JPH02203575A - 波長可変型コヒーレント光発生装置 - Google Patents
波長可変型コヒーレント光発生装置Info
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- JPH02203575A JPH02203575A JP1024415A JP2441589A JPH02203575A JP H02203575 A JPH02203575 A JP H02203575A JP 1024415 A JP1024415 A JP 1024415A JP 2441589 A JP2441589 A JP 2441589A JP H02203575 A JPH02203575 A JP H02203575A
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- superlattice
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、コヒーレント光を波長を変えて発生させる
ことのできる波長可変型コヒーレント光発生装置に関す
る。
ことのできる波長可変型コヒーレント光発生装置に関す
る。
「従来の技術」
コヒーレント光を波長を変えて発生させることのできる
波長可変型コヒーレント光発生装置としては、従来、色
素レーザ、波長可変型半導体レーザ、自由電子レーザな
どがある。
波長可変型コヒーレント光発生装置としては、従来、色
素レーザ、波長可変型半導体レーザ、自由電子レーザな
どがある。
第６図は色素レーザで、ローダミン６ＧやＤＣＭなどの
色素を含む色素セルフ１と、窒素レーザやＸｅＣｌレー
ザなどの励起光源７２と、発振波長を制御するための回
折格子やエタロンなどの同調素子７３と、ミラー７４お
よび７５とによって構成され、色素セルフ１中の色素に
よって決まる波長領域内の、同調素子７３の制御によっ
て決まる波長のレーザ光を発生する。
色素を含む色素セルフ１と、窒素レーザやＸｅＣｌレー
ザなどの励起光源７２と、発振波長を制御するための回
折格子やエタロンなどの同調素子７３と、ミラー７４お
よび７５とによって構成され、色素セルフ１中の色素に
よって決まる波長領域内の、同調素子７３の制御によっ
て決まる波長のレーザ光を発生する。
第７図は波長可変型半導体レーザで、Ｇ ａ Ａ ｓレ
ーザやＩｎＧａＡｓＰレーザなどの半導体レーザ８１と
、ミラーとエタロンを組み合わせたものや回折格子など
の波長選択性を有する光学素子からなる共振器８２とに
よって構成され、半導体レーザ８１から発したレーザ光
のうちの共振器８２によって選択された波長のものが出
力のレーザ光として取り出される。
ーザやＩｎＧａＡｓＰレーザなどの半導体レーザ８１と
、ミラーとエタロンを組み合わせたものや回折格子など
の波長選択性を有する光学素子からなる共振器８２とに
よって構成され、半導体レーザ８１から発したレーザ光
のうちの共振器８２によって選択された波長のものが出
力のレーザ光として取り出される。
第８図は自由電子レーザで、電子ビーム加速器９１と、
ウィグラー（アンジュレータ）９２と、共振器ミラー９
３および９４とによって構成され、電子ビーム加速器９
１からの電子ビーム９５がウィグラー９２中を運動する
時に適当な条件のもとて電磁波と相互に作用し、電子ビ
ーム９５が有する電気的エネルギーが１磁波に与えられ
て電磁波の増幅または発振がなされ、レーザ光９６が出
力される。自由電子レーザはレーザ媒質を必要としない
ためレーザ媒質で左右される発振波長はなく、その発振
波長λはウィグラー９２のピッチλ０と電子ビーム９５
の相対論的なエネルギーｒの関数であるλ＝λｏ／２ｒ
”となり、電子ビーム９５の加速エネルギーＥを変えて
電子ビーム９５の相対論的なエネルギーｒを変えること
によって発振波長λを広い波長領域にわたって連続的に
変えることができる。なお、ｒ ＝Ｅ１０．５１１ ＋
１ （Ｍ ｅ Ｖ）である。
ウィグラー（アンジュレータ）９２と、共振器ミラー９
３および９４とによって構成され、電子ビーム加速器９
１からの電子ビーム９５がウィグラー９２中を運動する
時に適当な条件のもとて電磁波と相互に作用し、電子ビ
ーム９５が有する電気的エネルギーが１磁波に与えられ
て電磁波の増幅または発振がなされ、レーザ光９６が出
力される。自由電子レーザはレーザ媒質を必要としない
ためレーザ媒質で左右される発振波長はなく、その発振
波長λはウィグラー９２のピッチλ０と電子ビーム９５
の相対論的なエネルギーｒの関数であるλ＝λｏ／２ｒ
”となり、電子ビーム９５の加速エネルギーＥを変えて
電子ビーム９５の相対論的なエネルギーｒを変えること
によって発振波長λを広い波長領域にわたって連続的に
変えることができる。なお、ｒ ＝Ｅ１０．５１１ ＋
１ （Ｍ ｅ Ｖ）である。
「発明が解決しようとする課題」
しかしながら、上述した従来の波長可変型コヒーレント
光発生装置である、色素レーザ、波長可変型半導体レー
ザおよび自由電子レーザは、第６図に示す色素レーザで
は同調素子７３、第７図に示す波長可変型半導体レーザ
