JPH09166798A - 超高速光誘起スイッチ - Google Patents
超高速光誘起スイッチInfo
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- JPH09166798A JPH09166798A JP34727695A JP34727695A JPH09166798A JP H09166798 A JPH09166798 A JP H09166798A JP 34727695 A JP34727695 A JP 34727695A JP 34727695 A JP34727695 A JP 34727695A JP H09166798 A JPH09166798 A JP H09166798A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大容量の情報を極短時間で処理するのに適し
た光誘起スイッチを提供する。 【構成】 信号光及び制御光が入射される二次非線形光
学効果をもつスイッチ材料を備え、前記制御光による前
記信号光の方向制御，位相変調又は偏光回転によりスイ
ッチ動作を行わせれる。二次非線形光学効果をもつスイ
ッチ材料としては、β−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，Ｌ
ｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4，ＬｉＮｂＯ3
，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 等の中心
対称性を持たない結晶材料、或いはβ−ＢａＢ2 Ｏ4 ，
ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ
4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴ
ｉＯ3 の中心対称性を持たない微結晶が析出した結晶化
ガラスが使用される。
た光誘起スイッチを提供する。 【構成】 信号光及び制御光が入射される二次非線形光
学効果をもつスイッチ材料を備え、前記制御光による前
記信号光の方向制御，位相変調又は偏光回転によりスイ
ッチ動作を行わせれる。二次非線形光学効果をもつスイ
ッチ材料としては、β−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，Ｌ
ｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4，ＬｉＮｂＯ3
，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 等の中心
対称性を持たない結晶材料、或いはβ−ＢａＢ2 Ｏ4 ，
ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ
4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴ
ｉＯ3 の中心対称性を持たない微結晶が析出した結晶化
ガラスが使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光情報処理に使
用される光誘起スイッチに関する。
用される光誘起スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】高速度情報処理やマルチメディアの進展
に伴って、大容量の情報を超高速で処理する必要性が大
きくなっている。そこで、従来のエレクトロニクス処理
に代わる光処理技術が注目されている。光を使用した光
信号処理で不可欠な光誘起スイッチを実現するため、種
々の開発が行われている。光誘起スイッチの動作原理
は、光によって材料の屈折率，透過率等の光学特性を変
化させることができる三次非線形光学効果を利用してい
る。このような観点から、三次非線形光学効果の大きい
材料の探索が精力的に行われており、ＧａＡｓのような
半導体単結晶，ポリジアセチレンのような有機単結晶，
量子サイズ効果を利用した半導体微粒子分散ガラス，半
導体量子井戸構造，重金属ドープガラス等の多くの材料
が光誘起スイッチとして提案されている。
に伴って、大容量の情報を超高速で処理する必要性が大
きくなっている。そこで、従来のエレクトロニクス処理
に代わる光処理技術が注目されている。光を使用した光
信号処理で不可欠な光誘起スイッチを実現するため、種
々の開発が行われている。光誘起スイッチの動作原理
は、光によって材料の屈折率，透過率等の光学特性を変
化させることができる三次非線形光学効果を利用してい
る。このような観点から、三次非線形光学効果の大きい
材料の探索が精力的に行われており、ＧａＡｓのような
半導体単結晶，ポリジアセチレンのような有機単結晶，
量子サイズ効果を利用した半導体微粒子分散ガラス，半
導体量子井戸構造，重金属ドープガラス等の多くの材料
が光誘起スイッチとして提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】三次非線形光学効果を
利用した光誘起スイッチでは、１ピコ秒〜１００ピコ秒
の動作応答速度が実現されている。しかし、応答速度の
早い材料を使用した光誘起スイッチは、三次非線形光学
効果が小さいことから、デバイス長を大きくしたり動作
パワーを大きくする必要があった。他方、三次非線形光
学効果の大きな材料では、デバイス長や動作パワーが小
さくて済むものの、光吸収によるロスや動作応答時間が
遅い傾向にある。すなわち、これまでに提案されている
材料では、光誘起スイッチに要求される動作応答速度，
動作パワー及び光吸収特性の全てを満足するものが知ら
