JP2000250078A - Nonlinear optical device - Google Patents
Nonlinear optical deviceInfo
- Publication number
- JP2000250078A JP2000250078A JP11054437A JP5443799A JP2000250078A JP 2000250078 A JP2000250078 A JP 2000250078A JP 11054437 A JP11054437 A JP 11054437A JP 5443799 A JP5443799 A JP 5443799A JP 2000250078 A JP2000250078 A JP 2000250078A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nonlinear optical
- light
- optical material
- fine particles
- nonlinear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 183
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 137
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 36
- 239000010408 film Substances 0.000 description 25
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 23
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- OFZRSOGEOFHZKS-UHFFFAOYSA-N (2,3,4,5,6-pentabromophenyl) 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OC1=C(Br)C(Br)=C(Br)C(Br)=C1Br OFZRSOGEOFHZKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMLATLXXUPZKMJ-UHFFFAOYSA-N (4-bromophenyl) 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OC1=CC=C(Br)C=C1 VMLATLXXUPZKMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AOUSBQVEVZBMNI-UHFFFAOYSA-N 2-bromoethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCBr AOUSBQVEVZBMNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GPOGMJLHWQHEGF-UHFFFAOYSA-N 2-chloroethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCCl GPOGMJLHWQHEGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021589 Copper(I) bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021595 Copper(I) iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910018219 SeTe Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- SYFOAKAXGNMQAX-UHFFFAOYSA-N bis(prop-2-enyl) carbonate;2-(2-hydroxyethoxy)ethanol Chemical compound OCCOCCO.C=CCOC(=O)OCC=C SYFOAKAXGNMQAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005385 borate glass Substances 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000005383 fluoride glass Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 description 1
- 229920005593 poly(benzyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001483 poly(ethyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920002776 polycyclohexyl methacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 1
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N sete Chemical compound [Te]=[Se] FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GBECUEIQVRDUKB-UHFFFAOYSA-M thallium monochloride Chemical compound [Tl]Cl GBECUEIQVRDUKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学材料を
用いた非線形光学素子に関する。[0001] The present invention relates to a nonlinear optical element using a nonlinear optical material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光の波長に比べて十分に小さい微粒子を
ガラス、高分子、結晶等、対象とする光線に対して透明
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、また、数ピコ秒という高速の非線形光学応答を示
すことなどが既に報告されている（例えば、Opt.Lett.1
2.832(1987)、Apll.Phys.,A47,347(1988)、J.Chem.Soc.
Japan,101,1340(1993)など参照）。2. Description of the Related Art Third-order nonlinear optical characteristics have been observed in a material in which fine particles sufficiently smaller than the wavelength of light are dispersed in a matrix transparent to a target light beam, such as glass, polymer, and crystal. It has already been reported that the material (hereinafter referred to as “non-linear optical material”) exhibits a relatively large non-linear susceptibility and exhibits a high-speed nonlinear optical response of several picoseconds (for example, Opt). .Lett.1
2.832 (1987), Apll.Phys., A47,347 (1988), J. Chem. Soc.
Japan, 101, 1340 (1993)).
【０００３】このような数ピコ秒の高速応答によって得
られるデジタル光信号のスイッチング帯域は、テラビッ
ト／秒以上となり、このため非線形光学材料は、光スイ
ッチ素子や光コンピュータなどの材料として注目されて
いる。このような透明マトリックス中に微粒子を分散さ
せた従来の非線形光学材料には、上述した数ピコ秒とい
う非線形光学応答（以下「速い応答」という）のほか
に、数100ピコ秒程度の非線形光学応答（以下「遅い応
答」という）が存在する（J.0pt.Soc.Am.,B7.790（199
0））。The switching band of digital optical signals obtained by such a high-speed response of several picoseconds is terabits / second or more. Therefore, nonlinear optical materials are attracting attention as materials for optical switching devices and optical computers. . Conventional nonlinear optical materials in which fine particles are dispersed in such a transparent matrix include the nonlinear optical response of several picoseconds (hereinafter referred to as “fast response”) and the nonlinear optical response of several hundred picoseconds. (Hereinafter referred to as “slow response”) (J.0pt.Soc.Am., B7.790 (199
0)).
【０００４】このような遅い応答が存在する非線形光学
材料を用いて光スイッチなどの素子を作製すると、前記
の遅い応答のため、デジタル光信号のスイッチング帯域
は高々数ギガビット／秒にとどまる。遅い応答は、入射
光の吸収によって微粒子内に発生した熱が当該微粒子に
蓄えられることによって生じる。そこで、特開平8-3280
62では、微粒子分散層を金属膜などのヒートシンク薄膜
で挟み、微粒子に堆積した遅い応答成分の基である熱成
分を除去する手法が提案されている。また、提案された
非線形光学材料を光導波路の途中に形成した溝に挿入す
る構成による非線形光学素子が提案されいる。When an element such as an optical switch is manufactured using a nonlinear optical material having such a slow response, the switching band of the digital optical signal is at most several gigabits / second because of the slow response. The slow response is caused by the heat generated in the fine particles due to the absorption of the incident light being stored in the fine particles. Therefore, JP-A-8-3280
62 proposes a method of sandwiching a fine particle dispersion layer with a heat sink thin film such as a metal film and removing a heat component which is a base of a slow response component deposited on the fine particles. Further, a nonlinear optical element having a configuration in which the proposed nonlinear optical material is inserted into a groove formed in the middle of an optical waveguide has been proposed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献において提案されている非線形光学素子は、図７に示
すように、形成したマッハツェンダー型光導波路の途中
に溝を形成し、その部分に非線形光学材料を挿入した構
成を採っている。このような構成では、非線形光学材料
を厚くすると導波路端から挿入された光は非線形光学材
料を伝搬する間に放射状に広がり、再び光導波路に結合
する際に光損失が発生する。一方、非線形光学材料を薄
くし伝搬中の光損失をほぼ発生させないようにするに
は、材料の厚さを１００μｍ程度にすることが必要とな
り、材料の薄さのため素子形成における取扱が非常に困
難となる。However, the nonlinear optical element proposed in the above document has a groove formed in the middle of the formed Mach-Zehnder type optical waveguide as shown in FIG. It adopts a configuration in which the material is inserted. In such a configuration, if the thickness of the nonlinear optical material is increased, light inserted from the end of the waveguide spreads radially while propagating through the nonlinear optical material, and causes optical loss when the light is coupled to the optical waveguide again. On the other hand, in order to reduce the thickness of the nonlinear optical material so that light loss during propagation hardly occurs, it is necessary to reduce the thickness of the material to about 100 μm. It will be difficult.
【０００６】また、低速応答成分を除去するためヒート
シンクを用いる非線形光学材料は、図８に示すような非
線形光学材料とヒートシンクからなる薄膜の多層構造を
有する。この多層構造の材料に信号光および制御光を入
射するときは、膜面の垂直方向から行う。このとき、光
が多層膜を通過するのにともない、発散や反射によって
光損失が発生し光強度の低下が生じる。A nonlinear optical material using a heat sink for removing a low-speed response component has a multilayer structure of a thin film composed of a nonlinear optical material and a heat sink as shown in FIG. Signal light and control light are incident on the material of the multilayer structure from the direction perpendicular to the film surface. At this time, as the light passes through the multilayer film, light loss occurs due to divergence and reflection, and the light intensity decreases.
【０００７】特に、ヒートシンク層が金属種である場
合、光が通過する際の吸収による損失影響を抑制するた
め、その厚みを100nm以下と制限している。しかし、厚
み100nm以下のヒートシンク層では、ヒートシンク層が
金属の場合の熱伝導度と電気伝導度の関係（ウィーデマ
ン・フランツの法則）から、その電気伝導度はヒートシ
ンク材料のバルク状態に比べ一桁以上も低くなり、ヒー
トシンクとして不十分となる。また、非線形光学材料膜
内に分散している微粒子で特にヒートシンク膜に近いと
ころに存在する微粒子は熱伝導を抑制する効果が得られ
るが、非線形光学材料膜内の中心部に存在する微粒子は
ヒートシンク膜の効果が得られにくくなり、遅い応答成
分が残存する可能性が高い。本発明の目的は、上記問題
を解決し、高速および高効率で動作する非線形光学素子
を提供することにある。[0007] In particular, when the heat sink layer is made of a metal species, its thickness is limited to 100 nm or less in order to suppress the loss effect due to absorption when light passes. However, in the case of a heat sink layer with a thickness of 100 nm or less, the electrical conductivity is more than one order of magnitude higher than the bulk state of the heat sink material due to the relationship between the thermal conductivity and the electrical conductivity when the heat sink layer is made of metal (Wiedemann-Franz's law). And the heat sink becomes insufficient. Fine particles dispersed in the non-linear optical material film, especially those close to the heat sink film, have the effect of suppressing heat conduction, but fine particles existing in the center of the non-linear optical material film are heat sinks. It is difficult to obtain the effect of the film, and there is a high possibility that a slow response component remains. An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a nonlinear optical element that operates at high speed and with high efficiency.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の非線形光学素子は、非線形光学特性を示す非線形
光学材料の入出射面の少なくとも一方に近接してレンズ
媒体を設けて出射光の広がりを抑制することを特徴とす
る。本構造によると、光の入出射の際に光損失発生を抑
えることが可能となる。また、２次元配列が可能とな
り、光コンピュータなどへの応用が可能となる。According to the present invention, there is provided a nonlinear optical element for achieving the above object, wherein a lens medium is provided close to at least one of an input / output surface of a nonlinear optical material exhibiting nonlinear optical characteristics, and a lens medium for emitting light is provided. It is characterized by suppressing spread. According to this structure, it is possible to suppress the occurrence of light loss when light enters and exits. In addition, two-dimensional arrangement is possible, and application to an optical computer or the like becomes possible.