では共振器８２、第８図に示す自由電子レーザでは共振
器ミラー９３および９４というように、いずれも同調手
段または共振手段を必要とする欠点がある。
光発生装置である、色素レーザ、波長可変型半導体レー
ザおよび自由電子レーザは、第６図に示す色素レーザで
は同調素子７３、第７図に示す波長可変型半導体レーザ
では共振器８２、第８図に示す自由電子レーザでは共振
器ミラー９３および９４というように、いずれも同調手
段または共振手段を必要とする欠点がある。
しかも、第６図に示す色素レーザにおいては、色素セル
フ１中の色素がローダミン６Ｇの場合には可変波長領域
が５６５０人〜６２００人というように、可変波長領域
が数１００人程皮表狭く、広い波長領域をカバーするに
は色素を交換しなければならない欠点がある。また、第
７図に示す波長可変型半導体レーザにおいても、半導体
レーザ８１としてＩｎＧａＡｓＰレーザを用い、共振器
８２として光フアイバ共振器を用いた場合には可変波長
領域が１４５５０人〜１５４５０人というように、可変
波長領域が数１００人程皮表狭い欠点がある。さらに、
第８図に示す自由電子レーザにおいては、上述したよう
に電子ビーム９５の加速エネルギーＥを変えることによ
って発振波長λを広い波長領域にわたって連続的に変え
ることができるが、近赤外線領域のレーザ光を発生させ
る場合には電子ビーム加速器９１として電子ビーム９５
の加速エネルギーＥを数１００ＭｅＶ程度にする大規模
なものを必要とするとともに、共振器ミラー９３および
９４として広い発振波長領域に適合するものを必要とす
る欠点がある。
フ１中の色素がローダミン６Ｇの場合には可変波長領域
が５６５０人〜６２００人というように、可変波長領域
が数１００人程皮表狭く、広い波長領域をカバーするに
は色素を交換しなければならない欠点がある。また、第
７図に示す波長可変型半導体レーザにおいても、半導体
レーザ８１としてＩｎＧａＡｓＰレーザを用い、共振器
８２として光フアイバ共振器を用いた場合には可変波長
領域が１４５５０人〜１５４５０人というように、可変
波長領域が数１００人程皮表狭い欠点がある。さらに、
第８図に示す自由電子レーザにおいては、上述したよう
に電子ビーム９５の加速エネルギーＥを変えることによ
って発振波長λを広い波長領域にわたって連続的に変え
ることができるが、近赤外線領域のレーザ光を発生させ
る場合には電子ビーム加速器９１として電子ビーム９５
の加速エネルギーＥを数１００ＭｅＶ程度にする大規模
なものを必要とするとともに、共振器ミラー９３および
９４として広い発振波長領域に適合するものを必要とす
る欠点がある。
そこで、この発明は、波長可変型コヒーレント光発生装
置において、同調手段や共振手段を必要としない簡単な
構成によってコヒーレント光の波長をマイクロ波から近
赤外線までにわたる広い波長領域内において連続的に変
化させることができるようにしたものである。
置において、同調手段や共振手段を必要としない簡単な
構成によってコヒーレント光の波長をマイクロ波から近
赤外線までにわたる広い波長領域内において連続的に変
化させることができるようにしたものである。
「課題を解決するための手段」
請求項１の発明においては、コヒーレント光の発生源と
して基板上に超伝導体と絶縁体を交互に積層した超格子
層を形成し、この超格子層の両端に一対の電極を設け、
この一対の電極に超格子層の両端間に超格子層のそれぞ
れのジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わせる
駆動電圧を印加する駆動電圧源を接続し、さらに超格子
層を冷却する冷却手段と超格子層から発生したコヒーレ
ント光を外部に取り出すための光学窓を設ける。
して基板上に超伝導体と絶縁体を交互に積層した超格子
層を形成し、この超格子層の両端に一対の電極を設け、
この一対の電極に超格子層の両端間に超格子層のそれぞ
れのジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わせる
駆動電圧を印加する駆動電圧源を接続し、さらに超格子
層を冷却する冷却手段と超格子層から発生したコヒーレ
ント光を外部に取り出すための光学窓を設ける。
請求項２の発明においては、コヒーレント光の発生源と
して基板上に超伝導体と絶縁体を交互に積層した超格子
層を形成し、この超格子層の超伝導体の一つおきのもの
を接続した一方の電極と他の一つおきのものを接続した
他方の電極を設け、この一方の電極および他方の電極に
超格子層のそれぞれのジョセフソン接合にそれぞれのジ
ョセフソン接合からジッセフソン放射を行わせる駆動電
圧を印加する駆動電圧源を接続し、さらに超格子層を冷
却する冷却手段と超格子層から発生したコヒーレント光
を外部に取り出すための光学窓を設ける。
して基板上に超伝導体と絶縁体を交互に積層した超格子
層を形成し、この超格子層の超伝導体の一つおきのもの
を接続した一方の電極と他の一つおきのものを接続した
他方の電極を設け、この一方の電極および他方の電極に
超格子層のそれぞれのジョセフソン接合にそれぞれのジ