れていない。本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、従来知られていなかった二次非線
形光学効果を利用し、動作応答速度，動作パワー及び光
吸収特性の全てに優れた光誘起スイッチを提供すること
を目的とする。
利用した光誘起スイッチでは、１ピコ秒〜１００ピコ秒
の動作応答速度が実現されている。しかし、応答速度の
早い材料を使用した光誘起スイッチは、三次非線形光学
効果が小さいことから、デバイス長を大きくしたり動作
パワーを大きくする必要があった。他方、三次非線形光
学効果の大きな材料では、デバイス長や動作パワーが小
さくて済むものの、光吸収によるロスや動作応答時間が
遅い傾向にある。すなわち、これまでに提案されている
材料では、光誘起スイッチに要求される動作応答速度，
動作パワー及び光吸収特性の全てを満足するものが知ら
れていない。本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、従来知られていなかった二次非線
形光学効果を利用し、動作応答速度，動作パワー及び光
吸収特性の全てに優れた光誘起スイッチを提供すること
を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の超高速光誘起ス
イッチは、その目的を達成するため、信号光及び制御光
が入射される二次非線形光学効果をもつスイッチ材料を
備え、前記制御光による前記信号光の方向制御，位相変
調又は偏光回転によりスイッチ動作を行わせることを特
徴とする。二次非線形光学効果をもつスイッチ材料とし
ては、β−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，Ｋ
ＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂ
Ｏ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 等の中心対称性を持た
ない結晶材料、或いはβ−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，
ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂ
Ｏ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 の中心
対称性を持たない微結晶が析出した結晶がガラスが使用
される。
イッチは、その目的を達成するため、信号光及び制御光
が入射される二次非線形光学効果をもつスイッチ材料を
備え、前記制御光による前記信号光の方向制御，位相変
調又は偏光回転によりスイッチ動作を行わせることを特
徴とする。二次非線形光学効果をもつスイッチ材料とし
ては、β−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，Ｋ
ＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂ
Ｏ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 等の中心対称性を持た
ない結晶材料、或いはβ−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，
ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂ
Ｏ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 の中心
対称性を持たない微結晶が析出した結晶がガラスが使用
される。
【０００５】
【作用】本発明は、二次非線形光学効果の一つである第
２高調波発生効果及び光パラメトリック効果を利用して
いるため、使用するレーザのパルス幅と同等の時間応答
性でスイッチ動作させることができる。すなわち、１ピ
コ秒以下のパルス幅をもつレーザ光を制御光として使用
するとき、１ピコ秒以下の超速度，低パワーで且つ光吸
収ロスなしに光誘起スイッチ動作する光誘起スイッチが
得られる。一般に物質内に光が入射されたとき、物質内
で生じる分極Ｐは、摂動論的に、 Ｐ＝χ(1) Ｅ＋χ(2) ＥＥ＋χ(3) ＥＥＥ＋・・・ で表される。ここで、χ(n) はｎ次の非線形光学定数，
Ｅは入射する光電場を表す。非共鳴又は光吸収のない領
域では、ｎの次数が大きくなるほど、χ(n) の値が小さ
くなる。その結果、高次の非線形光学効果は、非常に大
きい光電場が入射されたときにしか観測されない。すな
わち、三次の非線形光学効果よりも二次の非線形光学効
果の方が同じ光電場の下では大きいため、本発明に従っ
た二次非線形光学効果を利用した光誘起スイッチは、低
パワーの光電場で動作させることが可能となる。また、
三次の非線形光学効果を大きくするために、入射レーザ
光の共鳴効果を利用する方式が提案されている。しか
し、この場合、光の吸収による励起状態を利用するため
に光吸収が大きくなると共に、その励起状態が緩和する
ために数ピコ〜数ナノ秒の時間を要する。そのため、高
速のスイッチ動作を実現できない。一方、二次非線形光
学効果を利用すると、励起状態を利用せず、光が入射さ
れたときのみに生じる分極を利用するため、光吸収ロス
なしに、使用するレーザのパルス幅と同等の時間応答性
でスイッチ動作させることが可能になる。
２高調波発生効果及び光パラメトリック効果を利用して
いるため、使用するレーザのパルス幅と同等の時間応答
性でスイッチ動作させることができる。すなわち、１ピ
コ秒以下のパルス幅をもつレーザ光を制御光として使用
するとき、１ピコ秒以下の超速度，低パワーで且つ光吸
収ロスなしに光誘起スイッチ動作する光誘起スイッチが
