JPS63503576A - 光システム - Google Patents
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- JPS63503576A JPS63503576A JP62504794A JP50479487A JPS63503576A JP S63503576 A JPS63503576 A JP S63503576A JP 62504794 A JP62504794 A JP 62504794A JP 50479487 A JP50479487 A JP 50479487A JP S63503576 A JPS63503576 A JP S63503576A
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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。
Description
【発明の詳細な説明】
光システム
ニ遡4すL反
1、財力1
本発明はより一般的には光システム、例えば、光通信システム及び光コンピュー
タに関する。
2、!LgLXJL
光システム、例えば、光通信システム及び光コンピュータが実際に使用され、ま
た開発中であるが、これらシステムは、純粋な電子システムを用いる場合よりも
より多くの情報をより速く伝送及び/あるいは処理できるあるいは可能性をもつ
。
上に述べる光システムは、典型的には、1つあるいは複数の電磁放射のソース、
例えば、1つあるいは複数の半導体レーザー、これらソースから放射される電磁
放射を処理するための1つ(あるいは複数の)デバイス、及び処理された電磁放
射を検出するための1つあるいは複数の検出器を含む、これらソースによって放
射される電磁放射はこの処理デバイスに送られ、次に、例えば、空中、真空中を
、あるいは導波路1例えば、光ファイバを通じて検出器に送られる。
これら光システム内に用いられる処理デバイスには。
例えば、スイッチ(システムのある導波路から別の導波路に電磁放射をスイッチ
するためのデバイス)、振幅変!11(電磁放射の強度を変えるためのデバイス
)、及びマルチプレクサ/デマルチプレクサ(例えば、複数の導波路によって運
ばれた電磁放射を単一の導波路に、あるいはこの逆に向けるためのデバイス)が
含まれる。現時点においては、これらデバイスは、典型的には、エレクトロオプ
ティック材料、例えば、ニオブ酸リチウム(lithiumniobate)な
どから製造され、処理は電子的に遂行される。
例えば、2つあるいはそれ以上のプレーナ導波路(典型的には、システム内の他
の導波路、例えば、光ファイバと光通信)を含むスイッチがニオブ酸リチウム内
にドーパント、例えば、チタニウムをプレーナ導波路に要求されるパターンにて
この基板の表面に堆積させることによって形成される。この基板が次にドーパン
トを基板内に拡散させるために加熱され、プレーナ導波路が形成される。これに
加えて、複数の検出器が1つあるいは複数のプレーナ導波路の反対側に形成され
る。スイッチングを起こすためには、これら電極に電圧が加えられ、ニオブ酸リ
チウムの光分極率に局所的な変動を誘導する。これは屈折率を居所的に変化させ
、これによって光の経路81つのプレーナ導波路から別のプレーナ導波路にかえ
られる0重要なことは、スイッチング速度が電極の構成に依存することである9
例えば、−団となった電極構成をもつ電極に電圧が加えられた場合、スイッチン
グを達成するために必要とされる時間がこれら電極のRC時間定数によって制限
され、これは、典型的には数ナノ秒(nS)の値をもつ、(加えられた電圧を除
去すると、誘導された光分極率及び屈折率の変化が実質的に瞬時に消える)、結
果として、サイクル時間(一連の続くスイッチング動作問の時間間隔)が数ナノ
秒(ns)に制限され、従って、反復速度(単位時間当たりのスイッチング動作
の回数、サイクル時間の逆数)が約3 X 10”ヘルツ(Hz )以下に制限
される。一方、進行波(伝送ライン)電極構成を用いた場合は、数百ピコ秒(p
s)のスイッチング時間、及びサイクル時間が簡単に達成でき、3X10’Hz
という高い反復速度が得られる。
さらに短いサイクル時間及び高い反復速度を達成するために、処理が純粋に光手
段で達成されるデバイスが研究及び提案されている。つまり、これら提案されて
いるデバイスは、典型的には、処理されるべき電磁放射のビーム(以降信号ビー
ムと呼ぶ)に対する伝送媒体として機能する材料の領域を含む。重要なことに、
この伝送媒体は電磁放射の第2のビーム(以降コントロール ビームと呼ぶ)が
当てられたとき非線形の光応答(屈折率及び/あるいは光吸収の変化)を示し、
この非線形の光応答が信号ビームの処理を実行する役割を果たす。
純粋な光処理を用いるデバイスの一例としてのデバイイド フィジクス レター
ズ(Applied Physics Letters)、Vol、48、No
、20.1986年5月19日号。
ページ1342−1344に発表の論文rGaAaエタロン光論理デバイスにお
ける並列演算及び漏話測定(p arallelOperation and
Crosstalk Measurements in GaAsEtalon
0ptical Logic Devices) Jにおいて開示されている
。このデバイスは2つの誘電ミラー間に挾まれた約1マイクロメートル(μm)
以下の厚さをもっGaAs(無機半導体材料)の層を含むヒ化ガリウム(GaA
s )エタロンである。このミラーは約890ナノメートル(n m)の波長
をもつ電磁放射に対して高い反射率を示し、約800nmの波長をもつ電磁放射
に対しては低い反射率をもつように設計される。さらに、このエタロンはエタロ
ンの伝送曲線のピークが890μmの波長の所で起こるように設計される。動作
において、コントロール ビームが存在しないときは、890nmの波長をもつ
信号ビームがGaAsに当ってもこれはほとんど吸収されず、大部分が伝送され
る。一方、800nmの波長をもつコントロール ビームをG a A sに当
てGaAs内の価電帯電子を導電帯に励起させると、G a A sの屈折率の
変化が起こり、結果として(実質的に・瞬時に)エタロンの伝送ピークが890
nmからずれるようにシフトする。結果として、(890nmの波長をもつ)信
号ビームの伝送が低減される* G a A sの厚さに依存して、エタロン伝
送のこの低減は約200psから約15psの範囲の特性減衰時間τ(コントロ
ール ビームがオフされた後に、伝送の低減が元の値の1 / eに減衰するま
での時間間隔)を示す0重要なことは、この減衰時間によってデバイスの速度が
制約されるということである。つまり、コントロール ビームは第1の伝送が十
分に消えるまで、十分に低減されたエタロン伝送を達成するために2度目のオン
を行なうことができず、この間隔は、典型的には、約2τである。つまり、Ga
Asの厚さ依存して、このデバイスのサイクル時間(一連の低伝送状態の間の時
間期間)は約400psから約30psの範囲となり、従って、反復速度は約2
.5X10’Hzから約3.3X10”Hzの範囲となる。
無機半導体材料、例えば、GaAsを用いるのでなく。
有機材料1例えば、ポリジアセチレン(polydiacetylene+PD
A)を用いる処理デバイスが提案されている。これに関して、ポリ−2,4−へ
キサジン−1,6−ジオール ビス(P−トルエン スルホナー)−)(PDT
−PTS)として知られているPDAの1つの特定の結晶形態は第1図に示され
る吸収スペクトルを示すが、これは約640nmからこれより短い波長に広がる
相対的に高い吸収の波長領域(吸収係数αが約2 X 10’■−1以上の領域
)を含む、この高い吸収領域はフォトン吸収の結果として電子が相対的に低いエ
ネルギーの電子状態(基底状態)から高エネルギー電子状態に励起されることと
