JPS63262882A - 超電導装置の動作方法 - Google Patents
超電導装置の動作方法Info
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- JPS63262882A JPS63262882A JP62097976A JP9797687A JPS63262882A JP S63262882 A JPS63262882 A JP S63262882A JP 62097976 A JP62097976 A JP 62097976A JP 9797687 A JP9797687 A JP 9797687A JP S63262882 A JPS63262882 A JP S63262882A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
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- H01S3/1683—Solid materials using superconductivity, e.g. provided with Josephson junctions
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明は超電導材料を用いたレーザ発振装置を用いた動
作方法に関する。
作方法に関する。
「従来の技術」
従来、超電導材料を用いたアクティブ素子としては、ジ
ョセフソン接合素子のみが知られる。これまでは、この
素子を用いて電気的な論理回路およびメモリ等への応用
のみが検討されていた。
ョセフソン接合素子のみが知られる。これまでは、この
素子を用いて電気的な論理回路およびメモリ等への応用
のみが検討されていた。
「従来の問題点」
特にこのジョセフソン素子は超高速動作をするため、電
気的なスイッチング素子としての有効利用が考えられる
のみであった。
気的なスイッチング素子としての有効利用が考えられる
のみであった。
本発明人はかかるジョセフソン接合型の動作を調べてい
くうち、この接合を利用してレーザ発光をさせ得ること
を見出した。
くうち、この接合を利用してレーザ発光をさせ得ること
を見出した。
本発明はかかるレーザ光（実際には赤外線）装置を提供
するにある。
するにある。
「問題を解決する手段」
本発明はかかる問題を解決するもので、ジョセフソン接
合素子において、一対を構成する電極の上面および下面
以外の端面に対し、鏡（ミラー）を配設する。そしてそ
の１つの端面の鏡をハーフミラ−とすることにより、そ
こよりレーザ光を外部に発生させんとするレーザ発振器
の動作方法に関する。
合素子において、一対を構成する電極の上面および下面
以外の端面に対し、鏡（ミラー）を配設する。そしてそ
の１つの端面の鏡をハーフミラ−とすることにより、そ
こよりレーザ光を外部に発生させんとするレーザ発振器
の動作方法に関する。
即ち、本発明は、超電導材料、特にＴｃが７５に以上の
高温で動作する酸化物超電導材料を用いてレーザ光を発
振させんとするものである。
高温で動作する酸化物超電導材料を用いてレーザ光を発
振させんとするものである。
第１図は、本発明に用いるためのジョセフソン接合素子
を示す。即ち、下側の第１の超電導材料（１）、トンネ
ル電流を流し得る厚さの透光性被膜（透光性、特にレー
ザ光の吸収損失の少ない材料が選ばれる） （２） 、
さらにその上に第２の超電導材料（３）を設け、その上
下の超電導材料に一対の電気エネルギ供給手段（１５）
、 （１６）を設けている。
を示す。即ち、下側の第１の超電導材料（１）、トンネ
ル電流を流し得る厚さの透光性被膜（透光性、特にレー
ザ光の吸収損失の少ない材料が選ばれる） （２） 、
さらにその上に第２の超電導材料（３）を設け、その上
下の超電導材料に一対の電気エネルギ供給手段（１５）
、 （１６）を設けている。
かかる超電導材料のエネルギバンド図を第２図に示す。
第２図（Ａ）は外部電圧の印加のない場合、または弱い
電圧の印加がある場合である。図面において、超電導材
料（１） 、 （３） 、その間に介在した透光性被膜
（２）を有する。
電圧の印加がある場合である。図面において、超電導材
料（１） 、 （３） 、その間に介在した透光性被膜
（２）を有する。
これはフェルミ面（７）と通常の伝導帯（６）とを有す
る。そしてレベル（４）には凝縮したクーパーペアのレ
ベル（５）を有する。ここで双方の超電導材料（１）
、 （３）に電圧を加えると、ある電圧まではそれぞれ
の間に電位差を生ぜず、電子対は自由電子のように流れ
、量子力学の波動性により、被膜（２）中をトンネル効
果により通り抜ける。
る。そしてレベル（４）には凝縮したクーパーペアのレ
ベル（５）を有する。ここで双方の超電導材料（１）
、 （３）に電圧を加えると、ある電圧まではそれぞれ
の間に電位差を生ぜず、電子対は自由電子のように流れ
、量子力学の波動性により、被膜（２）中をトンネル効
果により通り抜ける。
ここに、より高い交流またはパルス電圧を印加すると、
この左右の超電導体間に電位差（ΔＶ）が生ずる。この
時、例えば、第１の超電導材料（１）より第２の超電導
材料（３）に電子対が移る場合、「エネルギ保存の法則
」により光（１０）を発光する。
この左右の超電導体間に電位差（ΔＶ）が生ずる。この
時、例えば、第１の超電導材料（１）より第２の超電導
材料（３）に電子対が移る場合、「エネルギ保存の法則
」により光（１０）を発光する。
この波長は、
ｈν＝２ｅΔＶ