得られる。一般に物質内に光が入射されたとき、物質内
で生じる分極Ｐは、摂動論的に、 Ｐ＝χ(1) Ｅ＋χ(2) ＥＥ＋χ(3) ＥＥＥ＋・・・ で表される。ここで、χ(n) はｎ次の非線形光学定数，
Ｅは入射する光電場を表す。非共鳴又は光吸収のない領
域では、ｎの次数が大きくなるほど、χ(n) の値が小さ
くなる。その結果、高次の非線形光学効果は、非常に大
きい光電場が入射されたときにしか観測されない。すな
わち、三次の非線形光学効果よりも二次の非線形光学効
果の方が同じ光電場の下では大きいため、本発明に従っ
た二次非線形光学効果を利用した光誘起スイッチは、低
パワーの光電場で動作させることが可能となる。また、
三次の非線形光学効果を大きくするために、入射レーザ
光の共鳴効果を利用する方式が提案されている。しか
し、この場合、光の吸収による励起状態を利用するため
に光吸収が大きくなると共に、その励起状態が緩和する
ために数ピコ〜数ナノ秒の時間を要する。そのため、高
速のスイッチ動作を実現できない。一方、二次非線形光
学効果を利用すると、励起状態を利用せず、光が入射さ
れたときのみに生じる分極を利用するため、光吸収ロス
なしに、使用するレーザのパルス幅と同等の時間応答性
でスイッチ動作させることが可能になる。
【０００６】
【実施の形態】本発明に従った光誘起スイッチは、光ビ
ームの方向制御，位相変調，偏光回転の少なくとも一つ
によりスイッチ動作を行わせている。光ビームを方向制
御する光誘起スイッチは、たとえば図１で示すように、
二次非線形光学効果をもつスイッチ材料Ｍに制御光Ｌ1
（ベクトルｋ1 ）及び制御光Ｌ2 （ベクトルｋ2 ）を入
射すると、第２高調波ＬS （ベクトルｋSHG ）が出射さ
れる。本発明者等による種々の調査検討の結果、スイッ
チ材料Ｍに対する二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の入射角を最
適化し、位相整合条件ｋSHG ＝ｋ1 ＋ｋ2 を成立させた
条件下で信号光Ｌin（ベクトルｋS ）を入射すると、二
つの制御光Ｌ1，Ｌ2 によって発生した第２高調波ＬS
と信号光Ｌinとの間でカスケード的にパラメトリック過
程が発生する。本発明者等は、パラメトリック過程に伴
って、スイッチ光ＬSWのベクトルをｋSWとすると、ｋSW
＝ｋSHG −ｋs の方向にスイッチ光ＬSWが発生すること
を知見した。この場合、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 のうち
一つでも欠けた場合、信号光Ｌinは、そのまま方向を変
えずにスイッチ材料Ｍを透過し、透過信号光Ｌout とし
て出射される。すなわち、光ビームの方向制御によって
スイッチ動作が可能になる。
ームの方向制御，位相変調，偏光回転の少なくとも一つ
によりスイッチ動作を行わせている。光ビームを方向制
御する光誘起スイッチは、たとえば図１で示すように、
二次非線形光学効果をもつスイッチ材料Ｍに制御光Ｌ1
（ベクトルｋ1 ）及び制御光Ｌ2 （ベクトルｋ2 ）を入
射すると、第２高調波ＬS （ベクトルｋSHG ）が出射さ
れる。本発明者等による種々の調査検討の結果、スイッ
チ材料Ｍに対する二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の入射角を最
適化し、位相整合条件ｋSHG ＝ｋ1 ＋ｋ2 を成立させた
条件下で信号光Ｌin（ベクトルｋS ）を入射すると、二
つの制御光Ｌ1，Ｌ2 によって発生した第２高調波ＬS
と信号光Ｌinとの間でカスケード的にパラメトリック過
程が発生する。本発明者等は、パラメトリック過程に伴
って、スイッチ光ＬSWのベクトルをｋSWとすると、ｋSW
＝ｋSHG −ｋs の方向にスイッチ光ＬSWが発生すること
を知見した。この場合、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 のうち
一つでも欠けた場合、信号光Ｌinは、そのまま方向を変
えずにスイッチ材料Ｍを透過し、透過信号光Ｌout とし
て出射される。すなわち、光ビームの方向制御によって
スイッチ動作が可能になる。
【０００７】同じ原理を利用し、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ
2 を重ね、制御光Ｌ3 を図２に示すように一つだけ使う
こともできる。この場合、信号光Ｌinは、制御光Ｌ3 が
ないと透過光Ｌout の方向に出射されるが、制御光Ｌ3
を入射することによってスイッチ光ＬSWの方向に出射さ
れる。また、位相変調を利用してスイッチ動作を行わせ
ることも可能である。すなわち、図３（ａ）に示すよう
にスイッチ材料Ｍに対する二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の入
射角度を最適化すると、前述したように位相整合条件Δ
ｋA ＝ｋSHG −（ｋ1＋ｋ2 ）＝０が満足され、第２高
調波Ｌs （ベクトルｋSHG ）が発生する。この条件下
で、図３（ｂ）に示すようにベクトルｋSHG と平衡にな
るように信号光Ｌinを入射すると、パラメトリック過程
により信号光Ｌinが増幅される。このとき、位相整合条
件ΔｋB ＝ｋSHG −２ｋS ＝０が満足されている。
2 を重ね、制御光Ｌ3 を図２に示すように一つだけ使う
こともできる。この場合、信号光Ｌinは、制御光Ｌ3 が
ないと透過光Ｌout の方向に出射されるが、制御光Ｌ3
を入射することによってスイッチ光ＬSWの方向に出射さ
れる。また、位相変調を利用してスイッチ動作を行わせ
ることも可能である。すなわち、図３（ａ）に示すよう
にスイッチ材料Ｍに対する二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の入