関連することが知られている0重要なことに、PDAは低い吸収と関連する波長
、つまり、αが約2 X 10’■−1以下である波長の所で(他の材料と比較
して)比較的大きな非線形光応答を示す、この応答は実質的に瞬時に、つまり、
10−1!秒以内に減衰すると信じられている。
不幸にして、この応答の規模は(他の材料と比較すると大きいが)、デバイスに
応用するためには、一般的には小さすぎる。一方、高い吸収(αが約2 X 1
0’an−’以上)の波長での非線形光応答はこれよりがなり長い減衰時間をも
つと信じられていた。
約651.5nm (これは約640nmがらこれより短い波長に延びる高い吸
収領域の長波長端にあたる)から約701.5nmの範囲の波長の所でPDA−
P、TS内に生成される非線形光応答と関連する減衰時間に関しての実験的な調
査が行なわれており、G、M、カーター(G、 M、 Carter)らによっ
てアプライド フィジクス レターズ(Applied Physics Le
tters)、Vol、47、No。
5(1985年9月1日)、ベージ457−459に発表の論文「ピコ秒ダイ
レーザー パルスを用いての同法ポリジアセチレンの時間及び波長分解非線形光
スペクトロスコピー(Time and Wavelength Re5olv
ed Non1inearOptical 5pectroscopy of
a Po1ydiacetylene in theSolid 5tate
Using Picosecond Dye La5er Pu1ses)Jに
おいて説明されている。この調査では、従来の縮退4−波ミキシングが用いられ
る。つまり、同一波長の電磁放射の2つのパルスがPDA−PTSの容積領域内
で干渉され1周期的な強度の変動が生成されたが、これは結果として屈折率の周
期的変動(非線形光応答)を与え、従って、容積回折格子を形成する。これらパ
ルスは約6psの継続期間及び約2.5X10’ ワット/平方センチメートル
(W/co”)のピーク強度をもつ。同一の波長、継続期間及び強度の電磁放射
の第3のパルスがPDA−PTSに当てられ、この回折格子によって回折され、
電磁放射の第4のビームが生成され、これがPDA−PTSの厚さを横断した所
で検出器によって検出された。第3のパルスの到達時間を最初の2つのパルスに
対してかえることによって、PDA−PTSの高い吸収領域の端の所での非線形
光応答の継続期間がこのパルスの継続期間、従って、約6ps以下であることが
決定された。この実験的データ、及び幾つかの(含蓄的)仮定から高い吸収波長
、例えば、625nmでの非線形光応答も約6ps以下の減衰時間をもつと推断
された。この結論の基礎となるこれら(含蓄的)仮定の1つは、PDA−PTS
内での吸収が単一の電子励起状態の存在のみに起因し。
2つの干渉パルスによってアクセス(ボピュレート)されるのはこの状態である
という想定である。
今日に至るまで、PDAが約6ps以下の減衰時間をもつ高い吸収波長の所で本
当に非線形光応答を示すという実験的検証の報告はない。この実験的検証の不在
下では、高速光処理デバイスへのPDAの利用にはまだ疑問が残る。
従って、光処理デバイスの開発に従事する研究者は高い反復速度を達成可能な高
速デバイスの研究を引き続き行なっている状況である。
災豆玖監粟
本発明は複数の状態が材料、例えば、PDAのような有機材料内に共振光(コン
トロール ビーム)励起、つまり、αが約2 X 10’am″′1以上の波長
の所での励起を介して簡単にポピュレート(populate)でき、またこれ
ら状態が比較的短命の状態及び比較的長い命をもつ状態の両方を含むという発見
に基づく、さらに、コントロール ビーム放射の波長、継続期間及び強度によっ
てアクセスされる状態が決定される1例えば、PDA−PTSの場合は、入射コ
ントロール ビームが約625nmの波長、約2ps以上の継続期間(半最大で
の全1fliT) +及び約4×lO″’ W / cm 2以下の強度(単位
面積当たりのパルス幅に対するパルス エネルギーの比)をもつパルスであると
いう条件では、約2psの減衰時間をもつ第1の電子エネルギー レベル(ここ
ではSlと呼ばれる)のみがポビュレートされることが発見された。対応する非
線形光応答にSlに等しい減衰時間をもたせるためには、(Slのりポピユレー
ショング、従って、長寿の非線形光応答が生成されるのを避けるために)コント
ロール ビーム パルスの継続期間は2ps以下であるべきである。この条件で
は、結果として、約4ps (非線形光応答の減衰時間の2倍)という小さな(
非線形光応答の)サイクル時間、及び対応する約2.5X101″Hzという高
い反復速度が簡単に達成できる。
これとは対照的に、625nmに等しい波長、約2psより長い継続期間、及び
約4 X 10’V//cn”以上の強度のコントロール ビーム パルスでは
、三重項状態(ここではTIと呼ぶ)、並びに81がボピュレートされる。
重要なことは、この三重項状態は約40マイクロ秒(μS)の減衰時間を示すと
いうことである。従って、(625nmに等しい波長の)コントロール ビーム
パルスが、例えば、2psの継続時間をもち、コントロール ビームの強度が
(カーター(Carter)らによって用いられた)2 、5 X 10’W/
an”に等しい場合は、結果としての非線形光応答は2psの減衰時間を示す成
分並びに約40μsの減衰時間を示す成分の両方を含むこととなる。約40μS
以下の時間期間によって分離されたこのコントロール ビーム パルスの一連の
反復は、必然的に(定常状態のポピユレーションが確立されるまで)ますますT
lのポピユレーションを増加させ、これは対応する非線形光応答に現れる。つま
り、この応答が約40μsの減衰時間を示す(遅い)成分を含むこととなる。こ
のため、約40μs以下のサイクル時間、従って約2.5×10’Hz 以上の
反復速度においては、非線形光応答の形状は反復速度に依存することとなる。つ
まり、相対的に遅い成分の相対量が反復速度の増加に比例して増加する。
さらに、比較的低い強度においてさえも、短波長(高周波数)のコントロール
ビーム放射、例えば、488nmに等しい波長のコントロール ビーム放射の場
合は、PDA−PTS内にTIのポピユレーションを起こし。
このため上に説明の遅い非線形光応答が現れることが発見された。
旦里立叉車皇双里
第1図はPDA−PTSに対する吸収係数αをフォトン エネルギー及び波長λ
の関数として示し:第2図は本発明による光システムを示し;第3図及び第5図
から第9図は本発明による光処理デバイスの実施態様を示し;
第4図はPDAの構造を示し:
第10図は625nmの波長、70フ工モト秒の継続期間、及び約1o111ワ
ツト/as” の強度の単一コントロール ビーム パルスを用いてPDA−P
TS内で誘導される非線形光応答を示し:
第11図から第12図は同一の波長及び継続期間であるが異なる強度をもつコン
トロール ビーム パルスを用いてPDA−PTS内で誘導された共振非線形光
応答を示し;
第13図は本発明による光処理デバイスのさらにもう1つの実施態様を示し;そ
して
第14図は第13図に示されるタイプの光処理デバイスに関して遂行された過渡
的吸収スペクトロスコピー実験の結果を示す。
■鼠!乳団
本発明は光システム、例えば、光通信システムあるいは光コンピュータ、より具
体的には1つあるいは複数の光処理デバイスを含み、この光デバイスの少なくと
も1つが、少なくとも一部において、純粋に光処理を用いるような光システムに
関する1重要なことは、このデバイスが1つあるいは複数の共振波長で非線形の
光応答を示す材料、例えば、有機材を含むことである。これに加えて、このデバ
イスは、約2.5X10’Hzより高い反復速度(つまり、カーター(Cart
er)らの論文において教示される期間及び強度を用いたとき比較的遅い成分を
与える反復速度)において、あるいは約3.3X10”Hzより高い(G a