ョセフソン接合からジッセフソン放射を行わせる駆動電
圧を印加する駆動電圧源を接続し、さらに超格子層を冷
却する冷却手段と超格子層から発生したコヒーレント光
を外部に取り出すための光学窓を設ける。
「作 用」
薄膜状の絶縁体の両面に薄膜状の超伝導体が形成された
ジョセフソン（Ｊ ｏｓｅｐｈｓｏｎ ）接合に、その
超伝導体のフェルミ面近傍におけるエネルギーギャップ
に相当する上限値を超えない電圧を印加すると、交流ジ
ョセフソン効果によってジョセフソン放射を生じ、印加
電圧に反比例する波長のコヒーレント光を発生する。し
かも、超伝導体と絶縁体を交互に積層して多数のジョセ
フソン接合を形成した超格子においては、それぞれのジ
ョセフソン接合に上記の上限値を超えない電圧を印加す
ることによって、ジョセフソン放射の出力が大幅に増大
してジョセフソン接合の総数の二乗に比例したパワーの
コヒーレント光が得られるとともに、発振線幅がジョセ
フソン接合の総数に反比例して小さくなる。
ジョセフソン（Ｊ ｏｓｅｐｈｓｏｎ ）接合に、その
超伝導体のフェルミ面近傍におけるエネルギーギャップ
に相当する上限値を超えない電圧を印加すると、交流ジ
ョセフソン効果によってジョセフソン放射を生じ、印加
電圧に反比例する波長のコヒーレント光を発生する。し
かも、超伝導体と絶縁体を交互に積層して多数のジョセ
フソン接合を形成した超格子においては、それぞれのジ
ョセフソン接合に上記の上限値を超えない電圧を印加す
ることによって、ジョセフソン放射の出力が大幅に増大
してジョセフソン接合の総数の二乗に比例したパワーの
コヒーレント光が得られるとともに、発振線幅がジョセ
フソン接合の総数に反比例して小さくなる。
請求項１または２の発明の波長可変型コヒーレント光発
生装置においては、基板上に超格子層が形成され、この
超格子層のそれぞれのジョセフソン接合にそれぞれのジ
ョセフソン接合からジッセフソン放射を行わせる電圧が
印加されるので、その超格子層のジョセフソン接合の総
数の二乗に比例した大きなパワーの、ジョセフソン接合
の総数に反比例した小さな発振線幅のコヒーレント光が
得られる。しかも、駆動電圧源の出力電圧を変化させて
超格子層のそれぞれのジョセフソン接合への印加電圧を
上記の上限値を超えない範囲内で変化させることによっ
て、得られるコヒーレント光の波長を連続的に変化させ
ることができ、超格子層の超伝導体として酸化物超伝導
体を用いるなど、超格子層の超伝導体の材料を選定して
、それぞれのジョセフソン接合への印加電圧の上記の上
限値を大きくすることによって、コヒーレント光の波長
をマイクロ波から近赤外線までにわたる広い波長領域内
において連続的に変化させることができる。
生装置においては、基板上に超格子層が形成され、この
超格子層のそれぞれのジョセフソン接合にそれぞれのジ
ョセフソン接合からジッセフソン放射を行わせる電圧が
印加されるので、その超格子層のジョセフソン接合の総
数の二乗に比例した大きなパワーの、ジョセフソン接合
の総数に反比例した小さな発振線幅のコヒーレント光が
得られる。しかも、駆動電圧源の出力電圧を変化させて
超格子層のそれぞれのジョセフソン接合への印加電圧を
上記の上限値を超えない範囲内で変化させることによっ
て、得られるコヒーレント光の波長を連続的に変化させ
ることができ、超格子層の超伝導体として酸化物超伝導
体を用いるなど、超格子層の超伝導体の材料を選定して
、それぞれのジョセフソン接合への印加電圧の上記の上
限値を大きくすることによって、コヒーレント光の波長
をマイクロ波から近赤外線までにわたる広い波長領域内
において連続的に変化させることができる。
また、請求項１の発明の波長可変型コヒーレント光発生
装置は、駆動電圧源の出力電圧が超格子層において分割
されて超格子層のそれぞれのジョセフソン接合に印加さ
れるシリーズバイアシング（Ｓ ｅｒｉｅｓ Ｂ ｉａ
ｓｉｎｇ）構造であるので、駆動電圧源の出力電圧とし
て超格子層のジョセフソン接合の総数に比例した大きな
電圧を必要とするのに対して、請求項２の発明の波長可
変型コヒーレント光発生装置は、駆動電圧源の出力電圧
が分割されることなく、そのまま超格子層のそれぞれの
ジョセフソン接合に印加されるパラレルバイアシング（
Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｂｉａｓｉｎｇ）構造であるので、
駆動電圧源の出力電圧を超格子層のジョセフソン接合の
総数に無関係に著しく小さくすることができ、低電圧駆
動が可能になる。 ／「実施例Ｊ 第１図および第２図は、この発明の波長可変型コヒーレ
ント光発生装置の一例で、請求項１の発明のシリーズバ
イアシング構造の場合である。
装置は、駆動電圧源の出力電圧が超格子層において分割
されて超格子層のそれぞれのジョセフソン接合に印加さ
れるシリーズバイアシング（Ｓ ｅｒｉｅｓ Ｂ ｉａ
ｓｉｎｇ）構造であるので、駆動電圧源の出力電圧とし
て超格子層のジョセフソン接合の総数に比例した大きな
電圧を必要とするのに対して、請求項２の発明の波長可
変型コヒーレント光発生装置は、駆動電圧源の出力電圧