で示される。
ここではｈニブランクの定数
ｅ：電気素量
Δ■：電位差
シ：先の振動数
さらにここに交流を加え、その電位差（ΔＶ）を大きく
すると、最大Ｖ（通常の金属の伝導帯の下側と凝縮した
クーパーペアのレベル（４）との差）までの電位差を生
ぜしめ得る。そしてそれに対応した波長の光（１０）を
発光し得る。酸化物超電導体はＴｃｏが約１００Ｋを有
するため、波長λ（１／ νでも示される）も１０−
ｈｃａ＋−’程度の波長を得ることができる。
すると、最大Ｖ（通常の金属の伝導帯の下側と凝縮した
クーパーペアのレベル（４）との差）までの電位差を生
ぜしめ得る。そしてそれに対応した波長の光（１０）を
発光し得る。酸化物超電導体はＴｃｏが約１００Ｋを有
するため、波長λ（１／ νでも示される）も１０−
ｈｃａ＋−’程度の波長を得ることができる。
またここで外部より印加した電圧を可変すると、結果と
して発光波長をも可変し得る。
して発光波長をも可変し得る。
一般にレーザ発光は、逆転分野が必要であることが知ら
れている。しかし本発明においては、第２図（Ｂ）に示
す如く、右側の超電導材料はクーパーベアの多い超電導
材料を用い、また左側の超電導材料中には不純物を多（
してクーパーベアを少なくせ、容易にかかる逆転分布を
成就し得る。
れている。しかし本発明においては、第２図（Ｂ）に示
す如く、右側の超電導材料はクーパーベアの多い超電導
材料を用い、また左側の超電導材料中には不純物を多（
してクーパーベアを少なくせ、容易にかかる逆転分布を
成就し得る。
第３図にこの原理を用いた本発明のレーザ発振器を示す
。この図面は第１および第２の酸化物超電導体＜１）
、 （３）を有する。そしてその間にはトンネル電流を
流し得る絶縁体（２）を設けている。その端部の３方は
ミラー（鏡）（１２）にて取り囲み、光が外部にもれな
いようにしている。また内部で発光した光を１００χ効
率よく反射するようにしている。
。この図面は第１および第２の酸化物超電導体＜１）
、 （３）を有する。そしてその間にはトンネル電流を
流し得る絶縁体（２）を設けている。その端部の３方は
ミラー（鏡）（１２）にて取り囲み、光が外部にもれな
いようにしている。また内部で発光した光を１００χ効
率よく反射するようにしている。
他の一端部は光の透過が多少あるハーフミラ−（１１）
を設けていく。
を設けていく。
ここにおいて、電気供給端子（１５） 、 （１６）に
強い電圧を印加する。するとこの超電薄体の中で発光し
た光はミラー（１１） 、 （１２）で反射し、外部に
光をリークできない、そしてこの外部より加えられた電
圧によって決められるΔＶによって定められた波長の光
をより高密度化し、臨界状態においてハーフミラ−（１
１）を透過して発光をさせることができる。
強い電圧を印加する。するとこの超電薄体の中で発光し
た光はミラー（１１） 、 （１２）で反射し、外部に
光をリークできない、そしてこの外部より加えられた電
圧によって決められるΔＶによって定められた波長の光
をより高密度化し、臨界状態においてハーフミラ−（１
１）を透過して発光をさせることができる。
以下に図面に従ってその実施例を示す。
「実施例１」
第１図に本発明で用いるジョセフソン素子型レーザ発振
器を示す。
器を示す。
酸化物超電導材料として、例えば、（Ａ＋−ｘ Ｂｘ）
ｙＣｕｚＯｉｖ、ｘ ＝ ０〜Ｌ ７−２．０〜４．０
好ましくは２．５〜３．５．２ ＝ １〜４好ましくは
１．５〜３．５．Ｗ＝ ４〜１０好ましくは６〜８を有
する。ＡはＹ（イツトリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）
、Ｙｂ（インテルビウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）、Ｔ
ｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホ
ルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、
Ｌｕ（ルテニウム）、Ｓｃ（スカンジウム）またはその
他の元素周期表ｍａ族の１つまたは複数種類より選ばれ
る。ＢはＲａ（ラジウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（
ストロンチウム）、Ｃａ（カルシウムＭｇ（マグネシウ
ム）、Ｂｅ（ベリリウム）の元素周期表１１ａ族より選
ばれる。特に、その具体例として、（ＹＢａｚ）Ｃｕｉ
Ｏｂ 〜ａを用いた。
ｙＣｕｚＯｉｖ、ｘ ＝ ０〜Ｌ ７−２．０〜４．０
好ましくは２．５〜３．５．２ ＝ １〜４好ましくは
１．５〜３．５．Ｗ＝ ４〜１０好ましくは６〜８を有
する。ＡはＹ（イツトリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）
、Ｙｂ（インテルビウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）、Ｔ
ｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホ
ルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、
Ｌｕ（ルテニウム）、Ｓｃ（スカンジウム）またはその
他の元素周期表ｍａ族の１つまたは複数種類より選ばれ
る。ＢはＲａ（ラジウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（
