傾けて取り付け、真空度を１０^-7Torrにし
て、ＳｎターゲットのスパッタリングとＺｎＳターゲッ
トのスパッタリングとを順次行った。このとき、Ｓｎタ
ーゲットのスパッタリング時間は１０秒とし、これによ
ってＺｎＳ板の所定面上にＳｎを島状に堆積させてＳｎ
粒子を形成した。また、ＺｎＳターゲットのスパッタリ
ング時間は４０分とし、これによって、Ｓｎが島状に堆
積した面上にマトリックスとしてのＺｎＳを層状に堆積
させた。

【０１２９】Ｓｎターゲットの１０秒間のスパッタリン
グとＺｎＳターゲットの４０分間のスパッタリングと
を、前記ＺｎＳ板の傾斜角度のみを１２゜，１６゜，２
０゜，２５゜，３０゜に変化させて繰り返した後、Ｚｎ
Ｓターゲットのスパッタリングを６０分間行って、目的
とする本発明の非線形光学材料IIを得た。この非線形光
学材料IIは、島状に堆積したＳｎと当該Ｓｎを被覆する
層状のＺｎＳとをＺｎＳ板の所定面上に交互に５層づつ
積層した後、その上に更にＺｎＳ層を設けてなる。した
がって、この非線形光学材料IIは、実質的に、ＺｎＳ中
にＳｎ粒子を分散させてなる光学材料をＺｎＳ板上に５
層積層したものに相当する。なお、上記非線形光学材料
IIの厚さは０．０１ｍｍである。

【０１３０】この非線形光学材料IIをＴＥＭで観察した
ところ、各光学材料中のＳｎ粒子は板状を呈していた。
そして、非線形光学材料II全体では、アスペクト比が
１．２：１〜１００：１の範囲に含まれる多種のＳｎ粒
子が実質的に一方向に配向した状態で分散しており、ア
スペクト比が２：１〜５：１の範囲内にあるＳｎ粒子の
ひん度は本発明でいう「ほぼ同じひん度」であった。当
該非線形光学材料IIにおけるＳｎ粒子のアスペクト比分
布を図３０に示す。なお、非線形光学材料IIに占めるＳ
ｎ粒子の割合は５体積％であった。

【０１３１】上記の非線形光学材料IIを形成した後のＺ
ｎＳ板を用いて実施例１と同様にしてファブリ・ペロー
共振器型の光双安定スイッチ素子を作製した。ただし、
このときの共振器長は０．５ｍｍとした。この後、被制
御光として表１に示す直線偏光を多重化したものを用い
た以外は実施例１と同様にして、当該光双安定スイッチ
素子からの出射光強度を各直線偏光毎に測定した。その
結果、図３１に示す光履歴特性が観察され、当該光双安
定スイッチ素子は各直線偏光に対してそれぞれ別個に非
線形光学応答を示した。

【０１３２】

【表１】

【０１３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意に選択された複数種の光に対してそれぞれ別個に非
線形光学応答を示すものを得ることが容易な非線形光学
材料を提供することが可能になる。そして、この非線形
光学材料を用いた本発明の非線形光素子および当該非線
形光素子による光制御方法を実施することにより、任意
に選択された複数種の光に対してそれぞれ別個に光制御
を行うことが容易に可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得たＣｕ粒子分散ガラス中のＣｕ粒
子の粒径分布を示すグラフである。

【図２】実施例１で得た非線形光学材料Ｉ中のＣｕ粒子
のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図３】実施例１で作製したファブリ・ペロー共振器型
の光双安定スイッチ素子の概略を示す側面図である。

【図４】実施例１で作製したファブリ・ペロー共振器型
の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフであ
る。

【図５】実施例２で得た多孔質シリカガラスにおける細
孔の孔径分布を示すグラフである。

【図６】実施例２で得たＡｕ粒子分散シリカガラス中の
Ａｕ粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図７】実施例１で得た非線形光学材料Ｉ中のＡｕ粒子
のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図８】実施例２で作製したファブリ・ペロー共振器型
の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフであ
る。

【図９】実施例３で得た多孔質ガラスにおける細孔の孔
径分布を示すグラフである。

【図１０】実施例３で得たＡｇ粒子分散ガラス中のＡｇ
粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図１１】実施例３で得た非線形光学材料Ｉ中のＡｇ粒
子のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図１２】実施例３で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図１３】実施例４で得たＳｉ粒子分散ガラス中にのＳ
ｉ粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図１４】実施例４で得た非線形光学材料Ｉ中のＳｉ粒
子のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図１５】実施例４で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図１６】実施例５でＡｕ粒子分散ガラスを得る際に使
用したＡｕ粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図１７】実施例５で得たＡｕ粒子分散ガラス中のＡｕ
粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図１８】実施例５で得た非線形光学材料Ｉ中のＡｕ粒
子のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図１９】実施例５で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図２０】実施例６で得たＡｕ粒子分散ガラス中に含ま
れているＡｕ粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図２１】実施例６で得た非線形光学材料Ｉ中のＡｕ粒
子のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図２２】実施例６で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図２３】実施例７で得たＣｕ粒子・Ａｇ粒子分散ガラ
ス中の粒子の粒径分布を示すグラフである。