が分割されることなく、そのまま超格子層のそれぞれの
ジョセフソン接合に印加されるパラレルバイアシング（
Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｂｉａｓｉｎｇ）構造であるので、
駆動電圧源の出力電圧を超格子層のジョセフソン接合の
総数に無関係に著しく小さくすることができ、低電圧駆
動が可能になる。 ／「実施例Ｊ 第１図および第２図は、この発明の波長可変型コヒーレ
ント光発生装置の一例で、請求項１の発明のシリーズバ
イアシング構造の場合である。
内側ガラス１１および外側ガラス１２からなるパッケー
ジ１０の内部に固定台２１が取り付けられ、固定台２１
上に５ｒＴｉＯ＝からなる基板２２が取り付けられ、基
板２２上にＳｒＴｉＯ３などの誘電体層２３が形成され
、誘電体層２３上に２０人程度の厚みの方形薄膜状のＴ
＋Ｂａ、ＣａｘＣｕ４０＋などの超伝導体３１ｓと同じ
く２０人程度の厚みの方形薄膜状のＣａＦｚなとの絶縁
体３１１が交互に数百層ないし数千層にわたって基板２
２および誘電体層２３の厚み方向に積層されて形成され
て超格子１１３１が構成される。
ジ１０の内部に固定台２１が取り付けられ、固定台２１
上に５ｒＴｉＯ＝からなる基板２２が取り付けられ、基
板２２上にＳｒＴｉＯ３などの誘電体層２３が形成され
、誘電体層２３上に２０人程度の厚みの方形薄膜状のＴ
＋Ｂａ、ＣａｘＣｕ４０＋などの超伝導体３１ｓと同じ
く２０人程度の厚みの方形薄膜状のＣａＦｚなとの絶縁
体３１１が交互に数百層ないし数千層にわたって基板２
２および誘電体層２３の厚み方向に積層されて形成され
て超格子１１３１が構成される。
超格子層３１は基板２２に垂直な４個の面のうちの一つ
がコヒーレント光の出射面３１ａとされるもので、他の
３個の面にはＭｇＯなどの保護絶縁膜３２が形成され、
保護絶縁膜３２上にコヒーレント光の出射を防止するＡ
Ｉなどの金属コート膜３３が形成される。
がコヒーレント光の出射面３１ａとされるもので、他の
３個の面にはＭｇＯなどの保護絶縁膜３２が形成され、
保護絶縁膜３２上にコヒーレント光の出射を防止するＡ
Ｉなどの金属コート膜３３が形成される。
超格子１１３１の両端には、Ａｕなどの電極３４および
３５が設けられる。すなわち、誘電体Ｎ２３上に超格子
層３１の超伝導体３１ｓのうちの誘電体層２３に最も近
いものと接続されて電極３４が形成されるとともに、超
格子１１１３１の超伝導体３１ｓのうちのｔｆ：ｔ１体
層２３から最も遠いもの、金属コート膜３３および誘電
体層２３にまたがって電極３５が形成される。
３５が設けられる。すなわち、誘電体Ｎ２３上に超格子
層３１の超伝導体３１ｓのうちの誘電体層２３に最も近
いものと接続されて電極３４が形成されるとともに、超
格子１１１３１の超伝導体３１ｓのうちのｔｆ：ｔ１体
層２３から最も遠いもの、金属コート膜３３および誘電
体層２３にまたがって電極３５が形成される。
パッケージエ０の外部には駆動電圧源４０が設けられ、
その一方の出力端子４１が電極３４に接続され、その他
方の出力端子４２が電極３５に接続されて、駆動電圧源
４０の出力電圧ＶＸが電極３４．３５間に、すなわち超
格子層３１の両端間に駆動電圧として印加される。駆動
電圧Ｖｘは、後述するように超格子［３１のそれぞれの
ジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わせる大き
さにされるとともに、駆動電圧ｆｉ４０は、駆動電圧Ｖ
ｘを上記の範囲内で任意に変化させることができるもの
にされる。
その一方の出力端子４１が電極３４に接続され、その他
方の出力端子４２が電極３５に接続されて、駆動電圧源
４０の出力電圧ＶＸが電極３４．３５間に、すなわち超
格子層３１の両端間に駆動電圧として印加される。駆動
電圧Ｖｘは、後述するように超格子［３１のそれぞれの
ジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わせる大き
さにされるとともに、駆動電圧ｆｉ４０は、駆動電圧Ｖ
ｘを上記の範囲内で任意に変化させることができるもの
にされる。
パフケージ１０の外部には小型の液体窒素製造装置５０
が設けられ、この液体窒素製造装置５０が連結管５１お
よび５２によってパッケージ１０の内部と連結されて、
パッケージ１０の内部に超格子７５３１を冷却する液体
窒素５３が供給されるとともに、その液体窒素５３がパ
ッケージ１０の内部と液体窒素製造装置５０の間を常に
循環するようにされる。なお、パッケージ１０の内側ガ
ラスＩＩと外側ガラス１２の間は真空にされてパッケー
ジ１０の内外が断熱され、パッケージ１０の表面に霜が
付くのが防止される。
が設けられ、この液体窒素製造装置５０が連結管５１お
よび５２によってパッケージ１０の内部と連結されて、
パッケージ１０の内部に超格子７５３１を冷却する液体
窒素５３が供給されるとともに、その液体窒素５３がパ
ッケージ１０の内部と液体窒素製造装置５０の間を常に
循環するようにされる。なお、パッケージ１０の内側ガ
ラスＩＩと外側ガラス１２の間は真空にされてパッケー