ストロンチウム）、Ｃａ（カルシウムＭｇ（マグネシウ
ム）、Ｂｅ（ベリリウム）の元素周期表１１ａ族より選
ばれる。特に、その具体例として、（ＹＢａｚ）Ｃｕｉ
Ｏｂ 〜ａを用いた。
この超電導材料は単結晶であることが好ましい。
このため、Ｙ Ｓ Ｚ ＋ ｒ Ｔ ｉｏ ３等の基板
上にスパッタ法を用いたエピタキシャル成長法を用いる
ことも有効である。またブリッジマン法等により単結晶
のタブレットを作ることも有効である。
上にスパッタ法を用いたエピタキシャル成長法を用いる
ことも有効である。またブリッジマン法等により単結晶
のタブレットを作ることも有効である。
これらに対し、この後透光性被膜を構成させるため、例
えば金属のアルミニウム、タンタルまたは半導体の珪素
を真空蒸着法または光ＣＶＤ法を用い、５〜５０人例え
ば１０人の厚さに形成した。さらにこれら全体を４００
〜１０００℃１１〜１００時間、例えば６００℃で５時
間アニールをし、同時に金属アルミニウム、タンタルま
たは半導体の珪素を酸化させた。
えば金属のアルミニウム、タンタルまたは半導体の珪素
を真空蒸着法または光ＣＶＤ法を用い、５〜５０人例え
ば１０人の厚さに形成した。さらにこれら全体を４００
〜１０００℃１１〜１００時間、例えば６００℃で５時
間アニールをし、同時に金属アルミニウム、タンタルま
たは半導体の珪素を酸化させた。
すると例えば、アルミニウムを用いる場合、この結果形
成された酸化アルミニウムの下側の酸化物超電導材料の
表面近傍における酸素濃度を、内部（バルク）と概略同
一とすることができ、表面においても超電導特性を有せ
しめ得る。
成された酸化アルミニウムの下側の酸化物超電導材料の
表面近傍における酸素濃度を、内部（バルク）と概略同
一とすることができ、表面においても超電導特性を有せ
しめ得る。
さらにこの表面にスパッタ法、気相法、スクリーン印刷
法等により第２の超電導材料（３）を第１の超電導材料
と同一主成分材料により形成させた。
法等により第２の超電導材料（３）を第１の超電導材料
と同一主成分材料により形成させた。
次にこれらをフォトエツチング法により、第３図にく示
す如く、その周辺部に対し損傷を与えることなくエツチ
ングし、透光性被膜の端面を露呈させた。さらにこの表
面における３方を光を完全に遮蔽し１００χ反射するミ
ラーを銀またはアルミニウムにより形成した。
す如く、その周辺部に対し損傷を与えることなくエツチ
ングし、透光性被膜の端面を露呈させた。さらにこの表
面における３方を光を完全に遮蔽し１００χ反射するミ
ラーを銀またはアルミニウムにより形成した。
この時、銀またはアルミニウムと酸化物との間の反応を
防ぐため、透光性酸化物を５〜５０人の厚さに形成して
もよい。かかる端面（１）はハーフミラ−をこれら恨ま
たはアルミニウムの周りに３０〜３００人例えば５０人
の厚さに形成した。
防ぐため、透光性酸化物を５〜５０人の厚さに形成して
もよい。かかる端面（１）はハーフミラ−をこれら恨ま
たはアルミニウムの周りに３０〜３００人例えば５０人
の厚さに形成した。
かくして第３図の超電導材料を用いたレーザ発振器を作
ることができた。
ることができた。
さらにここに電圧を印加した。そしてこのΔ■（第２図
に示す）として数十ｍＶを印加し、ハーフミラ−により
赤外線の反射を観察することができた。またＴｃｏとし
て室温またはそれ以上での温度を有せしめることが可能
であるならば、可視光の発光も不可能ではない。
に示す）として数十ｍＶを印加し、ハーフミラ−により
赤外線の反射を観察することができた。またＴｃｏとし
て室温またはそれ以上での温度を有せしめることが可能
であるならば、可視光の発光も不可能ではない。
この特性は酸化物セラミックスのＴｃｏの向上とともに
、可視光またはそれに近い波長の光を発光させ得る。ま
たレーザ光の発光を、透光性被膜特に酸化物または窒化
物絶縁膜の作製により、連続発振または電気エネルギの
光エネルギへの変換効率の向上を行い得る。
、可視光またはそれに近い波長の光を発光させ得る。ま
たレーザ光の発光を、透光性被膜特に酸化物または窒化
物絶縁膜の作製により、連続発振または電気エネルギの
光エネルギへの変換効率の向上を行い得る。
本発明の第３図において、第１の酸化物超電導性材料を
基板として用いた場合を示し、発光面はこの基板と平行
方向に発光させた。しかし基板をｙｓｚ等の絶縁物基板
とし、ここに薄膜状に選択的に第１の超電導材料を形成
し、超電導レーザの集積化構成をさせることもできる。
基板として用いた場合を示し、発光面はこの基板と平行
方向に発光させた。しかし基板をｙｓｚ等の絶縁物基板
とし、ここに薄膜状に選択的に第１の超電導材料を形成
し、超電導レーザの集積化構成をさせることもできる。
また光を基板と垂直方向に発光させてもよい。
「効果」
本発明により、電圧に依存するレーザ光の発光が可能と
なった。さらにこのレーザ光の発光を固体素子として行
い得る。
なった。さらにこのレーザ光の発光を固体素子として行
い得る。
このため、これまで知られていた半導体レーザにおいて
は固体電子ディバイスという特長を有しなから特定の波
長しか発光できなかったが、これとは異なる分野への新
しい応用が可能であろう。
は固体電子ディバイスという特長を有しなから特定の波
長しか発光できなかったが、これとは異なる分野への新
しい応用が可能であろう。
また波長の可変するレーザとして色素レーザまた色中心
レーザが知られている。しかしこれらは回折格子等の波
長可変素子を必要とし、制御が不便である。この点、本
発明は印加する電圧／電流により精密に制御し得る。