射角度を最適化すると、前述したように位相整合条件Δ
ｋA ＝ｋSHG −（ｋ1＋ｋ2 ）＝０が満足され、第２高
調波Ｌs （ベクトルｋSHG ）が発生する。この条件下
で、図３（ｂ）に示すようにベクトルｋSHG と平衡にな
るように信号光Ｌinを入射すると、パラメトリック過程
により信号光Ｌinが増幅される。このとき、位相整合条
件ΔｋB ＝ｋSHG −２ｋS ＝０が満足されている。
【０００８】スイッチ材料Ｍに対する入射光の入射角θ
を変更し、位相整合条件をずらしてΔｋA ≠０，ΔｋB
≠０とすることによって、入射角θが位相差に及ぼす影
響を調査した。その結果、スイッチ材料Ｍの相互作用長
をＬとすると、Δφ＝（ΔｋA ＋ΔｋB ）×Ｌだけの位
相差が信号光Ｌinと出射信号光Ｌout の間に発生するこ
とが判った。したがって、信号光Ｌinは、制御光Ｌ1 ，
Ｌ2 がない場合には位相が変調されずに出射されるが、
制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が入射された場合には位相が変調され
て出射される。位相変調を利用し、図４に示すように光
干渉計スイッチを構成することもできる。この光干渉計
スイッチでは、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 と共に信号光Ｌinをス
イッチ材料Ｍに入射する。信号光Ｌinの一部は、ハーフ
ミラーＭh1で反射された後、全反射ミラーＭt1で反射さ
れ、合波ミラーＭh2に到達する。残りの信号光Ｌinは、
ハーフミラーＭh1を透過してスイッチ材料Ｍに入射さ
れ、全反射ミラーＭt2で反射され、合波ミラーＭh2に到
達し、前述の信号光の一部と合波される。
を変更し、位相整合条件をずらしてΔｋA ≠０，ΔｋB
≠０とすることによって、入射角θが位相差に及ぼす影
響を調査した。その結果、スイッチ材料Ｍの相互作用長
をＬとすると、Δφ＝（ΔｋA ＋ΔｋB ）×Ｌだけの位
相差が信号光Ｌinと出射信号光Ｌout の間に発生するこ
とが判った。したがって、信号光Ｌinは、制御光Ｌ1 ，
Ｌ2 がない場合には位相が変調されずに出射されるが、
制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が入射された場合には位相が変調され
て出射される。位相変調を利用し、図４に示すように光
干渉計スイッチを構成することもできる。この光干渉計
スイッチでは、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 と共に信号光Ｌinをス
イッチ材料Ｍに入射する。信号光Ｌinの一部は、ハーフ
ミラーＭh1で反射された後、全反射ミラーＭt1で反射さ
れ、合波ミラーＭh2に到達する。残りの信号光Ｌinは、
ハーフミラーＭh1を透過してスイッチ材料Ｍに入射さ
れ、全反射ミラーＭt2で反射され、合波ミラーＭh2に到
達し、前述の信号光の一部と合波される。
【０００９】このとき、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 によって制御
光Ｌinの位相が変調されるため、ハーフミラーＭh1で二
つに分波された信号光Ｌinが合波ミラーＭh2で合波され
て出射する方向を、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の有無により制御
することが可能となる。偏光回転を利用して光誘起スイ
ッチ動作を行わせることもできる。たとえば、図５に示
すように、水平偏光の制御光Ｌ1 及び垂直偏光の制御光
Ｌ2 と共に水平偏光の信号光Ｌinをスイッチ材料Ｍに入
射する場合、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が入射されたと
き、出射信号光Ｌout の偏光を垂直偏光に回転させるこ
とができる。この場合、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の何れか一方
が存在しないと、信号光Ｌinの偏光が回転することな
く、そのままの水平偏光で出射される。このスイッチ動
作を応用することにより、図６に示すような光誘起スイ
ッチが作られる。この光誘起スイッチでは、スイッチ材
料Ｍの入側に偏光子Ｐを、出側に検光子Ｄを配置してい
る。偏光子Ｐを通った光は、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の何れか
一方が存在しないと検光子Ｄを通過せず、二つの制御光
Ｌ1 ，Ｌ2 の入射により信号光Ｌinの偏光が回転し、検
光子Ｄを通過する。その結果、制御光Ｌ1 ，Ｌ2のオン
・オフによって信号光Ｌinをオン・オフ制御できる。
光Ｌinの位相が変調されるため、ハーフミラーＭh1で二
つに分波された信号光Ｌinが合波ミラーＭh2で合波され
て出射する方向を、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の有無により制御
することが可能となる。偏光回転を利用して光誘起スイ
ッチ動作を行わせることもできる。たとえば、図５に示
すように、水平偏光の制御光Ｌ1 及び垂直偏光の制御光
Ｌ2 と共に水平偏光の信号光Ｌinをスイッチ材料Ｍに入
射する場合、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が入射されたと
き、出射信号光Ｌout の偏光を垂直偏光に回転させるこ
とができる。この場合、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の何れか一方
が存在しないと、信号光Ｌinの偏光が回転することな