ジ１０の内外が断熱され、パッケージ１０の表面に霜が
付くのが防止される。
パッケージＩＯの超格子層３１の出射面３１ａと対向す
る部分には、出射面３１ａから出射した後述するように
発振波長がマイクロ波から近赤外線までにわたる広い波
長領域内において変えられるコヒーレント光３７を外部
に取り出すための、ＫＢｒやＣｓｌなどによって形成さ
れる光学窓６゜が設けられる。
る部分には、出射面３１ａから出射した後述するように
発振波長がマイクロ波から近赤外線までにわたる広い波
長領域内において変えられるコヒーレント光３７を外部
に取り出すための、ＫＢｒやＣｓｌなどによって形成さ
れる光学窓６゜が設けられる。
この例においては、第３図に示すように、超格子Ｎ３１
の両端間に印加される駆動電圧ＶＸが超格子１１１３１
において超格子Ｊｉ３１のジョセフソン接合の総数ｎに
分割されて、その分割された電圧Ｖｊ−Ｖｘ／ｎが超格
子層３１のそれぞれのジョセフソン接合に印加され、し
かも、その印加電圧ｖｊが超格子１１ｆ３１の超伝導体
３１ｓのフェルミ面近傍におけるエネルギーギャップ２
Δに相当する上限値Ｖｊａを超えない電圧にされる。
の両端間に印加される駆動電圧ＶＸが超格子１１１３１
において超格子Ｊｉ３１のジョセフソン接合の総数ｎに
分割されて、その分割された電圧Ｖｊ−Ｖｘ／ｎが超格
子層３１のそれぞれのジョセフソン接合に印加され、し
かも、その印加電圧ｖｊが超格子１１ｆ３１の超伝導体
３１ｓのフェルミ面近傍におけるエネルギーギャップ２
Δに相当する上限値Ｖｊａを超えない電圧にされる。
このように薄膜状の絶縁体３１ｉの両面に薄膜状の超伝
導体３１ｓが形成されたジョセフソン接合に超伝導体３
１ｓのフェルミ面近傍におけるエネルギーギャップ２Δ
に相当する上限値Ｖｊａを超えない電圧Ｖｊが印加され
ると、交流ジョセフソン効果によってジョセフソン放射
を生じ、角振動数ωが ｈ／２π で表され、これにω＝２πｆ＝２πＣ／λを代入すると となるように波長λが印加電圧Ｖｊに反比例するコヒー
レット光を発生する。ただし、ｅは電子の電荷、ｈはブ
ランク定数、ｆはコヒーレント光の振動数、Ｃは光速で
、 ｈ ／ ２ ｘ ＝１．０５４５０ Ｘｌ０−” （
Ｊ−ｓ ）ｃ ＝２．９９７９２５Ｘ１０” （ｍ
−ｓ−’）ｅ＝１．６０２１０ Ｘｌ０−１９（Ｃ〕を
（２）式に代入すると となる。しかも、超伝導体３１ｓと絶縁体３１ｉが交互
に積層されて多数のジョセフソン接合が形成された超格
子１’ｉ３１においては、コヒーレント光３７のパワー
がジョセフソン接合の総数ｎの二乗に比例して大幅に増
大するとともに、発振線幅がジョセフソン接合の総数ｎ
に反比例して小さくなる。
導体３１ｓが形成されたジョセフソン接合に超伝導体３
１ｓのフェルミ面近傍におけるエネルギーギャップ２Δ
に相当する上限値Ｖｊａを超えない電圧Ｖｊが印加され
ると、交流ジョセフソン効果によってジョセフソン放射
を生じ、角振動数ωが ｈ／２π で表され、これにω＝２πｆ＝２πＣ／λを代入すると となるように波長λが印加電圧Ｖｊに反比例するコヒー
レット光を発生する。ただし、ｅは電子の電荷、ｈはブ
ランク定数、ｆはコヒーレント光の振動数、Ｃは光速で
、 ｈ ／ ２ ｘ ＝１．０５４５０ Ｘｌ０−” （
Ｊ−ｓ ）ｃ ＝２．９９７９２５Ｘ１０” （ｍ
−ｓ−’）ｅ＝１．６０２１０ Ｘｌ０−１９（Ｃ〕を
（２）式に代入すると となる。しかも、超伝導体３１ｓと絶縁体３１ｉが交互
に積層されて多数のジョセフソン接合が形成された超格
子１’ｉ３１においては、コヒーレント光３７のパワー
がジョセフソン接合の総数ｎの二乗に比例して大幅に増
大するとともに、発振線幅がジョセフソン接合の総数ｎ
に反比例して小さくなる。
したがって、超格子１ｉ３Ｌの出射面３１ａからは、コ
ヒーレント光３７として、波長スが（３）式で示される
ように駆動電圧Ｖｘに反比例した、パワーが大きく、発
振線幅の小さいものが得られる。
ヒーレント光３７として、波長スが（３）式で示される
ように駆動電圧Ｖｘに反比例した、パワーが大きく、発
振線幅の小さいものが得られる。
ここで、ジョセフソン接合への印加電圧Ｖｊの上述した
エネルギーギャップ２Δに相当する上限値Ｖｊａは、超
伝導体材料によって決まり、一般に超伝導体材料の臨界
温度Ｔｃが高いほど大きい。
エネルギーギャップ２Δに相当する上限値Ｖｊａは、超
伝導体材料によって決まり、一般に超伝導体材料の臨界
温度Ｔｃが高いほど大きい。
例えば、臨界温度Ｔｃが９．２０にのＮｂでは、２Δ＝
３．０５ｍ ｅ Ｖであるので、Ｖｊａ＝３．０５ｍ
Ｖとなる。
３．０５ｍ ｅ Ｖであるので、Ｖｊａ＝３．０５ｍ
Ｖとなる。
したがって、超格子［３１の超伝導体３１ｓとしてＮｂ
を用いる場合には、（３）式から最小発振波長λｉが０
．２ｍｍとなり、マイクロ波領域のコヒーレント光しか
発生しない。
を用いる場合には、（３）式から最小発振波長λｉが０
．２ｍｍとなり、マイクロ波領域のコヒーレント光しか
発生しない。
しかしながら、上述したＴ＋ＢａｔＣａｓＣｕ４０ｚの
ような最近の酸化物超伝導体は、臨界温度ＴｃがＮｂな