【０００９】さらに、上記目的の一つであるヒートシン
クの膜厚を十分厚くしヒートシンク効果を損なうことな
く低速応答成分除去を達成する方法は、ヒートシンク効
果が十分発揮できる厚さ100nm以上のヒートシンク薄膜
に、薄膜を貫通するようにドット状あるいは蜂の巣状に
形成した非線形光学材料を埋め込こんだ構成を持った材
料を用いるものである。上記構成にすることで、ヒート
シンク材料を厚さ100nm以上設けることが可能となり、
十分ヒートシンク効果を発揮できる。ドット状あるいは
蜂の巣状に形成した非線形光学材料は、周知のフォトリ
ソグラフィー技術等を用いることで容易に作製できる。
上記に記載したように、入射光はレンズ媒体を通り、非
線形光学材料へ直接入射されるか、もしくは、レンズ媒
体のある基板を通過した後に非線形光学材料に入射され
る。その後、再びレンズ媒体によって出射される。Further, one of the above-mentioned methods, in which the thickness of the heat sink is made sufficiently thick to remove the low-speed response component without impairing the heat sink effect, is to use a heat sink thin film having a thickness of 100 nm or more that can sufficiently exhibit the heat sink effect. A material having a configuration in which a non-linear optical material formed in a dot shape or a honeycomb shape so as to penetrate a thin film is embedded. With the above configuration, it is possible to provide a heat sink material with a thickness of 100 nm or more,
A sufficient heat sink effect can be exhibited. The non-linear optical material formed in a dot shape or a honeycomb shape can be easily manufactured by using a known photolithography technique or the like.
As described above, the incident light passes through the lens medium and is directly incident on the nonlinear optical material, or is incident on the nonlinear optical material after passing through a substrate having the lens medium. Thereafter, the light is emitted again by the lens medium.
【００１０】ここで微粒子を透明マトリックス中に分散
させて得られる非線形光学特性を示す非線形光学材料に
用いられるマトリックス材料は、光吸収係数αが概ね10
cm-1以下のものが好ましい。光吸収係数αが概ね10cm-1
以下の材料として、シリカガラス，ケイ酸塩ガラス，ホ
ウ酸塩ガラス，リン酸塩ガラス，フッ化物ガラスおよび
カルコゲナイドガラス等のガラスや、二酸化チタン，ニ
オブ酸リチウム，ニオブ酸タンタル，三酸化二アルミニ
ウム等の結晶、そしてポリテトラフルオロエチレン，ポ
リフルオロエチルメタクリレート，ポリ（4-メチル-1-
ペンテン），ポリエチルメタクリレート，ポメチルアク
リレート，ジエチレングリコールビスアリルカーボネー
ト，ポリシクロヘキシルメタクリレート，ポリ（2-クロ
ロエチルメタクリレート），ポリ（2-ブロモエチルメタ
クリレート），スチレン・アクリロニトリルコポリマ
ー，ポリベンジルメタクリレート，ポリカーボネート，
ポリスチレン，ポリ（p-ブロモフェニルメタクリレー
ト），ポリビニルナフタレン，ポリビニルカルバゾー
ル，ペンタブロモフェニルメタクリレート等の高分子材
料など、各種のガラス、結晶および高分子材料が挙げら
れる。Here, the matrix material used for the nonlinear optical material exhibiting nonlinear optical characteristics obtained by dispersing fine particles in a transparent matrix has a light absorption coefficient α of about 10%.
Those having cm -1 or less are preferred. Light absorption coefficient α is about 10cm-1
The following materials include glass such as silica glass, silicate glass, borate glass, phosphate glass, fluoride glass and chalcogenide glass, titanium dioxide, lithium niobate, tantalum niobate, and dialuminum trioxide. Crystal, and polytetrafluoroethylene, polyfluoroethyl methacrylate, poly (4-methyl-1-
Pentene), polyethyl methacrylate, pomethyl acrylate, diethylene glycol bisallyl carbonate, polycyclohexyl methacrylate, poly (2-chloroethyl methacrylate), poly (2-bromoethyl methacrylate), styrene / acrylonitrile copolymer, polybenzyl methacrylate, polycarbonate,
Various kinds of glass, crystal and polymer materials such as polymer materials such as polystyrene, poly (p-bromophenyl methacrylate), polyvinyl naphthalene, polyvinyl carbazole, and pentabromophenyl methacrylate are exemplified.
【００１１】本発明の非線形光学材料は、上述したマト
リックス薄膜中に微粒子が分散され、非線形光学特性を
発現し得るものであれば特に限定されるものではない。
ただし、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、当該非線形光学材料中に分散されて
いる微粒子の吸収ピーク近傍の波長の光を使用すること
が好ましく、また、非線形光学素子を用いた光学系で
は、通常、波長300〜2000nmの光が使用されることか
ら、上記の微粒子は、非線形性を増大させる吸収ピーク
が300〜2000nmの波長域内にあるものが好ましい。The nonlinear optical material of the present invention is not particularly limited as long as the fine particles are dispersed in the above-mentioned matrix thin film and nonlinear optical characteristics can be exhibited.
However, as light for causing the nonlinear optical material to exhibit a nonlinear optical response, it is preferable to use light having a wavelength near the absorption peak of the fine particles dispersed in the nonlinear optical material. Since the optical system used generally uses light having a wavelength of 300 to 2000 nm, it is preferable that the above-mentioned fine particles have an absorption peak for increasing nonlinearity in a wavelength range of 300 to 2000 nm.
【００１２】従って、微粒子材料としては、金属微粒
子、半導体微粒子の単独もしくは複合微粒子が好まし
く、特に、Cu, Au, Ag, Sn, Pt, Pd, Ni, Co, Rh, Ir,
Al, Fe,Ru, Os, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Bi, SbおよびPbか
らなる金属群より選ばれた金属単体あるいは前記金属群
より選ばれた金属同士の合金からなる微粒子、もしくは
Si, Ge, AlSb, InP, GaAs, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, Cd
S, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, SeTe, CuCl, CuBr,
CuI, TlCl, TlBr, TlI, SixGe(1-x)(0≦x≦1), Zn xCdyP
b(1-x-y)SzSewTe(1-z-w)(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,0≦
w≦1)およびTlxCu( 1-x)ClyBrzI(1-y-z)(O≦x≦1,O≦y≦
1,O≦z≦1)からなる半導体群より選ばれた半導体からな
る微粒子であることが好ましい。Therefore, as the fine particle material, metal fine particles
Single or composite fine particles of semiconductor and semiconductor particles are preferred.
In particular, Cu, Au, Ag, Sn, Pt, Pd, Ni, Co, Rh, Ir,
Al, Fe, Ru, Os, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Bi, Sb and Pb
Metal selected from the group consisting of
Fine particles made of an alloy of more selected metals, or
Si, Ge, AlSb, InP, GaAs, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, Cd
S, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, SeTe, CuCl, CuBr,
CuI, TlCl, TlBr, TlI, SixGe(1-x)(0 ≦ x ≦ 1), Zn xCdyP
b(1-xy)SzSewTe(1-zw)(0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1,0 ≦
w ≦ 1) and TlxCu( 1-x)ClyBrzI(1-yz)(O ≦ x ≦ 1, O ≦ y ≦
1, O ≤ z ≤ 1)
Preferably, the fine particles are fine particles.
【００１３】上述した微粒子は、当該微粒子をマトリッ
クス中に分散させることによって非線形光学材料を得る
ことができるサイズを有するものであればよいが、実用
上は、そのサイズが1〜500nmであるものが好ましい。微
粒子のサイズが1nm未満では、この微粒子をマトリック
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、非線形光学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。The above-mentioned fine particles may be of any size as long as the non-linear optical material can be obtained by dispersing the fine particles in a matrix. In practice, the fine particles have a size of 1 to 500 nm. preferable. If the size of the fine particles is less than 1 nm, the nonlinear optical characteristics exhibited by dispersing the fine particles in a matrix become weak, and it becomes difficult to obtain a nonlinear optical material that can be used for a nonlinear optical element.
【００１４】一方、微粒子のサイズが500nmを超える
と、この微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、当該微粒子
による光散乱が強くなって光損失が増大するので、非線
形光学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。微粒子のサイズは1〜100nmである
ことが特に好ましい。ここで、本明細書でいう微粒子の
サイズとは、微粒子の形状が球形である場合にはその直
径を意味し、微粒子の形状が非球形である場合には長手
方向の長さ（最長寸法）を意味する。On the other hand, when the size of the fine particles exceeds 500 nm, the nonlinear optical characteristics exhibited by dispersing the fine particles in the matrix become weak, and the light scattering by the fine particles becomes strong, so that the light loss increases. It becomes difficult to obtain a nonlinear optical material that can be used for a nonlinear optical element. It is particularly preferable that the size of the fine particles is 1 to 100 nm. Here, the size of the fine particles in the present specification means the diameter of the fine particles when the shape is spherical, and the length in the longitudinal direction (the longest dimension) when the shape of the fine particles is non-spherical. Means
【００１５】前述したマトリックスに分散させる微粒子
は、その材質からみて1種であってもよいし複数種であ
ってもよい。また、非線形光学材料に占める微粒子の割
合は、目的とする非線形光学材料の用途、微粒子の材
質、マトリックスの材質等に応じて適宜変更可能であ
る。The fine particles dispersed in the matrix described above may be of one type or a plurality of types depending on the material. The proportion of the fine particles in the nonlinear optical material can be appropriately changed according to the intended use of the nonlinear optical material, the material of the fine particles, the material of the matrix, and the like.