く、そのままの水平偏光で出射される。このスイッチ動
作を応用することにより、図６に示すような光誘起スイ
ッチが作られる。この光誘起スイッチでは、スイッチ材
料Ｍの入側に偏光子Ｐを、出側に検光子Ｄを配置してい
る。偏光子Ｐを通った光は、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の何れか
一方が存在しないと検光子Ｄを通過せず、二つの制御光
Ｌ1 ，Ｌ2 の入射により信号光Ｌinの偏光が回転し、検
光子Ｄを通過する。その結果、制御光Ｌ1 ，Ｌ2のオン
・オフによって信号光Ｌinをオン・オフ制御できる。
【００１０】制御光Ｌ1 ，Ｌ2 として、信号光Ｌinの半
分の波長を持つものを使用しても同様なスイッチ動作が
できる。たとえば、図７に示すように、信号光Ｌinの偏
光を水平偏光，制御光Ｌ4 の偏光を垂直偏光として、信
号光Ｌinの半分の波長をもつ制御光Ｌ4 を信号光Ｌinと
共にスイッチ材料Ｍに入射する。この場合、制御光Ｌ4
が存在するときだけ、出射信号光Ｌout の偏光が回転す
る。そこで、偏光子及び検光子を使用して図６と同様な
構成にすることにより、制御光Ｌ4 のオン・オフによっ
て信号光Ｌinがオン・オフ制御される。以上の偏光の組
合せに関しては、使用するスイッチ材料Ｍの結晶形に依
存することから、材料に応じた偏光の組合せがもちいら
れる。
分の波長を持つものを使用しても同様なスイッチ動作が
できる。たとえば、図７に示すように、信号光Ｌinの偏
光を水平偏光，制御光Ｌ4 の偏光を垂直偏光として、信
号光Ｌinの半分の波長をもつ制御光Ｌ4 を信号光Ｌinと
共にスイッチ材料Ｍに入射する。この場合、制御光Ｌ4
が存在するときだけ、出射信号光Ｌout の偏光が回転す
る。そこで、偏光子及び検光子を使用して図６と同様な
構成にすることにより、制御光Ｌ4 のオン・オフによっ
て信号光Ｌinがオン・オフ制御される。以上の偏光の組
合せに関しては、使用するスイッチ材料Ｍの結晶形に依
存することから、材料に応じた偏光の組合せがもちいら
れる。
【００１１】使用するスイッチ材料としては、中心対称
性をもたない結晶材料であることが好ましい。中心対称
性をもつ結晶では、誘起された二次非線形光学効果が結
晶全体でキャンセルされてしまうことがある。更に、中
心対称性を持たない結晶材料として、β−ＢａＢ2 Ｏ
4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2
ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，Ｂ
ａＴｉＯ3 から選ばれた結晶が好ましい。これらの結晶
は、特に二次非線形光学効果が大きいため、低パワーで
スイッチ動作が得られる。他の結晶も使用可能である
が、比較的高パワーの制御光が必要になる。なかでも、
中心対称性をもたない微結晶が析出した結晶化ガラスが
有望なスイッチ材料である。中心対称性をもつ微結晶で
は、誘起された二次非線形光学効果が結晶全体でキャン
セルされてしまうので好ましくない。微結晶としては、
前掲したβ−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，
ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮ
ｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 等がある。微結晶の
大きさは、１０〜１０００ｎｍの範囲が望ましい。１０
ｎｍより小さな微結晶では、二次非線形光学効果が十分
でなく、効率的なスイッチ動作が期待できない。逆に１
０００ｎｍを超える大きな微結晶では、結晶化ガラスの
透明度が低下する。
性をもたない結晶材料であることが好ましい。中心対称
性をもつ結晶では、誘起された二次非線形光学効果が結
晶全体でキャンセルされてしまうことがある。更に、中
心対称性を持たない結晶材料として、β−ＢａＢ2 Ｏ
4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2
ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，Ｂ
ａＴｉＯ3 から選ばれた結晶が好ましい。これらの結晶
は、特に二次非線形光学効果が大きいため、低パワーで
スイッチ動作が得られる。他の結晶も使用可能である
が、比較的高パワーの制御光が必要になる。なかでも、
中心対称性をもたない微結晶が析出した結晶化ガラスが
有望なスイッチ材料である。中心対称性をもつ微結晶で
は、誘起された二次非線形光学効果が結晶全体でキャン
セルされてしまうので好ましくない。微結晶としては、
前掲したβ−ＢａＢ2 Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，
ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮ
ｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 等がある。微結晶の
大きさは、１０〜１０００ｎｍの範囲が望ましい。１０
ｎｍより小さな微結晶では、二次非線形光学効果が十分
でなく、効率的なスイッチ動作が期待できない。逆に１
０００ｎｍを超える大きな微結晶では、結晶化ガラスの
透明度が低下する。
【００１２】微結晶が析出した結晶化ガラスを電場印加
又はレーザ照射によりポーリングするとき、更に効率的
なスイッチ材料として使用することができる。電場印加
又はレーザ照射の方法は、特に拘束されるものではな
い。たとえば、電場印加する場合、０．５〜５ｍｍの厚
みに平行に加工したガラス試料を２枚の平面電極に挟