どに比べてかなり高く、上述したエネルギーギャップ２
ΔがＮｂなどに比べて著しく大きいので、上述したよう
に超格子層３工の超伝導体３１ｓとしてＴＩＢａｚＣａ
３Ｃｕ４０＋＋のような酸化物超伝導体を用いるときは
、最小発振波長ズｉを近赤外！５１８Ｎ域にすることが
でき、超格子層３１のそれぞれのジョセフソン接合への
印加電圧Ｖｊが上記のエネルギーギャップ２Δに相当す
る上限値Ｖｊａを超えない範囲内で駆動電圧Ｖｘを変化
させることによりて、コヒーレント光３７の波長λをマ
イクロ波から近赤外線までにわたる広い波長領域内にお
いて連続的に変化させることができる。
ような最近の酸化物超伝導体は、臨界温度ＴｃがＮｂな
どに比べてかなり高く、上述したエネルギーギャップ２
ΔがＮｂなどに比べて著しく大きいので、上述したよう
に超格子層３工の超伝導体３１ｓとしてＴＩＢａｚＣａ
３Ｃｕ４０＋＋のような酸化物超伝導体を用いるときは
、最小発振波長ズｉを近赤外！５１８Ｎ域にすることが
でき、超格子層３１のそれぞれのジョセフソン接合への
印加電圧Ｖｊが上記のエネルギーギャップ２Δに相当す
る上限値Ｖｊａを超えない範囲内で駆動電圧Ｖｘを変化
させることによりて、コヒーレント光３７の波長λをマ
イクロ波から近赤外線までにわたる広い波長領域内にお
いて連続的に変化させることができる。
具体的に、超格子層３１の超伝導体３１ｓとして臨界温
度Ｔｃが１２２にのＴＩＢａｇＣａｓＣｕａＯｌｌを用
いるときは、２Δ＝１３１ｍａＶであるので、Ｖｊａ−
１３１ｍＶとなり、（３）式から最小発振波長λｉが４
．７３μｍ（近赤外線）となって、例えば超格子層３１
のジョセフソン接合の総数ｎを１０００にすると、すな
わち絶縁体３１ｉを１００ＯＮ形成すると、駆動電圧Ｖ
ＷをＩＶから１３０■までの間で変化させることによっ
て、すなわちジョセフソン接合への印加電圧Ｖｊを１ｍ
Ｖから１３０ｍＶまでの間で変化させることによって、
コヒーレント光３７の波長λをマイクロ波領域の０．６
２ｍｍから近赤外！ｌｌｌＳｉ域の４．８μｍまでにわ
たって連続的に変化させることができる。このとき、コ
ヒーレント光３７のパワーは０．１Ｗ程度になる。
度Ｔｃが１２２にのＴＩＢａｇＣａｓＣｕａＯｌｌを用
いるときは、２Δ＝１３１ｍａＶであるので、Ｖｊａ−
１３１ｍＶとなり、（３）式から最小発振波長λｉが４
．７３μｍ（近赤外線）となって、例えば超格子層３１
のジョセフソン接合の総数ｎを１０００にすると、すな
わち絶縁体３１ｉを１００ＯＮ形成すると、駆動電圧Ｖ
ＷをＩＶから１３０■までの間で変化させることによっ
て、すなわちジョセフソン接合への印加電圧Ｖｊを１ｍ
Ｖから１３０ｍＶまでの間で変化させることによって、
コヒーレント光３７の波長λをマイクロ波領域の０．６
２ｍｍから近赤外！ｌｌｌＳｉ域の４．８μｍまでにわ
たって連続的に変化させることができる。このとき、コ
ヒーレント光３７のパワーは０．１Ｗ程度になる。
なお、超格子層３１においてジョセフソン放射の出力の
増大が生じるためには超伝導体３１ｓの厚みがロンドン
磁場侵入長より十分小さいことが必要であるが、ＴＩＢ
ａｔＣａｓＣｕａ○１．のような酸化物超伝導体におい
てはロンドン磁場侵入長がだいたい数１０００人である
ので、上述したように超伝導体３１ｓとしてＴＩＢａｇ
ＣａｓＣｕａＯｌｌのような酸化物超伝導体を用い、か
つその厚みを数１０人程度にすることによって、この条
件を満たす、また、酸化物超伝導体においてはクーパー
ペアの空間的な広がりを示すコヒーレンス長が非常に短
く、数１０人程度であるので、均一性を保持するために
は超伝導体３１ｓの厚みを１分子層程度にする。
増大が生じるためには超伝導体３１ｓの厚みがロンドン
磁場侵入長より十分小さいことが必要であるが、ＴＩＢ
ａｔＣａｓＣｕａ○１．のような酸化物超伝導体におい
てはロンドン磁場侵入長がだいたい数１０００人である
ので、上述したように超伝導体３１ｓとしてＴＩＢａｇ
ＣａｓＣｕａＯｌｌのような酸化物超伝導体を用い、か
つその厚みを数１０人程度にすることによって、この条
件を満たす、また、酸化物超伝導体においてはクーパー
ペアの空間的な広がりを示すコヒーレンス長が非常に短
く、数１０人程度であるので、均一性を保持するために
は超伝導体３１ｓの厚みを１分子層程度にする。
第４図は、この発明の波長可変型コヒーレント光発生装
置の他の例で、請求項２の発明のパラレルバイアシング
構造の場合である。
置の他の例で、請求項２の発明のパラレルバイアシング
構造の場合である。
この例においては、超格子層３１の超伝導体３１ｓのう
ちの誘電体層２３に最も近いものを含む一つおきのもの
が電極３４に接続され、誘電体層２３から最も遠いもの
を含む他の一つおきのものが電極３５に接続されるとと
もに、駆動電圧源４０の出力電圧ｖｙが、超格子層３１
の一つのジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わ
せる、上述した上限値Ｖｊａを超えない大きさにされる
。
ちの誘電体層２３に最も近いものを含む一つおきのもの
が電極３４に接続され、誘電体層２３から最も遠いもの