【００１６】また、光の入出射の際に用いるレンズ媒体
は、光が通過するため、その材料としては光吸収係数α
が概ね10cm-1以下のものが好ましい。好ましい材料とし
ては、前述した微粒子を分散するマトリックス材料と同
様のものが挙げられる。特に有効な材料は、非線形光学
材料に用いるマトリックス材料と同等の材料を用いるこ
とが望ましい。同等材料を用いることで、レンズ媒体材
料の屈折率と非線形光学材料の屈折率の差が発生しない
ため、反射損失がないものが得られることとなる。Further, the lens medium used at the time of entering and exiting light transmits light, and as a material thereof, has a light absorption coefficient α.
However, it is preferably about 10 cm -1 or less. Preferred materials include the same as the above-described matrix material in which fine particles are dispersed. As a particularly effective material, it is desirable to use a material equivalent to a matrix material used for a nonlinear optical material. By using the same material, there is no difference between the refractive index of the lens medium material and the refractive index of the nonlinear optical material, so that a material having no reflection loss can be obtained.
【００１７】レンズ媒体の形状は、凸形状のレンズのほ
か、基板内に埋め込まれた埋め込み型レンズなどでも良
く、入出射光を制御できれば形状には拘らない。また、
グレーティングレンズなどを用いても、あるいは上記レ
ンズの組合わせでも良い。凸形状のレンズを非線形光学
材料の表面につける代わりに、レンズが形成された基板
を非線形光学材料の光入射面側または光出射面側に設け
ることがより望ましい。このような構成では、非線形光
学材料が薄い場合でもより丈夫な基板が存在するため非
線形光学素子として十分な強度が得られまた素子の取り
扱いが容易になり、さらにレンズの主面と非線形光学材
料との間隔をほぼ基板の厚み分長くとれるのでレンズの
焦点距離に余裕を持たせることができるからである。な
お、基板にレンズが設けられている場合、その基板と非
線形材料を近接させることにより非線形光学材料とレン
ズを近接させることができる。したがって、本発明の技
術的思想上、基板を含めてレンズ媒体と考えることがで
きる。The shape of the lens medium may be a convex lens or a buried lens buried in a substrate. The shape is not limited as long as the incoming and outgoing light can be controlled. Also,
A grating lens or the like may be used, or a combination of the above lenses may be used. Instead of attaching a convex lens to the surface of the nonlinear optical material, it is more desirable to provide a substrate on which the lens is formed on the light incident surface side or light emitting surface side of the nonlinear optical material. In such a configuration, even when the nonlinear optical material is thin, a stronger substrate is present, so that sufficient strength can be obtained as the nonlinear optical element, the element can be easily handled, and the main surface of the lens and the nonlinear optical material can be used. Can be made longer by the thickness of the substrate, so that the focal length of the lens can have a margin. When a lens is provided on the substrate, the nonlinear optical material and the lens can be brought closer by bringing the substrate and the nonlinear material closer. Therefore, in the technical concept of the present invention, the lens medium including the substrate can be considered.
【００１８】ヒートシンク材料は遅い応答の原因である
熱を除去するため、その熱伝導率は20W/mK以上あること
が好ましい。熱伝導率が20W/mK以上ある薄膜材質として
具体的に、Ag, Al, Au, Cd, Co, Cr, Fe, In, Mg, Ni,
Sr, V, Cu, Ga, Ir, Mo, Si,Ti, Zn,ダイヤモンド,GaA
s, GaP, InP, SiC, A1203, YAG, MgOおよびY203などが
挙げられる。中でもAg, Al, Au, Cr, Cu, Si, Ti, ダイ
ヤモンド, SiC, A1203, MgO およびY203が好ましい。[0018] The heat sink material preferably has a thermal conductivity of 20 W / mK or more in order to remove heat which causes a slow response. Specifically, as a thin film material having a thermal conductivity of 20 W / mK or more, Ag, Al, Au, Cd, Co, Cr, Fe, In, Mg, Ni,
Sr, V, Cu, Ga, Ir, Mo, Si, Ti, Zn, diamond, GaA
s, GaP, InP, SiC, A1 2 0 3, YAG, etc. MgO and Y 2 0 3 and the like. Of these Ag, Al, Au, Cr, Cu, Si, Ti, diamond, SiC, A1 2 0 3, MgO and Y 2 0 3 is preferred.
【００１９】なお、ドット状あるいは蜂の巣状に配列さ
れた微粒子分散材料の境界にヒートシンク層を設けてい
るため、信号光および制御光がこの部分を通過する際、
そのヒートシンク部分の吸収や屈折率差による反射・発
散によって損失の原因となる。そこでその損失をよりよ
く抑制するため、ヒートシンク材料としては、マトリッ
クス材料と同等の屈折率を持ち、信号光および制御光に
対して吸収の小さい材料が好ましい。このため、可視域
から近赤外で吸収の低いダイヤモンド, A1203,MgOおよ
びY203が特に好ましい。Since the heat sink layer is provided at the boundary between the fine particle dispersed materials arranged in a dot shape or a honeycomb shape, when the signal light and the control light pass through this portion,
Loss is caused by absorption and reflection / divergence due to the difference in refractive index in the heat sink portion. Therefore, in order to better suppress the loss, as the heat sink material, a material having a refractive index equivalent to that of the matrix material and having a small absorption for signal light and control light is preferable. Thus, low absorption in the near infrared from visible diamond, A1 2 0 3, MgO and Y 2 0 3 is particularly preferred.
【００２０】上記ヒートシンク膜内に構成するドット状
あるいは蜂の巣状に形成された非線形光学材料のサイズ
はより小さくしヒートシンク膜と近接するようにして、
微粒子に堆積する熱成分がヒートシンク伝達され易くす
ることが望ましい。しかしながら、その径は使用する信
号光および制御光の波長以上を必要とする。波長以下で
あると光が通過しないため非線形光学材料として機能し
ない。The size of the dot-shaped or honeycomb-shaped non-linear optical material formed in the heat sink film is made smaller so as to be close to the heat sink film.
It is desirable that the heat component deposited on the fine particles be easily transmitted to the heat sink. However, the diameter needs to be longer than the wavelength of the signal light and control light to be used. If the wavelength is less than the wavelength, the light does not pass through and does not function as a nonlinear optical material.
【００２１】また、隣り合うドットあるいは蜂の巣形状
の非線形光学材料との間隔はより近くして、密に微粒子
分散材料部を形成することが望ましい。より密接にする
ことで、信号光および制御光のヒートシンク膜における
吸収などによる損失を防ぐことが可能となる。しかし、
ヒートシンク膜が微粒子に堆積する熱成分を除去する効
果を発揮するため、少なくとも100nm以上の間隔を必要
とする。なお、ヒートシンク膜内に構成する非線形光学
材料の形状は、蜂の巣状の方が好ましい。蜂の巣状であ
れば、パターン化された非線形光学材料間に存在するヒ
ートシンクの幅が一定となるため、熱的および電気的な
揺らぎが発生しにくくなるからである。It is desirable that the distance between adjacent non-linear optical materials in the form of dots or honeycombs is made closer to form a fine particle dispersion material portion densely. By making them closer, it is possible to prevent loss due to absorption of signal light and control light in the heat sink film. But,
In order for the heat sink film to exhibit the effect of removing the thermal component deposited on the fine particles, an interval of at least 100 nm is required. The shape of the nonlinear optical material formed in the heat sink film is preferably a honeycomb shape. This is because in the case of a honeycomb shape, the width of the heat sink existing between the patterned nonlinear optical materials is constant, so that thermal and electrical fluctuations are less likely to occur.
【００２２】本発明によれば、入出射光の損失が発生す
ることなく非線形光学材料を用いた光スイッチ素子など
を作製することができ、かつ、２次元的な配列も可能と
なることから光コンピュータや空間スイッチなどへの応
用も可能となる。また、熱伝導率20W/mK以上のヒートシ
ンク薄膜内に、ドット状あるいは蜂の巣状に微細加工し
た非線形光学材料を導入したことにより、微粒子に蓄積
する熱的成分を高いヒートシンク効果で除去することが
できるためテラビット／秒オーダーでの光スイッチング
動作が実現できることとなる。以上のことより、本発明
の非線形光学材料を用いると、遅い応答を含めた応答時
間が数ピコ秒程度で100Gbit/sの高帯域デジタル光信号
のスイッチングが可能で、しかも、安定性や信頼性の高
い光スイッチ素子の作製が可能になる。According to the present invention, an optical switch element or the like using a non-linear optical material can be manufactured without causing a loss of incoming and outgoing light, and a two-dimensional array can be formed. It can also be applied to space switches. In addition, by introducing a non-linear optical material that has been finely processed into a dot shape or a honeycomb shape in a heat sink thin film with a thermal conductivity of 20 W / mK or more, thermal components accumulated in fine particles can be removed with a high heat sink effect. Therefore, an optical switching operation on the order of terabits / second can be realized. From the above, the use of the nonlinear optical material of the present invention enables switching of a 100 Gbit / s high-bandwidth digital optical signal with a response time of about several picoseconds including a slow response, and furthermore, stability and reliability. It is possible to manufacture an optical switch element having a high density.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。本発明の非線形光
学素子は図１に示す構成を基本としており、非線形光学
材料１の入出射面の少なくとも一方にレンズ媒体２，３
を用いたことを特徴とする。入射面にレンズ媒体２を設
けたものは、入射光４が収束しながら非線形光学材料１
に入射するので、発散による損失を抑制することができ
る。また出射面にレンズ媒体３を設けて、非線形光学材
料１からの出射光５にレンズ媒体４が作用するようにす
れば、再び光導波路に結合する場合の光損失を抑制する
ことが可能となる。また、本構成の非線形光学素子は、
図２に示すように２次元配列にした面状機能素子として
形成することが可能になり、光コンピュータなどに容易
に応用できる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings. The nonlinear optical element of the present invention is based on the configuration shown in FIG. 1 and has lens media 2 and 3 on at least one of the entrance and exit surfaces of the nonlinear optical material 1.