A sエタロンにて達成されるより高い)反復速度、さらには2.5X10”H
zという(適当な波長、継続期間及び強度が用いられたときPDAによって簡単
に達成できる)高い反復速度においてさえも実質的に遅い成分を含まないように
材料内に十分に短い継続期間の共振非線形光応答を生成するように選択された波
長、継続期間及び強度のコントロール ビームを放射する少なくとも1つの電磁
放射のソースを含む。
第2図に示されるように1本発明による光システム10は少なくとも1つの(信
号)電磁放射のソース20.例えば、少なくとも1つの半導体レーザーを含み、
これが光学的にこのソース(あるいは複数のソース)20によって放射された(
信号)電磁放射を処理する1つあるいは複数のデバイスと通信する。これら処理
デバイスの少なくとも1つは(少なくとも一部において)純粋な光処理を用いる
処理デバイス40である。システム10はまた処理デバイス40と光通信する少
なくとも1つの電磁放射の検出器60を含む0本発明の1つの実施態様において
は、導波路30及び50、例えば、(第2図に示されるように)光ファイバを通
じて、ソース20は処理デバイス4oと通信し、そして、デバイス4oは検出器
6゜と通信する。別の方法として、この光通信は処理されてないあるいは処理さ
れた電磁放射を、例えば、空中あるいは真空中を送ることによって達成すること
もできる。
本発明においては、処理デバイス40は1つあるいは複数の共振波長を示す材料
42の領域(第3図)、つまり、個々の波長において約2X10’■−1以上の
吸収係数αを示す材料42を含む、(本発明の目的においては、これら波長にお
いて生成される共振はさまざな材料励起の1つあるいは複数1例えば、電子励起
、振動励起、等と関連するものと考えられる。)これに加えて、デバイス40は
ある1つあるいは複数の共振波長の1つ(あるいは複数の)コントロール ビー
ムを提供するための1つ(あるいは複数の)電磁放射のソース44を含む0重要
なことは、この材料42並びにコントロール ビーム放射の継続期間、強度及び
1つあるいは複数の共振波長の両方が約40μs以下、あるいは約15ps以下
、さらには約2psあるいはそれ以下の減衰時間をもつ材料42の1つあるいは
複数のエネルギー状態をボピュレートするように選択されることである。(ここ
で、エネルギー状態の減衰時間は励起された状態の集団(popuila−ti
on)が元のサイズの1 / eに減衰するのに要する期間を意味する)。
コントロール ビーム放射の継続期間が材料42の励起状態の減衰時間より長い
と、励起状態がリポピュレートしくrepoρulated)、結果として、そ
の放射の継続期間より長い継続期間をもつ対応する非線形の光応答となる。
従って、励起状態の減衰時間と同じ短い減衰時間τをもつ非線形光応答を達成す
るためには、放射の継続期間が励起状態の減衰時間以下であることが要求される
。(ここで、τは非線形光応答の規模がその元の値の1 / eに減衰するのに
要する期間を示す)。
約2τ(あるいはそれ以上)のサイクル時間(コントロール ビーム放射を加え
る間の時間間隔)を用いることによって、材料42内の結果としての共振非線形
光応答が相対的に高い反復速度(コントロール ビーム放射を加える頻度、サイ
クル時間の逆数に等しい)においてさえも実質的に相対的に遅い成分をもたない
ことが発見された1例えば、下に説明の材料においては、これは約2.5X10
’Hz (t=40us)以上、あるいは約3.3X10”Hz(t=15ps
)、さらには約2.5XIO”Hz(τ=2ps)という高い反復速度について
もいえることが発見された。(本発明の目的においては、材料42内の非線形光
応答は、初め活性でなかった材料42をその反復速度の100パルスのコントロ
ールビーム放射に当てた後に最後のパルスによって生成される非線形光応答が所
定の基準を満たすときにその特定の反復速度において実質的に相対的に遅い成分
をもたないものとみなされる。この基準は、サイクル時間に等しい(100番目
のパルスに続く)1つの時間間の後における応答の規模に対する活性化されてな
い材料をゼロと定義したときのこれに対する)最大応答の規模の比が約16以上
であることを要求する。)
比較的短い(励起状態の)減衰時間を示す材料は、上に説明のごとく、本発明に
おいては、2つのステップから成る手順を用いて簡単に発見できる。この手順の
第1のステップは、上に定義されたような共振波長を含む吸収スペクトルをもつ
詰った相の材料、例えば、固体あるいは液体の材料を発見することである。多く
の材料の吸収スペクトルはさまざまな参考文献に掲載されている。
例えば、ヒ8 び 理のCRCハンドブック(CRCHandbook of
Chemistry and Phyics) 、 R,C,ライ−スト(R,
C,Weast)編集、1980.60版、CRCプレス、フィラデルフィア州
ボカ レートン(Boca Raton)を参照すること。またこれらは従来の
技術を用いて簡単に測定できる。これに関しては、例えば、P、ラスゾロ(P、
La5zlo)及びP、スタンプ(P、 Stang)、有機スペクトロスコ
ピー(Organic 5pectroscopy)+ハーバーアンド ロウ出
版(l(arper & Row Publishers、ニューヨーク、19
71年を参照すること、第2のステップはコントロール ビーム放射の共振波長
、強度及び継続期間を所望の減衰時間をもつ1つ(あるいは複数の)波長−強度
−継続期間レシーム(regime、体制)が発見されるまで変動させることか
らなる。このような励起状態の存在及び継続期間は、従来の技術、例えば1時間
分解吸収スペクトロスコピー(time−resolved absorpti
on 5pectroscopy)あるいは時間分解ルミネセンス(tille
−resolved lumi−nescence )を用いて簡単に検出で
きる。これら技術に関しては2例えば、Y、クルミ(Y、 Tal+mi) r
アメリカン化学学会(American Chemical 5ociety)
ワシントン、o、C,1979年」によって編集のマルチチャネルイfi −乏
m 塁(Multichannel Image Detector)にR−B
。
ウニイス? ’/ (R,B、 Veisman)及びB、1.グリーネ(B。
1、 Greene)らによって掲載の論文[ピコ秒の時間スケールで正確な過
渡的吸収スペクトルを得るための装置(AnAppartus for Obt
aining Accurate Transient Absorp −ti
on 5pectra on the Picosecond Time 5c
ale)Jを参照すること。
共振波長を示す材料は、全部ではないが、典型的には有機材料である。前述のご
とく、この材料の1つはPDAである0本発明の目的においては、PDAは第4
図に示される構造をもつポリマーである。ここで、Rはさまざまなサイド グル
ープの任意の1つを表わす、このサイド グループの1つは、例えば、バラトル
エン スルホナート(paratoluene 5ulfonate、 P T
S )である−他の有効なサイド グループがポリマー科学の進展63(Ad
vance in Po1yser 5cience 63)、スプリンガーバ
ーラッグ、バーリン、ハイデルベルグ(Springer−Velag。
Berlin、 Heidelberg)、1984年)に■、エンケルマン(
V。
Enkelmann)によって発表の論文[ジアセチレンのトポケミカル重合化
の構造的月面(Structural Aspects of theTopo
chemical Polymerization of Diacetyle
nes)J を参照すること1重要なことは、このサイド グループはPDAの
光学特性の決定に小さな役割のみをもつことである。つまり、典型的には、通常
、約630nmの所に位置するPDAの長波長吸収ピークをシフトする働きのみ