み、１〜２０ｋＶの電圧を印加する。或いは、一方の電
極を針状とし、コロナ放電を発生させ、その中に試料を
おいて電場印加処理を施す。このとき、電場を印加した
状態で、試料を１００〜４００℃まで昇温して５〜１２
０分間保持した後、電場を印加したまま冷却することが
好ましい。レーザ照射によるポーリングでは、比較的強
度の小さいレーザを使用する場合、ガラスが吸収する波
長のレーザ光を照射する。大きな強度のレーザを使用す
る場合には、非線形過程に基づく多光子吸収が生じるた
め、レーザ波長にはほとんど依存しない。レーザ照射の
場合も、電場印加と同様に試料を温度制御することが好
ましい。
又はレーザ照射によりポーリングするとき、更に効率的
なスイッチ材料として使用することができる。電場印加
又はレーザ照射の方法は、特に拘束されるものではな
い。たとえば、電場印加する場合、０．５〜５ｍｍの厚
みに平行に加工したガラス試料を２枚の平面電極に挟
み、１〜２０ｋＶの電圧を印加する。或いは、一方の電
極を針状とし、コロナ放電を発生させ、その中に試料を
おいて電場印加処理を施す。このとき、電場を印加した
状態で、試料を１００〜４００℃まで昇温して５〜１２
０分間保持した後、電場を印加したまま冷却することが
好ましい。レーザ照射によるポーリングでは、比較的強
度の小さいレーザを使用する場合、ガラスが吸収する波
長のレーザ光を照射する。大きな強度のレーザを使用す
る場合には、非線形過程に基づく多光子吸収が生じるた
め、レーザ波長にはほとんど依存しない。レーザ照射の
場合も、電場印加と同様に試料を温度制御することが好
ましい。
【００１３】
実施例１：スイッチ材料としてβ−ＢａＢ2 Ｏ4 を使用
し、図１に示す配置でスイッチ動作試験を行った。波長
６００ｎｍ，パルス幅１００フェムト秒，パルスエネル
ギー２５ｎＪのレーザ光を制御光Ｌ1 ，Ｌ2 として使用
し、波長６００ｎｍ，パルス幅１００フェムト秒，パル
スエネルギー５ｎＪのレーザ光を信号光Ｌinとして使用
した。二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が入射されたときにの
み、信号光Ｌinがスイッチ光ＬSWの方向にスイッチされ
た。このとき、信号光Ｌinと制御光Ｌ1 ，Ｌ2の間に時
間遅延を与えてスイッチ動作の時間応答を測定したとこ
ろ、１００フェムト秒であった。
し、図１に示す配置でスイッチ動作試験を行った。波長
６００ｎｍ，パルス幅１００フェムト秒，パルスエネル
ギー２５ｎＪのレーザ光を制御光Ｌ1 ，Ｌ2 として使用
し、波長６００ｎｍ，パルス幅１００フェムト秒，パル
スエネルギー５ｎＪのレーザ光を信号光Ｌinとして使用
した。二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が入射されたときにの
み、信号光Ｌinがスイッチ光ＬSWの方向にスイッチされ
た。このとき、信号光Ｌinと制御光Ｌ1 ，Ｌ2の間に時
間遅延を与えてスイッチ動作の時間応答を測定したとこ
ろ、１００フェムト秒であった。
【００１４】実施例２：スイッチ材料としてＬｉＮｂＯ
3 を使用し、図４に示す配置でマッハツェンダー干渉光
誘起スイッチ動作試験を行った。波長８１０ｎｍ，パル
ス幅１００フェムト秒，パルスエネルギー５００ｎＪの
レーザ光を制御光Ｌ1 ，Ｌ2 として使用し、波長８１０
ｎｍ，パルス幅１００フェムト秒，パルスエネルギー１
ｎＪのレーザ光を信号光Ｌinとして使用した。制御光Ｌ
1 ，Ｌ2 のオン・オフにより合波ミラーＭh2からの出射
方向が制御できた。信号光Ｌinと制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の間
に時間遅延を与えてスイッチ動作の時間応答を測定した
ところ、１００フェムト秒であった。
3 を使用し、図４に示す配置でマッハツェンダー干渉光
誘起スイッチ動作試験を行った。波長８１０ｎｍ，パル
ス幅１００フェムト秒，パルスエネルギー５００ｎＪの
レーザ光を制御光Ｌ1 ，Ｌ2 として使用し、波長８１０
ｎｍ，パルス幅１００フェムト秒，パルスエネルギー１
ｎＪのレーザ光を信号光Ｌinとして使用した。制御光Ｌ
1 ，Ｌ2 のオン・オフにより合波ミラーＭh2からの出射
方向が制御できた。信号光Ｌinと制御光Ｌ1 ，Ｌ2 の間
に時間遅延を与えてスイッチ動作の時間応答を測定した
ところ、１００フェムト秒であった。
【００１５】実施例３：スイッチ材料としてＫＴｉＯＰ
Ｏ4 を使用し、図７に示す配置でスイッチ動作試験を行
った。波長７５０ｎｍ，パルス幅１５０フェムト秒，パ
ルスエネルギー１ｎＪ，垂直偏光のレーザ光を制御光Ｌ
4 として使用し、波長１５００ｎｍ，パルス幅１５０フ
ェムト秒，パルスエネルギー１００ｎＪ，水平偏光のレ
ーザ光を信号光Ｌinとして使用した。図６のような構成
で偏光回転スイッチ動作を行わせたところ、信号光Ｌin
は、制御光Ｌ4 がない場合に検光子Ｄから全く透過しな
かったが、制御光Ｌ4 を入射することにより検光子Ｄか
ら８０ｐＪのパルスエネルギーのレーザ光が透過した。
信号光Ｌinと制御光Ｌ4 の間に時間遅延を与えてスイッ
チ動作時間を測定したところ、レーザパルスに等しい１
５０フェムト秒であった。
Ｏ4 を使用し、図７に示す配置でスイッチ動作試験を行
った。波長７５０ｎｍ，パルス幅１５０フェムト秒，パ
ルスエネルギー１ｎＪ，垂直偏光のレーザ光を制御光Ｌ
4 として使用し、波長１５００ｎｍ，パルス幅１５０フ
ェムト秒，パルスエネルギー１００ｎＪ，水平偏光のレ
ーザ光を信号光Ｌinとして使用した。図６のような構成
で偏光回転スイッチ動作を行わせたところ、信号光Ｌin
は、制御光Ｌ4 がない場合に検光子Ｄから全く透過しな
かったが、制御光Ｌ4 を入射することにより検光子Ｄか