Is used. In the case where the lens medium 2 is provided on the incident surface, the nonlinear optical material 1 is formed while the incident light 4 converges.
, The loss due to divergence can be suppressed. Further, if the lens medium 3 is provided on the exit surface so that the lens medium 4 acts on the outgoing light 5 from the nonlinear optical material 1, it is possible to suppress the optical loss when the light is coupled to the optical waveguide again. . In addition, the nonlinear optical element of this configuration
As shown in FIG. 2, it can be formed as a planar functional element in a two-dimensional array, and can be easily applied to an optical computer or the like.
【００２４】また、図３に示すように、本発明の非線形
光学素子は、非線形光学材料を光路に沿って見たとき
に、非線形光学材料１がヒートシンク６により複数の領
域に区画されており、レンズ媒体２が区画された各領域
内に光を集束する作用を持つように構成されていてもよ
い。ヒートシンク６の膜厚を厚くしヒートシンク効果を
十分発揮して低速応答成分除去を達成するためには、図
４に示すように、ヒートシンク薄膜６にドット状（図４
（ａ））あるいは蜂の巣状（図４（ｂ））に形成した非
線形光学材料１を埋め込こんだ構成を持った材料を用い
る。上記構成にすることで、ヒートシンク材料６を厚さ
100nm以上設けることが可能となり、十分ヒートシンク
効果を発揮できる。ドット状あるいは蜂の巣状に形成し
た非線形光学素子は、周知のフォトリソグラフィー技術
等を用いることで容易に作製できる。As shown in FIG. 3, in the nonlinear optical element of the present invention, when the nonlinear optical material is viewed along the optical path, the nonlinear optical material 1 is divided into a plurality of regions by the heat sink 6. The lens medium 2 may be configured to have a function of converging light in each of the divided areas. In order to increase the film thickness of the heat sink 6 and sufficiently remove the low-speed response component by sufficiently exhibiting the heat sink effect, as shown in FIG.
(A)) or a material having a configuration in which the nonlinear optical material 1 formed in a honeycomb shape (FIG. 4B) is embedded. With the above configuration, the thickness of the heat sink material 6 can be reduced.
A thickness of 100 nm or more can be provided, and a sufficient heat sink effect can be exhibited. The non-linear optical element formed in a dot shape or a honeycomb shape can be easily manufactured by using a known photolithography technique or the like.
【００２５】レンズ媒体２のレンズ光軸が非線形光学素
子１の光軸に合致するように配置して非線形光学材料表
面にエポキシ系接着剤を用いて接着する。また、非線形
光学材料の上下面にそれぞれレンズ媒体２，３を接着す
るときは入出力光の光軸ずれが起こらないように両方の
レンズ光軸が一致するように位置を合わせる。なお、図
５に示すように、集光用レンズ２，３をそれぞれ基板
７，８に埋め込んだ埋め込み型レンズをレンズ媒体とし
て使用することもできる。The lens medium 2 is arranged so that the optical axis of the lens coincides with the optical axis of the nonlinear optical element 1, and is bonded to the surface of the nonlinear optical material using an epoxy adhesive. When the lens media 2 and 3 are bonded to the upper and lower surfaces of the nonlinear optical material, respectively, the positions of the lens media 2 and 3 are adjusted so that the optical axes of both lenses coincide so that the optical axis of input / output light does not shift. In addition, as shown in FIG. 5, an embedded lens in which the condensing lenses 2 and 3 are embedded in the substrates 7 and 8, respectively, can be used as a lens medium.
【００２６】また、図６に示すように、出射光用レンズ
媒体を使わずに、非線形光学素子の出射面に光ファイバ
９の端面を接合して、直接出射光を導入するようにする
こともできる。入射光４はレンズ媒体２を通り、非線形
光学材料１へ直接入射されるか、もしくは、レンズ媒体
２のある基板を通過した後に非線形光学材料１に入射さ
れる。その後、再びレンズ媒体３によって出射される。
以下、具体例に即して本発明の構成・作用・効果をさら
に詳しく説明する。As shown in FIG. 6, the end face of the optical fiber 9 may be joined to the exit surface of the nonlinear optical element without using the lens medium for exit light, and the exit light may be introduced directly. it can. The incident light 4 passes through the lens medium 2 and is directly incident on the nonlinear optical material 1, or is incident on the nonlinear optical material 1 after passing through a substrate having the lens medium 2. Thereafter, the light is emitted again by the lens medium 3.
Hereinafter, the configuration, operation, and effect of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
【００２７】[0027]
【実施例１】直径20μｍ、焦点距離１mmの平板マイクロ
レンズを250μｍピッチで蜂の巣状に備えたSiO2基板
（厚さ1mm）の平板マイクロレンズを有していない面
に、SiO2ターゲットとAu薄片の同時スパッタリングによ
って300nmの膜厚のAu微粒子分散SiO2薄膜を成膜する。
その後、Au微粒子を析出させるために600℃、大気中で
約20時間熱処理を施す。この熱処理によって得られたAu
微粒子サイズは、直径約30nmであった。次に、上述した
平板マイクロレンズを有する基板の平板マイクロレンズ
の存在しない面を非線形光学材料表面に接着する。接着
は光学部品で一般的に使用されるエポキシ系接着剤を用
いて行った。また、接着の際に、入出力光の光軸ずれが
起こらないように各平板マイクロレンズの中心が一致す
るように位置を合わせる。Example 1 An SiO 2 substrate (1 mm thick) provided with flat microlenses having a diameter of 20 μm and a focal length of 1 mm in a honeycomb shape at a pitch of 250 μm, and a SiO 2 target and an Au flake were formed on the surface having no flat microlenses. To form a 300 nm thick Au fine particle-dispersed SiO 2 thin film.
Thereafter, a heat treatment is performed at 600 ° C. in the air for about 20 hours in order to precipitate Au fine particles. Au obtained by this heat treatment
The particle size was about 30 nm in diameter. Next, the surface of the substrate having the above-described flat plate microlens where the flat plate microlens does not exist is bonded to the surface of the nonlinear optical material. The bonding was performed using an epoxy adhesive generally used for optical components. At the time of bonding, the positions of the microlenses are aligned so that the centers of the flat microlenses coincide with each other so that the optical axis of input / output light does not shift.
【００２８】上記方法にて作製した非線形光学素子の入
出射光の損失は、主に非線形光学材料部の微粒子の吸収
によるものであった。平板マイクロレンズ−非線形光学
材料−平板マイクロレンズ試料の適当な２０箇所につい
て光伝搬損失を測定した結果、微粒子の吸収ピーク波長
630nmにおいて2.5〜2.9dBであった。非線形光学材料部
のみの損失は、光吸収スペクトルの結果から、2.1dBと
見積もることができるので、0.4〜0.8が上記非線形光学
材料素子中を光が伝搬する際に余剰的に発生した損失で
あり、素子間のばらつきとなる。この値は、非常に小さ
く非線形光学材料素子として、十分実用化が可能となる
ものである。The loss of incoming and outgoing light of the nonlinear optical element manufactured by the above method was mainly due to absorption of fine particles in the nonlinear optical material portion. As a result of measuring the light propagation loss at an appropriate 20 places of the plate microlens-nonlinear optical material-plate microlens sample, the absorption peak wavelength of the fine particles was obtained.
It was 2.5 to 2.9 dB at 630 nm. Since the loss of only the nonlinear optical material portion can be estimated to be 2.1 dB from the result of the light absorption spectrum, 0.4 to 0.8 is a loss generated extra when light propagates through the nonlinear optical material element. , Resulting in variations between elements. This value is very small and can be practically used as a nonlinear optical material element.
【００２９】[0029]
【比較例１】平板マイクロレンズを用いないこと以外
は、実施例１と同様にして、非線形光学材料素子を作製
した。実施例１と同様にして光損失を測定したところ、
任意の１０カ所における光損失は9.7〜10.4dBであっ
た。非線形光学材料部分の損失を差し引くと、7.6〜8.3
dBであり、光損失が大きく非線形光学材料素子とは不十
分であることがわかった。Comparative Example 1 A non-linear optical material element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that no flat microlens was used. When the light loss was measured in the same manner as in Example 1,
The optical loss at any ten locations was 9.7 to 10.4 dB. 7.6 to 8.3
It was found that the optical loss was large and that the nonlinear optical material element was insufficient.