をもつ(例えば、PDA−PTSに対する吸収曲線を示す第1図を参照すること
)。
例えば、RがPTSである場合、上に説明の手順を用いることによって、PDA
がここでSlと表わされる相対的に短命の電子エネルギー状態と、ここでT1と
表わされる相対的に命の長い電子三重項状態の両方を示すことが発見された。つ
まり、Zps長パルスのコントロール ビーム放射を用いることによって、Sl
が約2psの減衰時間をもち、コントロール ビームの強度が約4X10’W/
a11”以下であるときは、これのみが2例えば、625nmの励起波長の所に
ポビュレートすることが発見された。一方、これより高い強度においては、Sl
及びT1の両方がポピュレートされ、TIは約40μsの減衰時間をもつことが
発見された。
Slのみが相対的に短い減衰時間を示すことに注意を要するが、同じように驚く
ことに、対応する非線形光応答の規模がこれまで想像されていたよりはるかに大
きなことである1例えば、(上に説明のコントロール ビームの共振波長、継続
期間及び強度を用いて)Slをポピュレートすると、対応する(625nm)の
共振波長の所の信号ビーム放射は約6.0から約5.95の比較的大きな屈折率
の変化をみせる。同様に、この信号ビーム放射は約8 X 10’cm−”から
約7.96 X I O’Q11−1の対応する大きな吸収係数の変動を起こす
。
Sl のポピュレーティング(poρulating)は共振信号ビームに対し
て比較的大きな屈折率あるいは吸収係数の変動を起こすだけでなく、全く予期さ
れなかったことに、非共振波長をもつ信号ビーム放射に対しても比較的大きな屈
折率及び吸収係数の変動を起こすことが発見された。
(この影響を受ける特定の非共振波長は、通常、実験的に決定する必要がある)
。
材料42の比較的短い減衰時間のために比較的高い反復速度にて動作が可能なさ
まざまな光処理デバイス40が開発されており、これらは第5図から第9図に示
される0例えば、第5図に示されるデバイス40は振幅変調器である。動作にお
いて、(ソース44によって放射される)共振コントロールビーム46は吸収の
変動を起こすために比較的短命のエネルギー状態をポビュレートするのに用いら
れる。同時に、(ソース20によって放射される)共振あるいは非共振信号ビー
ム22が材料42に当り、吸収の変動、従って、変調、つまり1強度の変動を起
こす。
第6図に示されるデバイス40の実施態様は、例えば、デマルチプレクサとして
有効である。動作において。
(例えば、 2つのコントロール ビーム源から放射される)2つの共振コント
ロール ビーム46及び48が(材料42の容積領域でなく)材料42の表面上
で干渉し、周期的な強度変動を与える。この結果、屈折率に変動が起こり、従っ
て、材料42の表面上に回折格子ができる。
この回折格子の形成と同時に、共振あるいは非共振信号22が材料42の表面上
に当り、材料42の表面から反射的に回折する。導波路、例えば、光フアイバ上
に多重化される複数の光パルスから成る信号ビーム放射22がこれらパルスをデ
バイス40に通信するために用いられたときは、材料42の表面上に回折格子を
選択的に形成することによって1選択されたパルスが簡単に回折でき。
分離が達成される。非選択のパルスの回折を避けるために5これらパルス間の時
間間隔は回折格子の減衰時間以上とされる。
デバイス40の第3の実施態様が第7図に示されるが、これはスイッチとして有
効である。この実施態様は2つの交差するプレーナ導波路47及び49を含む、
これら導波路は1例えば、モノマー結晶(monomeric crystal
)内にこの結晶の選択された表面領域をエネルギーのビーム、例えば、熱ビーム
あるいは電子のビームに当てることによって形成されたPDAの薄い層42であ
る。モノマー結晶内からPDAをポリマー化するための技術に関しては、例えば
、J、ベレハー(J、 Berrehar)、C,ラバーソネ メイヤ−(C,
Lapersonne−Meyer)及びM、スコツト(阿、 5chott)
らの論文「ポリジアセチレン単結晶薄膜(Polydiacetylene S
ingle Crystal Th1n Films)」、アプライド フィジ
クス レターズ(Applied PhysicsLetters)、 Vol
、4V、 No、 10.1986、ページ630−631を参照すること、動
作においては、2つの共振コントロール ビーム46及び48が2つのプレーナ
導波路に共通のモノマー結晶の表面領域上で干渉し、回折格子を生成する。同時
に、共振あるいは非共振信号ビーム22が導波路の1つ、例えば、導波路47を
伝搬し、(回折格子によって)回折され、こうして、他方の導波路、例えば、導
波路49にスイッチされる。
第8図に示されるデバイス40の第4の実施態様は変調器として有効である。こ
の実施態様はプレーナ導波路47、例えば、モノマー結晶基板内に形成されたP
DAの薄い層42を含む、動作において、2つの共振コントロール ビーム46
及び48が導波路47の上側面で干渉し屈折率の周期的変動が生成される。同時
に、信号ビーム22が導波路47を伝搬する。もし周期的屈折率変動内の隣接す
る最小(minima)間の距a±が(導波路内の)信号ビーム放射の波長の半
分に等しいときは、屈折率の周期的変動はブラッグ反射器として機能し、信号ビ
ーム放射を反射する。こうして1時間上の選択された瞬間にブラッグ反射器を形
成することによって、信号ビーム22が変調、つまり、この強度が選択的に落さ
れる。
デバイス40の第5の実施態様が第9図に示されるが、これも変調器として用い
ることができる。(周知のマツハ ツエンダ−(Mach−Zender)スイ
ッチの変形である)この実施態様は導波路47と49の2つに分かれ、再び単一
の導波路45を形成するように集束する導波路45を含む、この実施態様はまた
2つに分かれることから得られる導波路の1つ、例えば、導波路47の1つの上
に横たわる(共振非線形光応答を示す)材料領域42を含む。動作において、信
号ビーム22が(第9図の左から右に)導波路45を伝搬し、導波路47及び4
9を通じて伝搬する2つの信号ビーム部分に分割する。材料領域42に共振コン
トロール ビーム46を当てることによって、材料42内で屈折率の変動が起こ
され、この変動によって下側の導波路47を通じて伝搬する信号ビーム22の部
分が影響を受ける。この屈折率の変動は、必然的に、導波路47と49を伝搬す
る信号ビーム部分の伝搬速度に差を与え、結果として、導波路47と49との接
合の所でこの2つのビーム部分の間に位相差を与える。
屈折率の変化が十分に大きく、十分に長い経路を通じて経験される場合は、πの
位相差が簡単に発生する。結果として、この2つの信号ビーム部分は導波路47
と49の接合の所で互いに破壊的に干渉し、このために信号ビームの強度が落さ
れる。材料領域42にコントロールビーム46を選択的に当てることによって、
信号ビーム22が簡単に変調できる。
上に説明のごとく、上のり、L、ジューエル(J、 L。
Jewell)によって報告のG a A sエタロンは光処理デバイスとして
有効である。ただし、これは約3.3 X I OHz以上の反復速度の達成が
困難であることに加えて。
他の制約ももつ。例えば、コントロール ビーム放射の不在において、このエタ
ロンは複数の伝送ピークをもち。
個々のピークが以下によって与えられる波長λ冨を中心とする。
mλ11/2=nl (1)
の屈折率を表わし、モしてlはGaAsの厚さを表わす。
重要なことは、エタロンの動作において、コントロールビームの波長が対応する
フォトン エネルギーがGaAsに対するバンドギャップ以上に選択されること
、例えば、コントロール ビームの波長が(上に説明のように)800nmに選
択されることである。このため、コントロール ビーム放射が吸収され、結果と
して、GaAs内に電子/ホールのペアが形成される。上に説明のごとく、これ