レーザが知られている。しかしこれらは回折格子等の波
長可変素子を必要とし、制御が不便である。この点、本
発明は印加する電圧／電流により精密に制御し得る。
苓
第１図は本発明に用いるジョセフソン接合素子の縦断面
図を示す。 第２図は本発明の発光の動作原理を示す。 第３図は本発明の超電導素子を用いたレーザ発振器の斜
視図を示す。
図を示す。 第２図は本発明の発光の動作原理を示す。 第３図は本発明の超電導素子を用いたレーザ発振器の斜
視図を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１および第２の超電導材料と、その間に介在する
絶縁膜とを有するジョセフソン接合素子において、前記
素子の端面にレーザ共鳴用の鏡を設けるとともに、前記
ジョセフソン接合素子に電圧を印加せしめることにより
、前記絶縁膜でレーザ発光をせしめることを特徴とする
超電導装置の動作方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、外部より印加した
交流電圧によって波長を可変せしめることを特徴とする
超電導装置の動作方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、超電導材料はＴｃ
ｏ（抵抗が零となる温度）が７５Ｋ以上を有し、レーザ
光として赤外光または可視光を発光せしめることを特徴
とする超電導装置の動作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62097976A JP2564543B2 (ja) | 1987-04-20 | 1987-04-20 | 超電導装置の動作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62097976A JP2564543B2 (ja) | 1987-04-20 | 1987-04-20 | 超電導装置の動作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63262882A true JPS63262882A (ja) | 1988-10-31 |
| JP2564543B2 JP2564543B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=14206694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62097976A Expired - Fee Related JP2564543B2 (ja) | 1987-04-20 | 1987-04-20 | 超電導装置の動作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2564543B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63263783A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-10-31 | Hitachi Ltd | 超電導発光体 |
| EP0413333A2 (en) | 1989-08-18 | 1991-02-20 | Hitachi, Ltd. | A superconductized semiconductor device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5517500A (en) * | 1978-07-21 | 1980-02-06 | Kraftwerk Union Ag | Measuring sonde of boiling water type nuclear reactor |
-
1987
- 1987-04-20 JP JP62097976A patent/JP2564543B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5517500A (en) * | 1978-07-21 | 1980-02-06 | Kraftwerk Union Ag | Measuring sonde of boiling water type nuclear reactor |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63263783A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-10-31 | Hitachi Ltd | 超電導発光体 |
| EP0413333A2 (en) | 1989-08-18 | 1991-02-20 | Hitachi, Ltd. | A superconductized semiconductor device |
| US5455451A (en) * | 1989-08-18 | 1995-10-03 | Hitachi, Ltd. | Superconductized semiconductor device using penetrating Cooper pairs |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2564543B2 (ja) | 1996-12-18 |
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