【００３０】[0030]
【実施例２】非線形光学材料を蜂の巣状にパターン化し
その隙間にアルミニウムを用いてヒートシンク膜を形成
する以外は、実施例１と同様にして、平板マイクロレン
ズ付非線形光学材料素子を作製した。非線形光学材料を
蜂の巣状に形成する方法として、フォトリソグラフィー
技術を用いた。まず、平板マイクロレンズを有する基板
の平板マイクロレンズの存在しない面に、直径0.8μｍ
でドット状に0.2μｍピッチの円形開口レジストパター
ン（レジスト厚600nm）を作製する。その後、レジスト
パターンを設けた基板の裏面上に、実施例１で用いた方
法で非線形光学材料を形成する。形成後に、基板をアセ
トンなどの有機溶剤中に浸しレジストパタ−ン部を除去
する。そうすることにより平板マイクロレンズパタ−ン
と同位置に所望の微粒子分散薄膜を設けることができ
る。その後、熱処理を実施しAu微粒子を析出させる。Example 2 A non-linear optical material element with a flat microlens was produced in the same manner as in Example 1 except that a nonlinear optical material was patterned in a honeycomb shape and a heatsink film was formed in the gap using aluminum. As a method of forming the nonlinear optical material in a honeycomb shape, a photolithography technique was used. First, on a surface of a substrate having a flat microlens having no flat microlens, a diameter of 0.8 μm
Then, a 0.2 μm pitch circular opening resist pattern (resist thickness: 600 nm) is formed in a dot shape. After that, a non-linear optical material is formed on the back surface of the substrate provided with the resist pattern by the method used in the first embodiment. After the formation, the substrate is immersed in an organic solvent such as acetone to remove the resist pattern. By doing so, a desired fine particle-dispersed thin film can be provided at the same position as the flat microlens pattern. Thereafter, heat treatment is performed to precipitate Au fine particles.
【００３１】次に、再びフォトリソグラフィー技術によ
り非線形光学材料パターン上へのみ、厚さ2μｍのレジ
ストパターンを形成する。そして、その上層にAlを蒸着
する。このときAlの膜厚は非線形光学材料と同じにして
いる。蒸着後、アセトン中に全体を浸しレジスト膜を除
去する。レジスト上に成膜したAlも同時に剥離でき、微
粒子分散薄膜パターンの間にAlが埋った状態となる。最
後に、上述した平板マイクロレンズを有する基板の平板
マイクロレンズの存在しない面を微粒子分散薄膜とAlの
面に当て、各微粒子薄膜パターンの中心と各平板マイク
ロレンズの中心が一致して信号光および制御光の損失に
ならないように平板マイクロレンズの位置合わせを行
い、２つの基板をエポキシ系接着剤等にて硬化させる。Next, a resist pattern having a thickness of 2 μm is formed only on the nonlinear optical material pattern by photolithography again. Then, Al is deposited on the upper layer. At this time, the thickness of Al is the same as that of the nonlinear optical material. After the evaporation, the whole is immersed in acetone to remove the resist film. The Al film formed on the resist can be peeled off at the same time, and the Al film is buried between the fine particle dispersed thin film patterns. Finally, the surface of the substrate having the above-mentioned flat plate microlens where the flat plate microlens does not exist is applied to the surface of the fine particle dispersed thin film and Al, and the center of each fine particle thin film pattern and the center of each flat plate microlens coincide with each other, so that the signal light and The position of the flat microlens is adjusted so that the control light is not lost, and the two substrates are cured with an epoxy-based adhesive or the like.
【００３２】上記方法にて作製した非線形光学素子にお
いてヒートシンク膜の形成にともなう入出射光の損失は
0.8dBであった。これは、ヒートシンク膜に金属であるA
lを採用したことにより、光の吸収が発生したためであ
る。任意の２０カ所で光伝搬損失を測定した結果、微粒
子の吸収ピーク波長630nmにおいて3.3〜3.7dBであっ
た。非線形光学材料部のみの損失は、2.1dBであること
から、1.2〜1.6dBが過剰損失となった。In the nonlinear optical element manufactured by the above method, the loss of the incoming and outgoing light due to the formation of the heat sink film is
It was 0.8 dB. This is because the heat sink film is metal A
This is because the use of l caused light absorption. As a result of measuring the light propagation loss at arbitrary 20 places, it was 3.3 to 3.7 dB at the absorption peak wavelength of the fine particles of 630 nm. Since the loss of only the nonlinear optical material is 2.1 dB, 1.2 to 1.6 dB is excessive loss.
【００３３】次に、この非線形光学材料素子の非線形応
答速度をポンプ−プローブ法の測定装置を用いて測定し
た。その結果、波長600nmのポンプ光（パルス幅100フェ
ムト秒）と白色光（パルス幅100フェムト秒）を入射し
て、透過光の強度変化から非線形応答を測定したが、応
答時間2ピコ秒を越える遅い応答は観測されなかった。
また、上記100フェムトパルス光を10ピコ秒間隔で入射
し続け、上述と同様に非線形応答挙動を測定したが、非
線形応答上述の単パルス入射測定の場合と同様であっ
た。したがって、この非線形光学材料は、100Gbit/sの
高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能である
ことが実証された。Next, the non-linear response speed of this non-linear optical material element was measured using a measuring device of the pump-probe method. As a result, the nonlinear response was measured from the intensity change of the transmitted light when the pump light (pulse width: 100 femtoseconds) and the white light (pulse width: 100 femtoseconds) with a wavelength of 600 nm were incident, but the response time exceeded 2 picoseconds No slow response was observed.
The 100 femto-pulse light was continuously incident at intervals of 10 picoseconds, and the non-linear response behavior was measured in the same manner as described above. The non-linear response was the same as in the case of the single pulse incidence measurement described above. Therefore, it was proved that this nonlinear optical material was capable of switching operation of a 100 Gbit / s high-bandwidth digital optical signal.
【００３４】[0034]
【比較例２】Au微粒子分散SiO2薄膜およびAlヒートシン
ク膜の厚さを50nmとする以外は、実施例１と同様にし
て、平板マイクロレンズ付非線形光学材料素子を作製し
た。光損失は、実施例１と同等であった。ポンプ−プロ
ーブ法の測定装置を用いて上記材料の非線形応答速度を
測定した。波長600nmのポンプ光（パルス幅100フェムト
秒）と白色光（パルス幅100フェムト秒）を入射して透
過光の強度変化から非線形応答を測定した結果、応答時
間２ピコ秒を越える遅い応答時間80ピコ秒が観測され
た。Alヒートシンク膜厚が薄すぎて熱伝導が十分に機能
しないためである。よって、この非線形光学材料は、10
0Gbit/sの高帯域デジタル光信号のスイッチング動作はS
/N比の面から不十分であることがわかった。Comparative Example 2 A non-linear optical material element with a flat microlens was produced in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the Au fine particle-dispersed SiO 2 thin film and the Al heat sink film was changed to 50 nm. Light loss was equivalent to Example 1. The nonlinear response speed of the above material was measured using a pump-probe measuring device. As a result of measuring the nonlinear response from the change in the intensity of transmitted light when pump light (pulse width: 100 femtoseconds) and white light (pulse width: 100 femtoseconds) having a wavelength of 600 nm are incident, a response time of more than 2 picoseconds is obtained. Picoseconds were observed. This is because the thickness of the Al heat sink is too thin and thermal conduction does not function sufficiently. Therefore, this nonlinear optical material
The switching operation of a high-bandwidth digital optical signal of 0 Gbit / s is S
It turned out to be insufficient in terms of the / N ratio.
【００３５】[0035]
【比較例３】パターン化した非線形光学材料薄膜部の一
つの径を20μｍとする以外は、実施例１と同様にして、
平板マイクロレンズ付非線形光学材料素子を作製した。
その結果、ヒートシンク形成にともなう光損失が回避さ
れた。ポンプ−プローブ法の測定装置を用いて上記材料
の非線形応答速度を測定した。波長600nmのポンプ光
（パルス幅100フェムト秒）と白色光（パルス幅100フェ
ムト秒）を入射して透過光の強度変化から非線形応答を
測定したところ、応答時間2ピコ秒を越える遅い応答時
間150ピコ秒が観測された。また、上記100フェムトパル
ス光を10ピコ秒間隔で繰り返し入射して、上述と同様に
非線形応答挙動を測定したが、上述の単パルス入射時よ
り遅い応答時間250ピコ秒が観測された。よって、この
非線形光学材料は、100Gbit/sの高帯域デジタル光信号
のスイッチング動作はS/N比の面から不十分であること
がわかった。Comparative Example 3 The procedure of Example 1 was repeated, except that the diameter of one of the patterned nonlinear optical material thin film portions was set to 20 μm.
A nonlinear optical material element with a flat microlens was fabricated.
As a result, light loss due to the formation of the heat sink was avoided. The nonlinear response speed of the above material was measured using a pump-probe measuring device. Non-linear response was measured from the intensity change of transmitted light with pump light of 600 nm wavelength (pulse width 100 femtoseconds) and white light (pulse width 100 femtoseconds). Picoseconds were observed. The 100 femto-pulse light was repeatedly incident at intervals of 10 picoseconds, and the non-linear response behavior was measured in the same manner as described above. However, a response time of 250 picoseconds slower than when the single pulse was incident was observed. Therefore, it was found that the switching operation of the 100 Gbit / s high-bandwidth digital optical signal was insufficient from the viewpoint of the S / N ratio.
【００３６】[0036]
【実施例３】直径10μｍ、焦点距離0.5mmの平板マイク
ロレンズを125μｍピッチで蜂の巣状に備えたTiO2結晶
基板（厚さ0.5mm）の平板マイクロレンズを有していな
い面に、非線形光学材料となるAg微粒子分散TiO2薄膜を
交互に200nm厚をスパッタリングにて形成する。Ag/TiO2
交互薄膜は、Ag微粒子6層（10nm／層）とTiO2マトリッ
クス7層(20nm／層)からなり、成膜中の基板温度は600℃
で、成膜条件は、それぞれAgターゲット、Arガス10scc
m、RF25W、成膜時間5分とTiターゲット、Ar10sccm＋O21
0sccm、RF300W、成膜時間60分である。Embodiment 3 A non-linear optical material is formed on a surface of a TiO 2 crystal substrate (0.5 mm thick) having a flat microlens having a diameter of 10 μm and a focal length of 0.5 mm in a honeycomb shape at a pitch of 125 μm without a flat microlens. Ag fine particles dispersed TiO 2 thin films having a thickness of 200 nm are alternately formed by sputtering. Ag / TiO 2
The alternating thin film consists of 6 layers of Ag fine particles (10 nm / layer) and 7 layers of TiO 2 matrix (20 nm / layer), and the substrate temperature during film formation is 600 ° C.