ら電子/ホール ペアの存在は、GaAsの屈折率の大きな変動を起こすが、こ
れは電磁放射の狭い範囲の波長においてのみ起こる。つまり、室温においては、
この範囲は約870ナノメートル(GaAs内のバンドギャップ エツジに等し
い対応するフォトン エネルギーをもつ波長)から約900ナノメートル(nm
)に及ぶ、GaAsの厚さ1をエタロン伝送ピークの1つが上の波長の30nm
の範囲内に入る、例えば、(上に説明のように)980nmの所にくるように選
択すると、コントロール ビームによって誘導される屈折率の変動によってこの
伝送ピークの波長位置の対応するシフトが起こる(このシフトは式(1)を用い
て計算が可能である)。
従って、信号ビームの波長が(最初シフトされていない)伝送ピーク波長に選択
された場合、その後の(コントロールビームによって誘発される)伝送ピークの
シフトは信号ビームの伝送を大きく落しくまたエタロンから反射される信号ビー
ム放射の量を対応して増加させ)、これによって所望の信号ビーム処理が達成さ
れる。ただし、G a A sエタロンが約900nm (0,90μm)以上
の波長の所に位置する伝送ピークの大きなシフトを起こすことができないため、
このエタロンは現時点で商業上重要な波長、例えば、光フアイバ通信システムに
おいて、現在、好んで用いられる1、31μm及び1.55μmの波長をもつ信
号ビームを処理する能力をもたない、(現在市販されているシリカ光ファイバの
最低分散波長は。
典型的には、約1.31μmにあり、一方、最低損失波長は、典型的には、約1
.55μmにある)。
G a A sエタロンは達成可能な最高反復速度の点で制約されるのみでなく
、それが処理できる信号ビームの波長、及び空間分解能(spatial re
solution)の点でも制約を受ける。つまり、ペアのコントロール及び信
号ビームをGaAsエタロンの別個の領域に同時に当て信号ビームの同時並列処
理を達成することが提案されているが、GaAsの個々の領域内に生成される(
コントロールビーム吸収の結果としての)電子/ホールペアは、約2゜nsの寿
命をもち、この間にこれらは約20μmも拡散する。(第1の信号ビームが処理
される)GaAsの第1の空間領域から(第2の信号ビームが処理される)第2
の空間領域への電子/ホール ペアの拡散の結果としての漏話の可能性を避ける
ためには、これら空間領域の寸法が約20μmより大きくなければならず、これ
がエタロンによって同時に処理できる信号ビームの数を制限する。
GaAsエタロンのもう1つの制約は温度に敏感なことである。つまり、温度の
変動はG a A sの導電帯に対する導電帯エツジのシフトを起こす。このバ
ンド エツジのシフトは屈折率に大きな変動を与え、これはエタロンの全ての伝
送ピーク、特にバンドギャップ エツジに波長が最も近く対応する伝送ピークを
大きくシフトする効果をもつ、結果として、デバイスのシフトされてない伝送ピ
ークの1つの波長と等しい波長をもつ信号ビームを処理する能力が落される。
GaAsを光処理デバイス40の上に説明の実施態様において有効な多くの材料
42と置換することによってG a A sエタロンの短所を克服できるエタロ
ンが得られることが発見された。つまり、上に説明のごとく、(例えば、約40
μs、あるいは約2ns以下、あるいは約15 ps 以下、あるいは約2ps
以下の減衰時間をもつ共振非線形光応答を示す)多くの材料42は、通常、他の
波長においても(対応する短い減衰時間をもつ)誘導された吸収を示す、(本発
明の目的においては、この誘導された吸収とは、単位面積当たりに吸収された(
フォトン)エネルギー(例えば、平方センナメートル/ジュール(an”/pj
)の単位をもつ量)当たりの吸収の実質的な変動及び/あるいは単位面積当たり
に吸収された(フォトン)エネルギー(これも1例えば、cm”/pjの単位を
もつ)当たりの屈折率の実質的な変動によって定義される。)この点に関して、
本発明の目的においては、単位面積当たりの入射吸収された(フォトン)エネル
ギー当たりの吸収における実質的な変動は、絶対項において約10”Ql”/
p jかそれ以上であり、一方、入射吸収された(フォトン)エネルギー当たり
の屈折率の実質的な変動は、絶対項において約10■”/pjがそれ以上である
。これに加えて、材料42の多くは非共振波長でも実質的に非線形の光応答を示
し、これらも、例えば、約40μs以下、あるいは約2ns以下、あるいは約1
5ps以下、あるいは約2ps以下という減衰時間をもち、これらも上に説明の
タイプの(対応する短い減衰時間をもつ)誘導された吸収を起こすことが発見さ
れた。(本発明の目的においては、材料は非共振波長の所での吸収係数αが約2
X 10’cs−’以下、そして約I X 10”am−’以上であるとき、
実質的に非線形の光応答を示すものとみなされる。)さらに、多くの場合、誘導
された吸収が起こる波長は、通常、約0.90μm以上であり、誘導された吸収
は、通常、約30nmより大きな波長レンジに広がり、そして誘導吸収される波
長は1通常、商業的に重要な波長を含むことが発見された。
エタロンに1つあるいは複数の波長の所で上に説明のタイプの誘導された吸収を
示す材料42が用いられ、こうして誘導された吸収が主に、例えば、単位面積当
たりに吸収された(フォトン)エネルギー当たりの実質的な吸収の増加を引き起
こし、さらにエタロンの厚さが誘導吸収波長の所にエタロンの伝送ピークを与え
るように選択されたとすると、このエタロンに(共振あるいは非共振波長の)コ
ントロール ビームを当てると必然的に5の誘導吸収波長の所の吸収が大きく増
加し、結果として、伝送ピークの規模が大きく落される。つまり、エタロンに当
てられる信号ビームがエタロン伝送ピークの1つの波長に等しい波長をもつとき
は、信号ビームはエタロンにコントロール ビームが当てられたときエタロンを
通じての伝送が大きく低減され、これに対応してエタロンからの反射が増加し、
これによって信号ビームの処理が達成される。以下により詳細に説明されるごと
く、材料42とコントロール ビームは、GaAsエタロンによっては不可能な
0.90μm以上の波長1例えば、1.31μmあるいは1.55μmの波長を
もつ信号ビームを処理できるように簡単に選択できる。これに加えて、材料42
の非線形光応答、及び誘導された吸収が約15ps以下の減衰時間をもつ場合は
(このような減衰時間を示す材料は以下に説明のように簡単に見つかる)、エタ
ロンはこれもG a A sエタロンでは達成できない約3.3X 1010H
zより高い反復速度にて動作可能である。
非線形光応答、つまり、共振非線形光応答及び/あるいは非共振波長の所での実
質的な非線形光応答、並びに。
例えば、約0.90μm以上の波長の所での関連する誘導吸収の両方を示し、こ
れが約30nm以上の波長レンジに広がり、この非線形光応答及び誘導吸収が上
に説明のように比較的短い減衰時間をもつ材料42は上に説明の2つのステップ
から成る手順によって簡単に発見できる。つまり、第1のステップにおいて、実
質的に非線形の光応答を示す共振波長及び/あるいは非共振波長を含む吸収スペ
クトルをもつ詰った相をもつ材料が捜される6次に、第2のステップにおいて、
コントロール ビーム放射の波長1強度及び継続期間が所望の1つあるいは複数
の波長の所に所望の減衰時間をもつ共振あるいは非共振非線形光応答及び誘導吸
収を与えるような波長−強度−継続期間レジーム(体系)が発見されるまで変動
される。
共振あるいは非共振の非線形光応答及び誘導吸収の存在及び継続期間は、例えば
、従来の技術である時間分解吸収スペクトロスコピーを用いて簡単に検出できる
(例えば、上のR,B、ウニイスマン(R,B、 Veisman)及びB。
■、グリーネ(B、 1. Greene)の論文を参照すること)。
上の手順を用いて1例えば、PDA−PTSの場合、約2psの減衰時間をかけ
て(比較的短命の中間状態を介して)基底状態に減衰する単一の励起状態が0.