ら８０ｐＪのパルスエネルギーのレーザ光が透過した。
信号光Ｌinと制御光Ｌ4 の間に時間遅延を与えてスイッ
チ動作時間を測定したところ、レーザパルスに等しい１
５０フェムト秒であった。
【００１６】実施例４：スイッチ材料として、ＫＮｂＯ
3 微結晶が析出した結晶化ガラスを使用した。この結晶
化ガラスは、組成：４０モル％Ｋ2 Ｏ−４０モル％Ｎｂ
2 Ｏ5 −２０モル％ＳｉＯ2 のガラスを７００℃で１時
間熱処理することにより、ガラス中に粒径約０．２μｍ
のＫＮｂＯ3 微結晶を析出させることにより作製した。
結晶化ガラスを１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの大きさに
光学研磨し、図６の配置で偏光回転光誘起スイッチを構
成した。波長８１０ｎｍ，パルス幅８０フェムト秒，パ
ルスエネルギー５ｎＪ，垂直偏光のレーザ光を制御光Ｌ
1 ，Ｌ2 として使用し、制御光Ｌ1 を垂直偏光、制御光
Ｌ2 を水平偏光させた。また、波長８１０ｎｍ，パルス
幅８０フェムト秒，パルスエネルギー５０ｎＪ，水平偏
光のレーザ光を信号光Ｌinとして使用した。検光子Ｄを
透過する信号光Ｌout の透過率は、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が
ない場合には０％であったが、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2
を入射させると透過率が８０％になった。二つの制御光
Ｌ1 ，Ｌ2 と信号光Ｌinの間に時間遅延を与えてスイッ
チ動作時間を測定したところ、レーザパルスに等しい８
０フェムト秒であった。
3 微結晶が析出した結晶化ガラスを使用した。この結晶
化ガラスは、組成：４０モル％Ｋ2 Ｏ−４０モル％Ｎｂ
2 Ｏ5 −２０モル％ＳｉＯ2 のガラスを７００℃で１時
間熱処理することにより、ガラス中に粒径約０．２μｍ
のＫＮｂＯ3 微結晶を析出させることにより作製した。
結晶化ガラスを１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの大きさに
光学研磨し、図６の配置で偏光回転光誘起スイッチを構
成した。波長８１０ｎｍ，パルス幅８０フェムト秒，パ
ルスエネルギー５ｎＪ，垂直偏光のレーザ光を制御光Ｌ
1 ，Ｌ2 として使用し、制御光Ｌ1 を垂直偏光、制御光
Ｌ2 を水平偏光させた。また、波長８１０ｎｍ，パルス
幅８０フェムト秒，パルスエネルギー５０ｎＪ，水平偏
光のレーザ光を信号光Ｌinとして使用した。検光子Ｄを
透過する信号光Ｌout の透過率は、制御光Ｌ1 ，Ｌ2 が
ない場合には０％であったが、二つの制御光Ｌ1 ，Ｌ2
を入射させると透過率が８０％になった。二つの制御光
Ｌ1 ，Ｌ2 と信号光Ｌinの間に時間遅延を与えてスイッ
チ動作時間を測定したところ、レーザパルスに等しい８
０フェムト秒であった。
【００１７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光誘起
スイッチは、二次非線形光学効果を利用して光ビームの
方向制御，位相変調，偏光回転等を行うことにより、入
射される光のパルス幅に等しい極めて短い時間、具体的
には１ピコ秒以下の極短時間でスイッチ動作を行うこと
ができる。そのため、高速度，高性能の光信号処理が可
能となり、大容量の情報を超高速で処理することが要求
される情報処理機器に有用なスイッチとして使用され
る。
スイッチは、二次非線形光学効果を利用して光ビームの
方向制御，位相変調，偏光回転等を行うことにより、入
射される光のパルス幅に等しい極めて短い時間、具体的
には１ピコ秒以下の極短時間でスイッチ動作を行うこと
ができる。そのため、高速度，高性能の光信号処理が可
能となり、大容量の情報を超高速で処理することが要求
される情報処理機器に有用なスイッチとして使用され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 二つの制御光を使用して光ビームを方向制御
する光誘起スイッチ
する光誘起スイッチ
【図２】 一つの制御光を使用して光ビームを方向制御
する光誘起スイッチ
する光誘起スイッチ
【図３】 位相変調によりスイッチ動作を行わせる光誘
起スイッチであり、二つの制御光を入射させた状態
（ａ）及びパラメトリック過程で信号光が増幅されてい
る状態（ｂ）
起スイッチであり、二つの制御光を入射させた状態
（ａ）及びパラメトリック過程で信号光が増幅されてい
る状態（ｂ）
【図４】 位相変調を利用した光干渉計スイッチ
【図５】 偏光回転によりスイッチ動作を行わせる光誘
起スイッチ
起スイッチ
【図６】 偏光子及び検光子を組み込んだ光誘起スイッ
チ
チ
【図７】 波長が異なる信号光及び制御光を入射させる
光誘起スイッチ
光誘起スイッチ
Ｍ：スイッチ材料 Ｌ1 〜Ｌ4 ：制御光
Ｌin：信号光 Ｌout ：透過信号光 ＬS ：第２高調波
ＬSW：スイッチ光 θ：入射角 Ｍh1：ハーフミラー
Ｍh2：合波ミラー Ｐ：偏光子 Ｄ：検光子
Ｌin：信号光 Ｌout ：透過信号光 ＬS ：第２高調波
ＬSW：スイッチ光 θ：入射角 Ｍh1：ハーフミラー
Ｍh2：合波ミラー Ｐ：偏光子 Ｄ：検光子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 耕一郎 京都府相楽郡木津町兜台５−１−13 木津 かぶと台団地９−204 (72)発明者 藤原 誠司 奈良県奈良市西大寺南町３−８ エレガン トライフ西大寺610号 (72)発明者 平尾 一之 京都府京都市左京区田中下柳町８−94 (72)発明者 杉本 直樹 京都府京都市左京区下鴨本町19 秀峰比叡 302号 (72)発明者 神原 浩久 奈良県奈良市大安寺町950−１ ＮＴＴ205 号