【図２４】実施例７で得た非線形光学材料Ｉ中の粒子の
アスペクト比分布を示すグラフである。

【図２５】実施例７で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図２６】実施例８で得た第２の非線形光学材料Ｉ中の
複合粒子のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図２７】実施例８で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図２８】実施例９で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフで
ある。

【図２９】実施例１０で作製したファブリ・ペロー共振
器型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフ
である。

【図３０】実施例１１で得た非線形光学材料II中のＳｎ
粒子のアスペクト比分布を示すグラフである。

【図３１】実施例１１で作製したファブリ・ペロー共振
器型の光双安定スイッチ素子の光履歴特性を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１光双安定スイッチ素子２ミラー３非線形光学材料Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に透明なマトリックス中に、アス
ペクト比が１．２：１〜１００：１の範囲内で異なる複
数種の粒子を実質的に一方向に配向した状態で分散させ
てなり、波長が互いに異なる複数種の光に対してそれぞ
れ別個に３次の非線形光学応答を示すことを特徴とする
非線形光学材料。
【請求項２】粒子が、(i) Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓｎ，
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏ
ｓ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，ＳｂおよびＰ
ｂからなる群より選ばれた金属単体、前記群より選ばれ
た金属同士の合金または前記群より選ばれた金属の１種
もしくは複数種を総量で８０モル％以上含む合金からな
るものであるか、または、(ii) Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓ
ｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｒ
ｕ，Ｏｓ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，Ｓｂお
よびＰｂからなる群より選ばれた金属単体、前記群より
選ばれた金属同士の合金または前記群より選ばれた金属
の１種もしくは複数種を総量で８０モル％以上含む合金
からなるコアの表面を該コアおよびマトリックスとは異
なる物質からなるシェルで被覆してなる複合粒子であ
る、請求項１に記載の非線形光学材料。
【請求項３】光学的に透明なマトリックス中にアスペ
クト比が１．２：１〜１００：１の範囲内にある粒子を
実質的に一方向に配向した状態で分散させてなる光学材
料の積層物からなり、該積層物を構成している光学材料
が該光学材料中に分散している粒子のアスペクト比分布
からみて複数種に分かれ、かつ、該積層物が、波長が互
いに異なる複数種の光に対してそれぞれ別個に３次の非
線形光学応答を示すことを特徴とする非線形光学材料。
【請求項４】光学的に透明なマトリックス中に径の異
なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料を所定の温
度環境下で一定方向に伸長させて、光学的に透明なマト
リックス中にアスペクト比が１．２：１〜１００：１の
範囲内で異なる複数種の粒子を実質的に一方向に配向し
た状態で分散させてなる非線形光学材料を得ることを特
徴とする非線形光学材料の製造方法。
【請求項５】光学的に透明なマトリックス中に粒子の
構成成分を導入してなる光学材料を得た後、該光学材料
中に粒子を析出させるための熱処理を複数回行うことに
より、光学的に透明なマトリックス中に径の異なる複数
種の粒子を分散させてなる光学材料を得る、請求項４に
記載の方法。
【請求項６】細孔の孔径分布が局部的に異なる光学的
に透明な多孔質のマトリックスの細孔内に粒子の原料を
堆積させ、この後に熱処理を施して前記粒子の原料から
粒子を生成させて、光学的に透明なマトリックス中に径
の異なる複数種の粒子を分散させてなる光学材料を得
る、請求項４に記載の方法。
【請求項７】径の異なる複数種の粒子を添加したマト
リックス原料から前記粒子が分散した光学的に透明なマ
トリックスを得ることにより、または、光学的に透明な
多孔質のマトリックスの細孔内に径が異なる複数種の粒
子を導入した後に熱処理を施すことにより、光学的に透
明なマトリックス中に径の異なる複数種の粒子を分散さ
せてなる光学材料を得る、請求項４に記載の方法。
【請求項８】粒子の材料物質を基板上に島状に堆積さ
せる第１の工程と、マトリックスの材料物質を基板上に
層状に堆積させる第２の工程とを、少なくとも前記第１
の工程での前記基板の傾斜角度を変えながら同一基板の
所定面上において複数回繰り返すことにより、光学的に
透明なマトリックス中にアスペクト比が１．２：１〜１
００：１の範囲内で異なる複数種の粒子を実質的に一方
向に配向した状態で分散させてなる非線形光学材料を得
ることを特徴とする非線形光学材料の製造方法。
【請求項９】請求項１または請求項３に記載の非線形
光学材料によって光路の一部または全部が形成されてい
ることを特徴とする非線形光素子。
【請求項１０】請求項１または請求項３に記載の非線
形光学材料によって光路の一部が形成されている非線形
光素子に、前記非線形光学材料に３次の非線形光学応答
が発現する波長の光を複数種多重化してなる被制御光を
入射させ、前記非線形光学材料の非線形光学特性を利用
して前記複数種の光をそれぞれ別個に光制御することを
特徴とする、非線形光素子による光制御方法。