64μmの共振波長、0.2psの継続期間(半最大での全幅)及び5 X 1
0’W/■2の強度(単位面積当たりのパルス輻に対するパルス エネルギーの
比)をもつコントロール ビーム パルスを用いて簡単にポピュレートできるこ
とが発見された。さらに、この励起状態のポピュレーティングは、1.31μm
及び1.55μmの波長を含む約0.7μmから1.7μmまでの事実上全ての
波長において単位面積当たりに吸収される(フォトン)エネルギー当たりの吸収
を大きく増加することを主な特徴とし、約0.8psの減衰時間を示す誘導され
た吸収を引き起こす、(こうして誘導された吸収の存在は、1.7μmまでのみ
しか測定されてないが、これより高い波長でも存在する可能性がある。)従って
、PDA−PTSを含むエタロンは今日の光フアイバ通信システムにおいて重要
な波長をもつ信号ビーム放射の光処理を可能とし。
30nm以上の波長レンジにわたって、例えば、2.5XIO11Hzの反復速
度にて信号ビーム処理を行なうことを可能とする。
材料42が、例えば、G a A s内で生成される電子/ホール ペアの波長
より短い減衰時間、つまり、約15ps以下の減衰時間をもつ励起状態及び誘導
吸収を示すように選択され、材料42内の励起と関連するエネルギーの伝達速度
がGaAs内の電子/ホール拡散速度に近い場合は5 (材料42内の励起と関
連する)このエネルギーは、励起状態及び誘4吸収と関連するこの比較的短い減
衰時間の間に、より長い減衰時間をもつGaAs内の電子/ホール ペアによっ
て経験されるより短い距離を伝搬する。このため、このような材料42を用いた
エタロンはGaAsエタロンのもう1つの短所を克服することができる。つまり
、同じサイズのG a A sエタロンと比較してより多くの信号ビームを同時
に処理する能力をもつ。
上に説明のごとく、材料42は、典型的には(全てではないが)、GaAsのよ
うな無機半導体材料ではなく。
有機材である1重要なことは、有機材料を用いるエタロンの性能はG a A
sを用いるエタロンの性能はど温度の変動に敏感でないことである。
上記の幾つかの発見の結果として、上に説明の光システム10内に用いることが
有効な光処理デバイス40の新たな実施態様が開発された。この新たな実施態様
が第13図に示されるが、これはエタロン70、並びにコントロール ビーム放
射46のソース44(第3図参照)を含む、エタロン70は(第13図のように
見て)内向きの鏡状の表面66をもつ2つの材料領域64間に挾まれた材料領域
42を含む、材料領域42は、上に説明のように、共振非線形光応答及び/ある
いは非共振波長での実質的な非線形光応答、及び1つあるいは複数の波長の所で
の比較的短い減衰時間をもつ関連する誘導吸収を示すように選択される。好まし
くは、この誘導吸収は約0.90μm以上の波長の所に起こり、約30nm以上
の波長レンジにわたって延びるように選択される。
典型的には、誘電材料、例えば、弗化マグネシウムあるいは硫化亜鉛を含む2つ
の材料領域64の各々は、両方とも内側を向いた面66及び外側を向いた面68
を含む0重要なことに、この2つの外側を向いた面68はコントロール ビーム
46及び信号ビーム22の両方に力して比較的低い反射率を示すように設計され
る。つまり、面68は(コントロール及び信号ビームがエタロンの内側に侵入で
きるように)コントロール ビーム及び信号ビームの波長において当る電磁放射
の約5パーセント以下を反射するように設計される。この比較的低い反射率は、
例えば、従来の(単層)反射防止コーティングを面68に施すことによって達成
される。これに加えて、内側面の少なくとも1つ、つまり、最初にコントロール
ビームが当てられる面66は、コントロール ビーム波長において電磁放射に対
して(上に定義のような)比較的低い反射率を示すように設計され、一方で、信
号ビーム波長の電磁放射に対しては両方の内側面とも比較的高い反射率(つまり
、約50パーセント以上の反射率)を示すように設計される。この2つの波長で
の反射率の差異は1例えば、面66に従来の多層コーティングを施すことによっ
て達成される。
エタロン70の動作において、信号ビーム22の波長は必然的に誘導された吸収
波長の1つに等しくなければならない、従って、材料領域42の厚さがこの特定
の誘導吸収波長の所にエタロン伝送ピークを与えるように選択される。一般に、
材料領域42の厚さは、好ましくは。
約50μm以下とされる。約50μm以上の厚さは、除外されるものではないが
、比較的低いデバイス コントラスト比を与えるために望ましくない。
重要なことに、第13図に示されるエタロンは、振幅変調、並びに時分割及び波
長分割マルチプレキシング及びデマルチプレキシングを達成するのに有効である
1例えば、単一の信号ビーム46を変調した場合、エタロンにコントロール ビ
ーム46を選択的に当てると始め信号ビーム波長に等しい波長に中心を置く伝送
ピークの振幅がシフト及び/あるいは変動し、エタロンを通じての信号ビームの
伝送が選択的に落され、こうして所望の振幅変調が達成される。これに加えて、
エタロン伝送ピークの1つの波長に等しい波長をもつ単一の変調されてない信号
ビーム、例えば、一定の強度の信号ビームがエタロンに当てられ、さらにエタロ
ンに1つあるいは複数の変調された、つまり、情報含有コントロール ビーム4
6が当てられると、コントロール ビーム内に含まれた情報が最初は変調されて
なかった信号ビームに印加され、結果として、時分割多重信号ビームが生成され
る。
同様に、材料42が2つあるいはそれ以上の波長の所で誘導された吸収を示し、
エタロンがこれら波長の所に伝送ピークをもち、エタロンにエタロン伝送ピーク
を包含する波長をもつ単一の変調されてない信号ビームが当てられている状態で
エタロンに2つあるいはそれ以上の情報含有コントロール ビーム46を当てる
と、この単一の変調されてなかった信号ビームが波長分割多重信号ビームに変換
される。他方、このエタロンに時分割多重あるいは波長分割多重化された信号ビ
ームを当てた状態でエタロンに1つあるいは複数のコントロールビーム46を選
択的に当てると9時分割あるいは波長分割多重化された信号ビーム内に含まれた
1つあるいは複数の信号ビームがエタロンから選択的に反射され、こうして、デ
マルチプレキシングが達成される。
孤」−
約1センチメートル(c、)の長さ及び幅、並びに約2ミリメートル(mm)の
厚さをもつPDA−PTSの不規則な形状のサンプルが、上に述べたJ、ベレハ
ー(J。
Berrehar)らによって説明される技術を用いてモノマー結晶を熱的にポ
リマー化することによって形成された。
このサンプルは、結晶の軸−h−を含む自然に発生した切子面(表面)(つまり
、y軸が切子面にて定義される平面に平行)、及び約1a11の長さ及び幅をも