Claims (5)
- 【請求項１】 信号光及び制御光が入射される二次非線
形光学効果をもつスイッチ材料を備え、前記制御光によ
る前記信号光の方向制御，位相変調又は偏光回転により
スイッチ動作を行わせる超高速光誘起スイッチ。 - 【請求項２】 請求項１記載のスイッチ材料が中心対称
性を持たない結晶材料である超高速光誘起スイッチ。 - 【請求項３】 請求項２記載の結晶材料がβ−ＢａＢ2
Ｏ4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ
2 ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，
ＢａＴｉＯ3 から選ばれた結晶である超高速光誘起スイ
ッチ。 - 【請求項４】 請求項１記載のスイッチ材料が中心対称
性を持たない微結晶が析出した結晶化ガラスである超高
速光誘起スイッチ。 - 【請求項５】 請求項４記載の微結晶がβ−ＢａＢ2 Ｏ
4 ，ＬｉＢＯ4 ，ＬｉＩＯ3 ，ＫＴｉＯＰＯ4 ，ＫＨ2
ＰＯ4 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＮａＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，Ｂ
ａＴｉＯ3 から選ばれた微結晶である超高速光誘起スイ
ッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34727695A JPH09166798A (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 超高速光誘起スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34727695A JPH09166798A (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 超高速光誘起スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09166798A true JPH09166798A (ja) | 1997-06-24 |
Family
ID=18389127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34727695A Pending JPH09166798A (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 超高速光誘起スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09166798A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000049459A1 (fr) * | 1999-02-16 | 2000-08-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Materiau a non linearite optique et son procede de production |
| US9046735B2 (en) | 2009-03-31 | 2015-06-02 | Selex Sistemi Integrati S.P.A. | Method and system for determining second-order nonlinear optical coefficients |
| CN108681108A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-19 | 天津城建大学 | 一种基于变旋性分子材料的光开关器件及其制备方法 |
-
1995
- 1995-12-14 JP JP34727695A patent/JPH09166798A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000049459A1 (fr) * | 1999-02-16 | 2000-08-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Materiau a non linearite optique et son procede de production |
| US6581414B2 (en) | 1999-02-16 | 2003-06-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Optical nonlinearity material and production method therefor |
| US9046735B2 (en) | 2009-03-31 | 2015-06-02 | Selex Sistemi Integrati S.P.A. | Method and system for determining second-order nonlinear optical coefficients |
| CN108681108A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-19 | 天津城建大学 | 一种基于变旋性分子材料的光开关器件及其制备方法 |
| CN108681108B (zh) * | 2018-06-11 | 2023-03-10 | 天津城建大学 | 一种基于变旋性分子材料的光开关器件及其制备方法 |
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