を含む他の一つおきのものが電極３５に接続されるとと
もに、駆動電圧源４０の出力電圧ｖｙが、超格子層３１
の一つのジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わ
せる、上述した上限値Ｖｊａを超えない大きさにされる
。
そのほかは、第１図および第２図に示した例と同じであ
る。
る。
この例においては、第５図に示すように、駆動電圧源４
０の出力電圧ｖｙが分割されることなく、そのまま超格
子１’ｉ３１のそれぞれのジョセフソン接合に印加され
るので、すなわち出力電圧ｖｙがそれぞれのジョセフソ
ン接合への印加電圧Ｖｊとなるので、コヒーレント光３
７の波長λは上記の（３）式においてｎ ／ Ｖ ｘ
＝ １ ／ Ｖ ｙと置いたとなり、超格子７ｉ３１の
出射面３１ａからは、コヒーレント光３７として、波長
λが駆動電圧ｖｙに反比例した、パワーが大きく、発振
線幅の小さいものが得られるとともに、特に、駆動電圧
ｔＡ４０の出力電圧、すなわち超格子ＩＷ３１の駆動電
圧ｖｙを超格子層３１のジョセフソン接合の総数ｎに無
関係に著しく小さくすることができ、低電圧駆動が可能
になる。
０の出力電圧ｖｙが分割されることなく、そのまま超格
子１’ｉ３１のそれぞれのジョセフソン接合に印加され
るので、すなわち出力電圧ｖｙがそれぞれのジョセフソ
ン接合への印加電圧Ｖｊとなるので、コヒーレント光３
７の波長λは上記の（３）式においてｎ ／ Ｖ ｘ
＝ １ ／ Ｖ ｙと置いたとなり、超格子７ｉ３１の
出射面３１ａからは、コヒーレント光３７として、波長
λが駆動電圧ｖｙに反比例した、パワーが大きく、発振
線幅の小さいものが得られるとともに、特に、駆動電圧
ｔＡ４０の出力電圧、すなわち超格子ＩＷ３１の駆動電
圧ｖｙを超格子層３１のジョセフソン接合の総数ｎに無
関係に著しく小さくすることができ、低電圧駆動が可能
になる。
具体的に、超格子層３１の超伝導体３１ｓとして上述し
たように臨界温度Ｔｃが１２２にで、ジョセフソン接合
への印加電圧Ｖｊの上限値Ｖｊａが１３１ｍＶのＴＩＢ
ａｘＣａｓＣｕａＯＩ＋を用いるときは、駆動電圧ｖｙ
を１ｍＶから１３０ｍＶまでの間で変化させることによ
って、コヒーレント光３７の波長λをマイクロ波領域の
０．６２ｍｍから近赤外線領域の４．８μｍまでにわた
って連続的に変化させることができる。
たように臨界温度Ｔｃが１２２にで、ジョセフソン接合
への印加電圧Ｖｊの上限値Ｖｊａが１３１ｍＶのＴＩＢ
ａｘＣａｓＣｕａＯＩ＋を用いるときは、駆動電圧ｖｙ
を１ｍＶから１３０ｍＶまでの間で変化させることによ
って、コヒーレント光３７の波長λをマイクロ波領域の
０．６２ｍｍから近赤外線領域の４．８μｍまでにわた
って連続的に変化させることができる。
なお、上述した各側はいずれも超格子１ｉ３１の超伝導
体３１ｓと絶縁体３１ｉが基板２２の厚み方向に積層さ
れる場合であるが、超伝導体と絶縁体が基板の表面に平
行な方向に積層されるように超格子層を形成してもよい
。
体３１ｓと絶縁体３１ｉが基板２２の厚み方向に積層さ
れる場合であるが、超伝導体と絶縁体が基板の表面に平
行な方向に積層されるように超格子層を形成してもよい
。
「発明の効果Ｊ
上述したように、請求項１または２の発明によれば、同
調手段や共振手段を必要としない簡単なｔｉ成によって
コヒーレント光の波長をマイクロ波から近赤外線までに
わたる広い波長領域内において連続的に変化させること
ができる。
調手段や共振手段を必要としない簡単なｔｉ成によって
コヒーレント光の波長をマイクロ波から近赤外線までに
わたる広い波長領域内において連続的に変化させること
ができる。
また、特に請求項２の発明によれば、超格子層の駆動電
圧を超格子層のジョセフソン接合の総数に無関係に著し
く小さくすることができ、低電圧駆動が可能になる。
圧を超格子層のジョセフソン接合の総数に無関係に著し
く小さくすることができ、低電圧駆動が可能になる。
第１図は、この発明の波長可変型コヒーレント光発生装
置の一例の全体を示す図、第２図は、その超格子層をコ
ヒーレント光の出射面側から見た図、第３図は、その超
格子層への駆動電圧の印加状態を示す図、第４図は、こ
の発明の波長可変型コヒーレント光発生装置の他の例の
全体を示す図、第５図は、その超格子層への駆動電圧の
印加状態を示す図、第６図、第７図および第８図は、そ
れぞれ従来の波長可変型コヒーレント光発生装置の一例
を示す図である。 オ ６ 図
置の一例の全体を示す図、第２図は、その超格子層をコ
ヒーレント光の出射面側から見た図、第３図は、その超
格子層への駆動電圧の印加状態を示す図、第４図は、こ
の発明の波長可変型コヒーレント光発生装置の他の例の
全体を示す図、第５図は、その超格子層への駆動電圧の
印加状態を示す図、第６図、第７図および第８図は、そ
れぞれ従来の波長可変型コヒーレント光発生装置の一例
を示す図である。 オ ６ 図
Claims (2)
- （１）基板と、 この基板上に形成された、超伝導体と絶縁体が交互に積
層された超格子層と、 この超格子層の両端に設けられた一対の電極と、 この一対の電極に接続された、上記超格子層の両端間に