った。
単一増幅衝突パルス モードロツタ(colliding pulsemode
locked、 CP M )ダイ レーザーを用いてPDA−PTS切子面に
当てる信号及びコントロール ビーム光パルスの両方が生成された。このレーザ
ーは、10 Hzの反復速度、625nmを中心とする波長(FWHM 7nm
)、70フ工ムト秒の継続期間、及びパルス当たり400マイクロジユールのエ
ネルギーをもつ光パルスを生成した。動作において、レーザーによって放射され
る個々の光パルスが(従来のビーム分割器を用いて)2つのパルス、つまり、信
号ビーム パルスとコントロールビーム パルスに分割され、このパルスの片方
(信号ビーム パルス)が他方のパルス(コントロール ビームパルス)に対し
て(従来の光遅延ラインを用いて)可変的に遅延された。
レーザーによって放射されたコントロールビームパルスが(従来のレンズを用い
て)PDA−PTS上に約1mmの直径をもつスポット サイズに集められた。
このようにパルスを集める前に、コントロール ビームの強度を変えるために、
個々のコントロール ビーム パルスが従来の濃度フィルタを用いて可変的に減
衰された。
これに加えて、個々のコントロール ビーム パルスが結晶の−h−軸に平行の
コントロール ビーム偏波を達成するために偏波器に通さ九た。
個々の信号ビーム パルスが連続体生成(Continuumgenerati
on )を達成するために、つまり、本質的に変わらない継続期間(70フ工モ
ト秒)のスペクトル的に幅の広いレーザー パルスを生成するために、3cnの
光経路長をもつ水を満たされたキューペット(cuvette)に(従来のレン
ズを用いて)集められた。結果としての連続体パルス(continumm)が
次に所望の波長を取り出すために(9nmのFWHMの)625nmに波長の中
心をもつスペクトルノツチフィルタに通された。このスペクトル的にフィルタさ
れたパルスが次に対応するコントロールビーム パルス強度より小さい信号ビー
ム パルス強度を達成するために濃度フィルタに通された。これに加えて1個々
の信号ビーム パルスがコントロール ビームの偏波と同一の信号ビーム偏波を
達成するために偏波器に通された。結果としての信号ビームパルスが次に(従来
のレンズを用いて)切子面上のコントロール ビームパルスと同一スポットに集
められた。
従来の50150ビーム スプリッタが信号ビーム放射の一部を切子面から第1
のシリコン光検出器に向けるために信号ビームの経路内に置かれた。信号ビーム
放射の残りは切子面に当てられ、反射され、第2のシリコン光検出器によって検
出された。
この2つの検出器によって生成された信号が互いに引かれて合成信号が生成され
た。コントロールビームパルスの不在下では、この合成信号の規模に変化はなか
った。しかし、コントロール ビーム パルスが切子面に当てられると、共振非
線形光応答を介して反射率の変化ΔRが起こり、結果として合成信号の規模が変
化した。
PDA−PTS内で誘導された共振非線形光応答の1つあるいは複数の時間成分
(temporal component)が異なる遅延時間及び異なるコント
ロール ビーム パルス強度に対して測定され、遅延時間の関数ΔRとしてプロ
ットすることによってマツピングされた。コントロールビーム パルス強度が1
0”W/a11”である場合のこのプロットが第10図に示される。このプロッ
トの分析は約2.0ps の減衰時間をもつ第1の比較的短命の時間成分、及び
第2のかなり長い命の時間成分の存在を示す。
コントロール ビーム パルスの強度を落すと、(第10図に示される信号と比
較して)落された合成信号が与えられる1重要なことに、第2の時間成分は第1
の時間成分より大きく低減される。
タニλ
ここでも、上に説明のPDA−PTSサンプルに信号ビーム パルスとコントロ
ール ビーム パルスが当てられ、上に説明のように信号ビーム パルスが可変
的に遅延された。ただし、サンプルに当てる前に、個々のコントロール ビーム
パルスが従来の50150ビームスプリツタによって2つのパルスに分割され
た。この分割されたコントロール ビーム パルスが次に同一長の経路を通され
た後に鏡を介して切子面の表面の所で再結合された。約16度の角度で出会うこ
れら再結合されたパルスは、切子面の表面の所で互いに干渉し1周期的な強度パ
ターンを生成し、これが共振非線形光応答を介して切子面上に当る信号ビーム
パルスの部分を・反射的に回折する効果を与えた。
2つの検出器によって生成された信号を互いに引くのでなく、この2つの信号の
比(信号ビーム パルスの回折された部分によって生成された検出器信号の信号
ビーム パルスの方向を変えられた部分によって生成された検出器信号に対する
比)から合成信号が生成された。干渉コントロール ビーム パルスが6 X
10’W/an”の強度をもつ場合のこの合成信号の一例が第11図に示される
。この分析はこの合成信号が上に説明の比較的短命の時間成分及び比較的長い命
の時間成分の両方を含むことを示す、干渉コントロール ビーム パルスの強度
を6 X 10”W/am”に低減した場合は、第12図に示されるような合成
信号が得られる。ここでは、この分析は、実質的に比較的短命の時間成分のみが
存在することを示す。
童り艷−
約1.7μmの厚さをもつPDA−PTS単結晶膜がM。
タカール(M、Thakur)及びS、メーヤー(S、 Meyier)によっ
て論文「ポリ(ジアセチレン)の大面積薄膜単結晶の成長(Growth of
Large−Area Thin−Film Single Crystal
sof Po1y(diacetylenes)J 、マクロモレキュルズ(M
acro−molecules)、 V o 1 、18、ページ2341.1
985年において説明される技術を用いて成長された。
上のR,B、ウェイズマン(Veisman )及びRol、グリーネ(3,1
,Greene)によって説明される過渡的吸収スペクトロスコピー(tran
sient−absorption 5pectroscopy)技術がPDA
−PTS内に誘導された吸収を検出するのに用いられた。つまり、単一衝突パル
スモードロック(CPM)ダイ レーザーが約630nmの波長及び200フ工
ムト秒の継続期間をもつ光パルスを生成するのに用いられた。これらパルスが5
00マイクロジユールのパルス エネルギーを達成するためにネオジウム−YA
Gボンブト ダイ レーザー/増幅器によって増幅された。
GPMレーザーによって生成された個々の(増幅された)光パルスが(従来のビ
ーム スプリッタを用いて)2つのパルス、つまり、信号ビーム パルスとコン
トロールビーム パルスに分割された。これらパルスの1つ(信号ビーム パル
