JPS63503576A - 光システム - Google Patents

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)

【特許請求の範囲】
1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。