上記超格子層のそれぞれのジョセフソン接合からジョセ
フソン放射を行わせる駆動電圧を印加する駆動電圧源と
、 上記超格子層を冷却する冷却手段と、 上記超格子層から発生したコヒーレント光を外部に取り
出すための光学窓と、 を備える波長可変型コヒーレント光発生装置。 - （２）基板と、 この基板上に形成された、超伝導体と絶縁体が交互に積
層された超格子層と、 この超格子層の上記超伝導体の一つおきのものを接続し
た一方の電極と、 上記超格子層の上記超伝導体の他の一つおきのものを接
続した他方の電極と、 上記一方の電極および上記他方の電極に接続された、上
記超格子層のそれぞれのジョセフソン接合にそれぞれの
ジョセフソン接合からジョセフソン放射を行わせる駆動
電圧を印加する駆動電圧源と、 上記超格子層を冷却する冷却手段と、 上記超格子層から発生したコヒーレント光を外部に取り
出すための光学窓と、 を備える波長可変型コヒーレント光発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024415A JPH02203575A (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 波長可変型コヒーレント光発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024415A JPH02203575A (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 波長可変型コヒーレント光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02203575A true JPH02203575A (ja) | 1990-08-13 |
Family
ID=12137527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1024415A Pending JPH02203575A (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 波長可変型コヒーレント光発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02203575A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19634808A1 (de) * | 1996-08-29 | 1998-03-05 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Bauelement mit vertikal angeordneter, insbesondere mehrere Tunnelkontakte enthaltender Schichtenfolge und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| WO2000077892A1 (fr) * | 1999-06-10 | 2000-12-21 | Japan Science And Technology Corporation | Oscillateur supraconducteur permettant de generer un rayonnement electromagnetique coherent et procede de fabrication correspondant |
-
1989
- 1989-02-01 JP JP1024415A patent/JPH02203575A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19634808A1 (de) * | 1996-08-29 | 1998-03-05 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Bauelement mit vertikal angeordneter, insbesondere mehrere Tunnelkontakte enthaltender Schichtenfolge und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| WO2000077892A1 (fr) * | 1999-06-10 | 2000-12-21 | Japan Science And Technology Corporation | Oscillateur supraconducteur permettant de generer un rayonnement electromagnetique coherent et procede de fabrication correspondant |
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