ス)が(従来の光遅延ラインを用いて)、PDA−PTSの暫時応答(temp
oral response)を検出するために、PDA−PTSにこの両方の
パルスを当てる前に他方のパルス(コントロール ビーム パルス)に対して可
変的に遅延された。コントロール及び信号ビームの両方のPDA−PTSの表面
の所でのスポット サイズは直径約1 m mであり、コントロール ビームの
パルス エネルギーはPDA−PTS表面の所で約1ジユールであった。従来の
光検出器がPDA−PTSによって伝送された信号ビーム パルスを検出するた
めに用いられた。
個々の信号及びコントロール ビーム パルスがまたスペクトル的に広げられた
パルスを達成するために、つまり、約0.4μmから約1.7μmの範囲の波長
をもつ光パルスを達成するために例1に説明の連続体生成技術を受けた。ただし
、このスペクトル的に広げられたコントロール ビーム パルスは640(±5
)nmの光のみを伝送し、従って、640nmの波長をもつコントロール ビー
ム パルスを与えるスペクトル ノツチ フイルiに通された。こうして、約0
.4μmから約1.7μmの範囲の(信号ビーム)波長の所でのPDA−PTS
の暫時応答が測定された。
上のスペクトロスコピー測定の結果は、はっきりと、PDA−PTS内で(コン
トロール ビーム パルスに応答して)約0.7μmから約1.7μmの波長に
広がり。
約0.8 p s の減衰時間をもつ吸収が誘導されることを光学セメントを用
いて例3のPDA−PTS膜を671社(Albuquarque、 New
Mexico)から購入された2つの誘電的にコーティングされた鏡に粘着させ
ることによってエタロンが作成された。これら鏡は0.96μmの光を95パー
セント反射しくただし、1.0μmの光も95パ一セント反射)、0.64μm
の光を85パ一セント以上透過させるように特に設計されたものである。
例3の過渡的吸収スペクトロスコピー技術を用いて異なる信号ビーム波長に対す
るエタロンの暫時応答がコントロール ビーム パルスと信号ビーム パルスの
間の遅延時間の関数として得られた。この暫時応答の記録が第14図に示される
が、これは信号ビームスポットサイズが約25μmであり、コントロール ビー
ム スポット サイズが約100μmであり、そしてコントロール ビーム パ
ルス エネルギーが約8ナノジユールである場合に対応する。この記録は約1.
0μmの波長(エタロンの伝送ピーク)でのエタロンの伝送の過渡的変動を示す
、この記録はまたこの過渡的変動が約1psの遅延時間をもつことを示す。
FIG、1
゛ エネルギー−→
FIG、2
FIG、3
FIG、4
FIG、6
FIG、7
FIG、8
FIG、10
遅わ筒部(ps)
遅れ (pS)
遅れ (ps)
FIG、13
FIG、14
国際調査報告
Claims (13)
- 1.少なくとも1つの電磁放射の第1のソース;該第1のソースとの光通信に用 いられる該第1のソースによって放射される電磁放射を処理するための手段;及 び該手段と光通信する電磁放射の検出器を含む光システムにおいて、 該手段が(a)電磁放射の1つあるいは複数の共振波長での非線形光応答、ある いは(b)電磁放射の1つあるいは複数の非共振波長での実質的に非線形の光応 答及び電磁放射の1つあるいは複数の波長での関連する誘導吸収、あるいは(a )及び(b)の両方を示す材料領域を含み、さらに該材料領域と光通信する電磁 放射の少なくとも1つの第2のソースが含まれ、該第2のソースによって放射さ れる電磁放射の波長、継続期間及び強度が約3.3×1010Hz以上の反復速 度において該材料領域内に相対的に遅い成分を実質的に含むことなく(a)ある いは(b)あるいは(a)と(b)の両方を達成するように選択され、該反復速 度が該材料領域が実質的にヒ化ガリウムを含まない場合は約2.5×104Hz 以上であることを特徴とする光システム。
- 2.請求の範囲第1項に記載の光システムにおいて、該材料領域が電磁放射の1 つあるいは複数の共振波長での該非線形光応答と関連して電磁放射の1つあるい は複数の波長での誘導吸収を示し、該第2のソースによって放射される電磁放射 の該波長、継続期間及び強度が約3.3×1010Hz以上の反復速度において 該材料領域内に相対的に遅い成分を実質的に含むことなく該共振非線形光及び関 連する誘導吸収を達成するように選択され、該反復速度が該材料領域が実質的に ヒ化ガリウムを含まない場合は約2.5×104Hz以上であることを特徴とす る光システム。
- 3.請求の範囲第2項に記載の光システムにおいて、該手段が該材料領域を含む エタロンを含むことを特徴とする光システム。
- 4.請求の範囲第3項に記載の光システムにおいて、該第1ソースによって放射 される電磁放射が該材料領域が誘導吸収を示す付近の波長をもつ放射を含み、該 材料領域の厚さが該材料領域が該反射速度で相対的に遅い成分を実質的に含むこ となく該誘導吸収を示す波長の付近において該エタロンに対する伝送ピークを達 成するように選択されることを特徴とする光システム。
- 5.請求の範囲第3項に記載の光システムにおいて、該誘導吸収が該反復速度に おいて、約30nm以上の波長レンジを通じて、相対的に遅い成分を含まないこ とを特徴とする光システム。
- 6.請求の範囲第3項に記載の光システムにおいて、該反復速度において相対的 に遅い成分を実質的に含まない該誘導吸収が約1.31μmの波長の所で起こる ことを特徴とする光システム。
- 7.請求の範囲第3項に記載の光システムにおいて、該反復速度において相対的 に遅い成分を実質的に含まない該誘導吸収が約1.55μmの波長の所で起こる ことを特徴とする光システム。
- 8.請求の範囲第3項に記載の光システムにおいて、該材料領域の組成が該共振 及び/あるいは非共振非線形光応答と関連する誘導吸収が0.9μm以上の波長 の所で達成されるように選択されることを特徴とする光システム。
- 9.請求の範囲第1項、第2項あるいは第3項に記載の光システムにおいて、 該材料領域が有機材料を含むことを特徴とする光システム。
- 10.請求の範囲第9項に記載の光システムにおいて、該有機材料がポリジアセ チレンを含むことを特徴とする光システム。
- 11.請求の範囲第1項、第2項あるいは第3項に記載の光システムにおいて、 該手段が振幅変調器を含むことを特徴とする光システム。
- 12.請求の範囲第1項、第2項あるいは第3項に記載のシステムにおいて、 該手段がデマルチプレクサを含むことを特徴とする光システム。
- 13.請求の範囲第1項、第2項あるいは第3項に記載の光システムにおいて、 該手段がスイッチを含むことを特徴とする光システム。
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