The film formation conditions were Ag target and Ar gas 10scc, respectively.
m, RF25W, deposition time 5 minutes and Ti target, Ar10sccm + O 2 1
0 sccm, RF300W, film formation time 60 minutes.
【００３７】次に、フォトリソグラフィー技術を用い、
蜂の巣状に対角線径１μｍの正六角形パターンを1.2μ
ｍピッチで残存レジストパターンを作製する。その後、
反応性リアクティブイオンエッチング装置にてレジスト
パターンを設けた基板を、CF 4ガス30sccm、RF300Wにて
エッチングする。エッチング後、レジストパターンを残
したままAl2O3薄膜をスパッタリング法によって作製す
る。作製後、アセトン中でレジストを除去すると正六角
形のAg微粒子分散TiO2膜パターンの隙間にAl2O 3を埋め
込んだ形が形成される。最後に、上述した基板と同じ基
板の平板マイクロレンズの存在しない面を、微粒子分散
薄膜とAlヒートシンクからなる面に張り合わせ、信号光
および制御光の損失にならないように平板マイクロレン
ズの位置合わせを行い、２つの基板をエポキシ系接着剤
等にて硬化させる。Next, using photolithography technology,
1.2μ regular hexagonal pattern with diagonal diameter of 1μm in honeycomb
A remaining resist pattern is formed at m pitches. afterwards,
Resist with reactive reactive ion etching equipment
Insert the substrate on which the pattern is FourGas 30sccm, RF300W
Etch. After etching, leave resist pattern
AlTwoOThreeProduce thin film by sputtering method
You. After fabrication, remove the resist in acetone to make a regular hexagon
Ag particle dispersed TiO in shapeTwoAl in the gap of the film patternTwoO ThreeFill
An inset shape is formed. Finally, the same substrate as the substrate described above
Fine particles are dispersed on the surface of the plate where there is no flat microlens.
Laminated on the surface consisting of thin film and Al heat sink, signal light
Microlens to prevent loss of control light
The two substrates with epoxy adhesive
And cured.
【００３８】上記方法にて得られた非線形光学素子の過
剰損失は、0.6dBであった。また、ポンプ−プローブ法
の測定装置を用いて非線形応答速度を測定したところ、
波長520nmのポンプ光（パルス幅100フェムト秒）と白色
光（パルス幅100フェムト秒）を入射して透過光の強度
変化から非線形応答を測定したときに、応答時間2ピコ
秒を越える遅い応答は観測されなかった。また、上記10
0フェムトパルス光を10ピコ秒間隔で繰り返し入射し
て、上述と同様に非線形応答挙動を測定したが上述の単
パルス入射測定の場合と同様であった。したがって、こ
の非線形光学材料は、100Gbit/sスイッチング動作が可
能であることが実証された。The excess loss of the nonlinear optical element obtained by the above method was 0.6 dB. Also, when the nonlinear response speed was measured using a pump-probe method measuring device,
When a non-linear response is measured from the intensity change of transmitted light with pump light (pulse width 100 femtoseconds) and white light (pulse width 100 femtoseconds) with a wavelength of 520 nm, the slow response exceeding 2 picoseconds Not observed. In addition, the above 10
Zero femto pulsed light was repeatedly incident at intervals of 10 picoseconds, and the non-linear response behavior was measured in the same manner as described above. The result was the same as in the case of the single pulse incidence measurement described above. Therefore, it was demonstrated that this nonlinear optical material was capable of 100 Gbit / s switching operation.
【００３９】[0039]
【実施例４】直径25μｍ、焦点距離1mmの平板マイクロ
レンズを125μｍピッチで蜂の巣状に備えたSiO2基板
（厚さ1mm）の平板マイクロレンズを有していない面
に、CdTe微粒子分散ガラス厚さ0.5mmを紫外線硬化樹脂
を用いて接着する。接着後、CdS分散ガラス面を研磨
し、CdS分散ガラス層を0.1mmとする。次に、反応性リア
クティブイオンエッチング装置にてレジストパターンを
設けた基板を、C2F6ガス50sccm、RF450Wにてエッチング
し、CdS分散ガラス層を200nmとする。EXAMPLE 4 diameter 25 [mu] m, the surface having no planar microlens of SiO 2 substrate having a planar microlens of focal length 1mm in a honeycomb shape at 125μm pitch (thickness 1mm), CdTe particle dispersion glass thickness 0.5 mm is adhered using an ultraviolet curing resin. After bonding, the CdS-dispersed glass surface is polished to make the CdS-dispersed glass layer 0.1 mm. Next, the substrate provided with the resist pattern is etched by a reactive reactive ion etching apparatus with a C 2 F 6 gas of 50 sccm and an RF of 450 W to make the CdS dispersed glass layer 200 nm.
【００４０】その後、フォトリソグラフィー技術を用
い、正六角形の対角線径１μｍで蜂の巣状に1.2μｍピ
ッチの残存レジストパターンを作製する。再び、反応性
リアクティブイオンエッチング装置にてレジストパター
ンを設けたCdS分散ガラス面を、C2F6ガス50sccm、RF450
Wにてエッチングする。エッチングによって得られた正
六角形パターンの隙間にAl薄膜を蒸着によって形成す
る。最後に、上述したSiO2基板と同じ基板の平板マイク
ロレンズの存在しない面を、微粒子分散薄膜とAlヒート
シンクからなる面に張り合わせ、信号光および制御光の
損失にならないように平板マイクロレンズの位置合わせ
を行い、２つの基板を紫外線硬化樹脂にて硬化させる。Thereafter, using a photolithography technique, a regular resist pattern having a regular hexagonal diagonal diameter of 1 μm and a pitch of 1.2 μm is formed in a honeycomb pattern. Again, the CdS-dispersed glass surface provided with the resist pattern in the reactive reactive ion etching apparatus, C2F 6 gas 50sccm, RF450
Etch with W. An Al thin film is formed in a space between regular hexagonal patterns obtained by etching by vapor deposition. Finally, the surface of the same substrate as the above-mentioned SiO 2 substrate where there is no flat microlens is bonded to the surface composed of the fine particle dispersed thin film and the Al heat sink, and the positioning of the flat microlens is performed so that signal light and control light are not lost. To cure the two substrates with an ultraviolet curable resin.
【００４１】上記方法にて得られた非線形光学素子のヒ
ートシンク部における過剰損失は、1.0dBであった。ま
た、ポンプープローブ法の測定装置を用いて非線形応答
速度を測定したところ、波長680nmのポンプ光（パルス
幅100フェムト秒）と白色光（パルス幅100フェムト秒）
を入射して、透過光の強度変化から非線形応答を測定し
たときに応答時間２ピコ秒を越える遅い応答は観測され
なかった。また、上記100フェムトパルス光を10ピコ秒
間隔で入射し続け、上述と同様に非線形応答挙動を測定
したが、上述の単パルス入射測定の場合と同様であっ
た。したがって、この非線形光学材料は、100Gbit/sの
高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能である
ことが実証された。The excess loss in the heat sink of the nonlinear optical element obtained by the above method was 1.0 dB. When the nonlinear response speed was measured using a pump-probe measurement device, the pump light with a wavelength of 680 nm (pulse width 100 femtoseconds) and white light (pulse width 100 femtoseconds)
And when the nonlinear response was measured from the change in the intensity of the transmitted light, a slow response exceeding a response time of 2 picoseconds was not observed. The 100 femto-pulse light was continuously incident at intervals of 10 picoseconds, and the non-linear response behavior was measured in the same manner as described above. Therefore, it was proved that this nonlinear optical material was capable of switching operation of a 100 Gbit / s high-bandwidth digital optical signal.
【００４２】[0042]
【実施例５】直径20μｍ、焦点距離1mmの平板マイクロ
レンズを250μｍピッチで蜂の巣状に備えたAl2O3基板
（厚さ1mm）の平板マイクロレンズを有していない面
に、市販のイオン注入装置を用いてAg+イオンをドーズ
量が1x10-16イオン／cm2になるまで注入し、この後、Ar
ガス雰囲気中において500℃で12時間熱処理を行い、目
的とする微粒子分散非線形光学材料を得る。Embodiment 5 Commercially available ion implantation is performed on a surface of a Al 2 O 3 substrate (1 mm thick) having a plate-shaped microlens having a diameter of 20 μm and a focal length of 1 mm in a honeycomb shape at a pitch of 250 μm without a flat microlens. Ag + ions are implanted using the apparatus until the dose amount becomes 1 × 10 −16 ions / cm 2 , and then Ar + ions are implanted.
A heat treatment is performed at 500 ° C. for 12 hours in a gas atmosphere to obtain a desired fine particle-dispersed nonlinear optical material.
【００４３】次に、フォトリソグラフィー技術を用い、
直径１μｍで蜂の巣状に0.2μｍピッチの残存レジスト
パターンを作製する。その後、反応性リアクティブイオ
ンエッチング装置にてレジストパターンを設けた基板
を、CF4ガス25sccm、RF350Wにてエッチングし、深さ250
nmの溝を作製する。エッチングによって得られた円形パ
ターンの隙間に、再びフォトリソグラフィー技術を用い
てAl薄膜を蒸着によって250nm厚形成する。後に、上述
した基板と同じ基板の平板マイクロレンズの存在しない
面を、微粒子分散薄膜とAlヒートシンクからなる面に張
り合わせ、信号光および制御光の損失にならないよう
に、２つの基板をエポキシ系接着剤等にて硬化させる。Next, using photolithography technology,
A residual resist pattern having a diameter of 1 μm and a pitch of 0.2 μm is formed in a honeycomb shape. Thereafter, the substrate provided with the resist pattern by reactive reactive ion etching apparatus, CF 4 gas 25 sccm, and etching at RF350W, depth 250
Create nm grooves. An Al thin film having a thickness of 250 nm is formed again by vapor deposition using a photolithography technique in the gap between the circular patterns obtained by the etching. Later, the surface of the same substrate as described above, on which no flat microlenses are present, is bonded to the surface composed of the fine particle dispersed thin film and the Al heat sink, and the two substrates are bonded with an epoxy adhesive so as not to lose signal light and control light. And cured.
【００４４】上記方法にて得られた非線形光学素子のヒ
ートシンク部における光損失は、0.7dBであった。ま
た、ポンプープローブ法の測定装置を用いて非線形応答
速度を測定したところ、波長470nmのポンプ光（パルス
幅100フェムト秒）と白色光（パルス幅100フェムト秒）
を入射して、透過光の強度変化から非線形応答を測定し
たときに応答時間3ピコ秒を越える遅い応答は観測され
なかった。また、上記100フェムトパルス光を10ピコ秒
間隔で繰り返し入射して、上述と同様に非線形応答挙動
を測定したが、上述の単パルス入射測定の場合と同様で
あった。したがって、この非線形光学材料は、100Gbit/
sの高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能で
あることが実証された。The light loss in the heat sink of the nonlinear optical element obtained by the above method was 0.7 dB. When the nonlinear response speed was measured using a pump-probe measuring device, the pump light with a wavelength of 470 nm (pulse width 100 femtoseconds) and white light (pulse width 100 femtoseconds)
When a non-linear response was measured from the intensity change of the transmitted light, no slow response exceeding 3 picoseconds was observed. The 100 femto-pulse light was repeatedly incident at an interval of 10 picoseconds, and the non-linear response behavior was measured in the same manner as described above. Therefore, this nonlinear optical material is 100 Gbit /
It has been proved that the switching operation of s high-bandwidth digital optical signal is possible.
【００４５】次に、実施例６から１２について説明す
る。これら実施例は、主な条件を共通にしいくつかの条
件を変更して作製した非線形光学素子であって、性能を
測定したところ、それぞれ100Gbit/sの高帯域デジタル
光信号のスイッチング動作が可能であることが実証され
た。Next, embodiments 6 to 12 will be described. These examples are non-linear optical elements manufactured by changing some conditions with the main conditions common, and when the performance is measured, it is possible to perform a switching operation of a 100 Gbit / s high-bandwidth digital optical signal. It has been proven.
【００４６】すなわち、各実施例の非線形光学素子は、
直径20μｍ、焦点距離1mmの平板マイクロレンズを250μ
ｍピッチで蜂の巣状に備えたSiO2基板（厚さ1mm）の平
板マイクロレンズを有していない面に、長径が（ａ）μ
ｍ、ピッチが（ｂ）μｍの円形パターンを有する厚さ25
0nmの非線形光学材料（成分（ｃ）の微粒子を分散した
微粒子分散SiO2薄膜）とパターン形成した非線形光学材
料間に形成した材料（ｄ）からなる厚さ250nmのヒート
シンク膜を設けた後、上述した基板と同じ基板の平板マ
イクロレンズの存在しない面を、非線形光学材料とヒー
トシンク材料からなる面に張り合わせ、信号光および制
御光の損失にならないように、２つの基板をエポキシ系
接着剤等にて硬化させて得たものである。That is, the nonlinear optical element of each embodiment is
250 μm flat microlens with a diameter of 20 μm and a focal length of 1 mm
On the surface of a SiO 2 substrate (1 mm thick) provided in a honeycomb shape with m pitches without a flat microlens, the major axis is (a) μ
m, thickness 25 having a circular pattern of pitch (b) μm
After providing a 250 nm thick heat sink film made of a material (d) formed between a 0 nm nonlinear optical material (fine particle-dispersed SiO 2 thin film in which fine particles of component (c) are dispersed) and a patterned nonlinear optical material, The surface of the same substrate with no flat microlenses is bonded to the surface made of the nonlinear optical material and the heat sink material, and the two substrates are bonded with an epoxy adhesive or the like so as not to lose signal light and control light. It is obtained by curing.
【００４７】上記方法にて得られた非線形光学素子の過
剰損失（ｅ）と、ポンプ−プローブ法の測定装置を用い
て非線形応答速度を測定した応答時間を示す。非線形応
答速度は、測定波長（ｆ）を有するポンプ光（パルス幅
100フェムト秒）と白色光（パルス幅100フェムト秒）を
入射して、透過光の強度変化から非線形応答を測定して
応答時間（ｇ）を求めた。これら実施例では応答時間３
ピコ秒を越える遅い応答は観測されなかった。また、上
記100フェムトパルス光を10ピコ秒間隔で入射し続け、
上述と同様に非線形応答挙動を測定したが、上述の単パ
ルス入射測定の場合と同様であった。したがって、これ
らの非線形光学材料は、100Gbit/sの高帯域デジタル光
信号のスイッチング動作が可能であることが実証され
た。The excess loss (e) of the nonlinear optical element obtained by the above method and the response time when the nonlinear response speed was measured using a pump-probe measuring device are shown. The nonlinear response speed is determined by the pump light (pulse width) having the measurement wavelength (f).
(100 femtoseconds) and white light (pulse width: 100 femtoseconds) were incident, and a nonlinear response was measured from a change in intensity of transmitted light to determine a response time (g). In these embodiments, the response time 3
No slow response beyond picoseconds was observed. In addition, the above 100 femto pulse light continues to be incident at intervals of 10 picoseconds,
The non-linear response behavior was measured in the same manner as described above, but it was the same as in the case of the single pulse incidence measurement described above. Therefore, it was demonstrated that these non-linear optical materials can perform a switching operation of a 100 Gbit / s high-bandwidth digital optical signal.
【００４８】以下、各実施例について、上述した実施例
説明文の （ａ）パターン化した非線形光学材料の直径 （ｂ）パターン化した非線形光学材料のピッチ （ｃ）微粒子材料 （ｄ）ヒートシンク材料 （ｅ）過剰損失値 （ｆ）応答時間測定波長 （ｇ）応答時間 を示して、説明を省略する。Hereinafter, for each embodiment, (a) the diameter of the patterned nonlinear optical material, (b) the pitch of the patterned nonlinear optical material, (c) the fine particle material, and (d) the heat sink material e) excess loss value (f) response time measurement wavelength (g) response time
【００４９】[0049]
【実施例６】 （ａ）0.8μｍ （ｂ）1.1μｍ （ｃ）CdTe微粒子 （ｄ）Au（熱伝導率；310W/mK） （ｅ）1.6dB （ｆ）680nm （ｇ）2psExample 6 (a) 0.8 μm (b) 1.1 μm (c) CdTe fine particles (d) Au (thermal conductivity; 310 W / mK) (e) 1.6 dB (f) 680 nm (g) 2 ps
【００５０】[0050]
【実施例７】 （ａ）2μｍ （ｂ）2.3μｍ （ｃ）Si微粒子 （ｄ）Cu（熱伝導率；400W/mK） （ｅ）1.3dB （ｆ）1064nm （ｇ）2.5psExample 7 (a) 2 μm (b) 2.3 μm (c) Si fine particles (d) Cu (thermal conductivity; 400 W / mK) (e) 1.3 dB (f) 1064 nm (g) 2.5 ps
【００５１】[0051]
【実施例８】 （ａ）2.5μｍ （ｂ）2.7μｍ （ｃ）Si微粒子 （ｄ）Ti（熱伝導率；21W/mK） （ｅ）1.15dB （ｆ）1064nm （ｇ）2psExample 8 (a) 2.5 μm (b) 2.7 μm (c) Si fine particles (d) Ti (thermal conductivity; 21 W / mK) (e) 1.15 dB (f) 1064 nm (g) 2 ps
【００５２】[0052]
【実施例９】 （ａ）2μｍ （ｂ）2.3μｍ （ｃ）Ge微粒子 （ｄ）SiC（熱伝導率；490W/mK） （ｅ）1.5dB （ｆ）1064nm （ｇ）2.5psExample 9 (a) 2 μm (b) 2.3 μm (c) Ge fine particles (d) SiC (thermal conductivity; 490 W / mK) (e) 1.5 dB (f) 1064 nm (g) 2.5 ps
【００５３】[0053]
【実施例１０】 （ａ）1μｍ （ｂ）1.3μｍ （ｃ）Cu微粒子 （ｄ）Y2O3（熱伝導率；25W/mK） （ｅ）0.4dB （ｆ）590nm （ｇ）2psExample 10 (a) 1 μm (b) 1.3 μm (c) Cu fine particles (d) Y 2 O 3 (thermal conductivity; 25 W / mK) (e) 0.4 dB (f) 590 nm (g) 2 ps
【００５４】[0054]
【実施例１１】 （ａ）0.8μｍ （ｂ）1.2μｍ （ｃ）Sn微粒子 （ｄ）Al2O3（熱伝導率；35W/mK） （ｅ）0.7dB （ｆ）532nm （ｇ）2.4psExample 11 (a) 0.8 μm (b) 1.2 μm (c) Sn fine particles (d) Al 2 O 3 (thermal conductivity; 35 W / mK) (e) 0.7 dB (f) 532 nm (g) 2.4 ps
【００５５】[0055]
【実施例１２】 （ａ）0.7μｍ （ｂ）1.0μｍ （ｃ）Ag微粒子 （ｄ）MgO（熱伝導率；48W/mK） （ｅ）0.8dB （ｆ）410nm （ｇ）1.8psExample 12 (a) 0.7 μm (b) 1.0 μm (c) Ag fine particles (d) MgO (thermal conductivity: 48 W / mK) (e) 0.8 dB (f) 410 nm (g) 1.8 ps
【００５６】[0056]
【実施例１３】 （ａ）0.7μｍ （ｂ）1.0μｍ （ｃ）CuCl微粒子 （ｄ）Si（熱伝導率；148W/mK） （ｅ）1.6dB （ｆ）385nm （ｇ）1.9psExample 13 (a) 0.7 μm (b) 1.0 μm (c) CuCl fine particles (d) Si (thermal conductivity: 148 W / mK) (e) 1.6 dB (f) 385 nm (g) 1.9 ps
【００５７】[0057]
【実施例１４】 （ａ）6μｍ （ｂ）6.2μｍ （ｃ）PbS微粒子 （ｄ）Si（熱伝導率；148W/mK） （ｅ）1.0dB （ｆ）1300nm （ｇ）2psExample 14 (a) 6 μm (b) 6.2 μm (c) PbS fine particles (d) Si (thermal conductivity; 148 W / mK) (e) 1.0 dB (f) 1300 nm (g) 2 ps
【００５８】[0058]
【実施例１５】 （ａ）8μｍ （ｂ）8.3μｍ （ｃ）PbSe微粒子 （ｄ）Si（熱伝導率；148W/mK） （ｅ）0.8dB （ｆ）1530nm （ｇ）2.5psExample 15 (a) 8 μm (b) 8.3 μm (c) PbSe fine particles (d) Si (thermal conductivity; 148 W / mK) (e) 0.8 dB (f) 1530 nm (g) 2.5 ps
【００５９】[0059]
【実施例１６】 （ａ）4μｍ （ｂ）4.4μｍ （ｃ）GaAs微粒子 （ｄ）Cr（熱伝導率；90W/mK） （ｅ）1.2dB （ｆ）800nm （ｇ）2.5psEmbodiment 16 (a) 4 μm (b) 4.4 μm (c) GaAs fine particles (d) Cr (thermal conductivity; 90 W / mK) (e) 1.2 dB (f) 800 nm (g) 2.5 ps
【００６０】[0060]
【発明の効果】本発明の非線形光学素子は、テラビット
／秒オーダーの光スイッチング動作が実現でき１００Gb
it/sの高帯域デジタル光信号のスイッチングが可能なの
で、高速で入出射光の損失の少ない信頼性の高い光スイ
ッチ素子などを作製することができ、２次元的な配列も
可能となることから光コンピュータや空間スイッチなど
に応用することもできる。The nonlinear optical element of the present invention can realize an optical switching operation on the order of terabits / sec.
Since it is possible to switch it / s high-bandwidth digital optical signals, it is possible to manufacture high-speed, highly reliable optical switching elements with little loss of incoming / outgoing light, etc. It can also be applied to computers and space switches.
【図１】本発明の非線形光学素子の１実施例を模式的に
表した構造断面図である。FIG. 1 is a structural sectional view schematically showing one embodiment of a nonlinear optical element of the present invention.
【図２】本実施例において構成した２次元配置素子を表
す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a two-dimensional arrangement element configured in the present embodiment.
【図３】本実施例の第２の態様を表す構造断面図であ
る。FIG. 3 is a structural sectional view illustrating a second mode of the present embodiment.
【図４】図３の非線形光学素子の態様を表す斜視図であ
る。4 is a perspective view illustrating an embodiment of the nonlinear optical element in FIG.
【図５】本実施例の第３の態様を表す構造断面図であ
る。FIG. 5 is a structural sectional view illustrating a third mode of the present example.
【図６】本実施例の第４の態様を表す構造断面図であ
る。FIG. 6 is a structural sectional view illustrating a fourth mode of the present embodiment.
【図７】従来の非線形光学素子の使用法を表した平面図
である。FIG. 7 is a plan view showing how to use a conventional nonlinear optical element.
【図８】従来の非線形光学素子の例を表した構造断面図
である。FIG. 8 is a structural sectional view showing an example of a conventional nonlinear optical element.
１ 非線形光学材料 ２，３ レンズ媒体 ４ 入射光 ５ 出射光 ６ ヒートシンク ７，８ 基板 ９ 光ファイバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonlinear optical material 2,3 Lens medium 4 Incident light 5 Outgoing light 6 Heat sink 7,8 Substrate 9 Optical fiber
Claims (6)
と、光を収束するレンズ媒体を備え、前記非線形光学材
料の光入射面側または光出射面側の少なくとも一方に近
接して前記レンズ媒体が設けられていて、前記非線形光
学材料より出射する光の広がりを抑制することを特徴と
する非線形光学素子。1. A non-linear optical material having a non-linear optical characteristic and a lens medium for converging light, wherein the lens medium is provided near at least one of a light incident surface side and a light output surface side of the nonlinear optical material. A non-linear optical element, wherein the spread of light emitted from the non-linear optical material is suppressed.
は光出射面側から見たときに、前記非線形光学材料が、
前記材料の放熱を促すためのヒートシンクにより複数の
領域に区画されており、前記レンズ媒体が前記区画され
た非線形光学材料の各領域内に光を集束するためのもの
であることを特徴とする請求項１に記載の非線形光学素
子。2. When the nonlinear optical material is viewed from the light incident surface or the light emitting surface side, the nonlinear optical material is:
The lens medium is partitioned into a plurality of regions by a heat sink for promoting heat radiation of the material, and the lens medium is for focusing light in each region of the partitioned nonlinear optical material. Item 7. The nonlinear optical element according to Item 1.
蜂の巣状に区画されていることを特徴とする請求項２に
記載の非線形光学素子。3. The nonlinear optical element according to claim 2, wherein the nonlinear optical material is partitioned into a dot shape or a honeycomb shape.
が、使用する光の波長以上であり、かつ１０μｍ以下で
あることを特徴とする請求項２または３に記載の非線形
光学素子。4. The nonlinear optical element according to claim 2, wherein the size of one section of the nonlinear optical material is not less than the wavelength of light to be used and not more than 10 μm.
が、熱伝導率が２０W/mK以上かつ厚みが１００nm以上の
ヒートシンクにより１００nm以上の間隔で形成されてい
ることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の非
線形光学素子。5. The divided non-linear optical material regions are formed at intervals of 100 nm or more by heat sinks having a thermal conductivity of 20 W / mK or more and a thickness of 100 nm or more. 5. The nonlinear optical element according to any one of items 1 to 4,
中に微粒子を分散したものであることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の非線形光学素子。6. The nonlinear optical element according to claim 1, wherein the nonlinear optical material is a material in which fine particles are dispersed in a transparent matrix.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11054437A JP2000250078A (en) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | Nonlinear optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11054437A JP2000250078A (en) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | Nonlinear optical device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000250078A true JP2000250078A (en) | 2000-09-14 |
Family
ID=12970699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11054437A Pending JP2000250078A (en) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | Nonlinear optical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000250078A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011257581A (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical material |
| JP2011257582A (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical switch |
-
1999
- 1999-03-02 JP JP11054437A patent/JP2000250078A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011257581A (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical material |
| JP2011257582A (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical switch |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20050237602A1 (en) | Light amplification element, light amplification apparatus and light amplification system | |
| JP2006500623A5 (en) | ||
| US8160416B2 (en) | Optical device | |
| JPWO2008018247A1 (en) | Transmission-type polarizing element and composite polarizing plate using the same | |
| JP2000137196A (en) | Optical luminance modulator as well as switch and rotatable attenuator using the same | |
| CN110140009A (en) | Microstructured and patterned light guide plate and device comprising same | |
| JP3456166B2 (en) | Optical coupling element and optical coupling method using photonic crystal | |
| WO2003025922A1 (en) | Optical information recording medium | |
| JP2002510062A5 (en) | ||
| JP2000250078A (en) | Nonlinear optical device | |
| WO2015137197A1 (en) | Optical component, infrared camera, and optical component production method | |
| US6792167B2 (en) | Optical switch | |
| JP7274608B2 (en) | Optical scanning element | |
| JP3486355B2 (en) | Manufacturing method of polarizer | |
| CN108828716A (en) | A kind of all-optical diode | |
| JPH11281842A (en) | Optical fuse, optical fuse composite body, and optical fuse device including the same | |
| JP3751441B2 (en) | Optical element | |
| JPH04168427A (en) | Light polarizing element | |
| TW200405954A (en) | Non-linear optical thin film, non-linear optical device using the same, and optical switch using the same | |
| Wei et al. | Electrically adjusted infrared transmittance of a functioned silicon via an au nano‐cone metasurface | |
| JPS6279418A (en) | Optical shutter array and its production | |
| EP1433022A2 (en) | Non-linear optical stacks | |
| JP2885418B2 (en) | Method for producing semiconductor-doped glass thin film | |
| JPH0915665A (en) | Nonlinear optical material and nonlinear optical element | |
| CN106444213B (en) | An Integrated Surface Plasmonic Logic Circuit |