JPH03174125A - 光スイッチング素子 - Google Patents

光スイッチング素子

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JPH03174125A
JPH03174125A JP2226800A JP22680090A JPH03174125A JP H03174125 A JPH03174125 A JP H03174125A JP 2226800 A JP2226800 A JP 2226800A JP 22680090 A JP22680090 A JP 22680090A JP H03174125 A JPH03174125 A JP H03174125A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical
waveguide
light
organic material
optical switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP2226800A
Other languages
English (en)
Inventor
Duncan J Westland
ダンカン・ゼームス・ウエストランド
Vladimir Skarda
ブラディミア・スカーダ
Werner Blau
ワーナー・ブロー
Lorenzo Costa
ロレンゾ・コスタ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University College Dublin
Enichem SpA
Original Assignee
University College Dublin
Enichem SpA
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Publication date
Application filed by University College Dublin, Enichem SpA filed Critical University College Dublin
Publication of JPH03174125A publication Critical patent/JPH03174125A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/3515All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Lasers (AREA)

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】 本発明は100GHzを越える速度で動作できる非線形
全光学空間光スイッチに関し、より詳しくは、非線形媒
体が導波路の形の共役有機材料から成るスイッチに関す
る。このスイッチは制御光ビームの振幅(時間ドメイン
)又は周波数(周波数ドメイン)変調によって制御され
る。本発明は空間光スイッチとして又は光変調器又は光
増幅器として機能することができる。
従来技術の説明 通信網の中で伝送媒体として光ファイバを多く使用する
ことにより、電気通信システムと比較した時、通信帯域
幅が改善され、インターフェースが減ることになる。
光ファイバは、フィジカル・レビュー・レターズ(Ph
ysical Review Letters)Vol
、45 No、1.1980PP、1095−1097
にL F Mo1lenauer他による論文「Exp
erimental observations of
 picosecondpulse narrowin
g、 and 5olitons in optica
lfiberesJに記載のように、I THzまでの
データ速度で伝送する能力を有していることが知られて
いる。
そのようなデータ速度で動作できる通信システムにする
には、同じような速度で動作できるスイッチ及びマルチ
プレクサ/デマルチプレクサのような素子を有すること
が必要である。又、他の通信媒体に変換することなく、
光信号で直接動作できる素子を有することが好ましいこ
とも明らかである。電子回路は現在、ITHzの速度で
動作することはできない。
現在の光スイッチング素子は、高い電界強度にて成る媒
体の分極Pが電界の非線形関数であり、電界Eの累乗で
大きくなることを使用している。
P = εo(X ” E + X ”EE十X ”’
EEE十・”)電気−光スィッチは現在ではX(2)か
ゼロでない材料を使用しており、したがってポッケルス
効果を呈し、そのために、印加した電界はその材料を通
って伝搬する光によって得られた屈折率を変更する。た
とえばガリウムヒ素及びニオブ酸リチウムを主成分とし
た素子である。このような素子は光の電気制御によって
おり、実際には約10GHz以下の速度に制限されてい
る。それらは又、本発明に比して作るのに高価である。
三次非線形効果(X (”) > 0 )を使用してい
る素子は光学的カー効果を介して光で直接光を制御する
ことができる。その素子は、光学的カー媒体中では光ビ
ームがその媒体の屈折率を局在的に変えて他の光ビーム
に影響を与えることによっている。
特に、媒体の屈折率は n=no+n2I によって管理される。ここに、■は局在する光の強度、
n2及びnoは定数である。、定数n、はX ”’ =
no1: 6Cn* によって国際単位系のX(1)に関係される。
半導体で自由キャリア及び励起子三次非線形効果を使用
した素子は本発明と比して速度が遅い。
又、このような素子に使用されているような媒体は素子
が動作している導波路にて光を吸収するという問題かあ
る。
光フアイバ通信システムの中をI T)Izに近い速度
で光信号を送ることができ、マルチプレクサ/デマルチ
プレクサの中でスイッチ要素を形成することもでき、か
つ光学的に制御され得るような光スィッチの必要性があ
る。
発明の概要 本考案は従来技術で述べた問題点を解消するものである
。本発明は共役有機材料から非線形光学媒体として形成
された導波路を包含する全光スイッチに関する。処理可
能であって大きな三次光学非線形性X ”’ > 10
−”esuを有する共役有機材料が合成されている。非
線形性は非常に速く、100GHzを越える周波数での
素子の動作を可能にする。
これはたとえばGaAsのような多くの無機半導体での
共鳴三次非線形性の速度よりもかなり速い。禁止帯の幅
のエネルギよりも小さな光子エネルギのところでは、共
役有機材料は導波路内に1cmを越える距離を光が伝搬
出来るほどに十分に透明である。したがって、大きな相
互作用距離は非線形性の効果を強めるのに使用でき、光
の導波が長い相互作用距離を与える。
本発明において、導波路内では、共役有機材料の三次光
学非線形性による周波数及び時間ドメイン中の空間スイ
ッチ光に四波混合法が使用される。
導波路は長い距離にわたって光の強度を高く維持しかつ
X(3)の効果を強めるべく光を閉じ込めるために使用
される。
実施例 第1図は共役有機材料の導波路1及びその材料内を伝搬
する交差光ビーム2.3の配置を示している。
本発明にて述べる素子は共役高分子材料の薄膜11(第
2図)を適当な基板12に付着させることによって代表
的に形成され、そのような高分子の例は=(CR−C:
C−CR)n= なる構造を有するポリ(3−BCMU)及びポリ(4−
BCMU)である。ここに、 R=(CHs)m oco NHCH20COC−He
、mは3−BCMUで3.4−BCMUで4である。こ
れらはジャーナル・オブ・ケミカル・フィジクス(Jo
urnal of Chemical Physics
)Vol、70. pp4387−4392にてG N
 Patelによる論文r A−planar−non
planar conformal transiti
on in conjugatedpolymer 5
olutionJに記載されている。
可能な付着方法は溶融及び溶媒流し込み、スピン流し込
み、スピン流し込み、及びプラズマ蒸着である。リブ導
波路構造は共役材料のプレーナ薄膜をレーザー又はプラ
ズマエツチングによって形成することができる。
波長1μm〜1.6μmで動作するのに適した基板の一
例は石英ガラスである。案内する薄膜の厚さは代表的に
は0.1−10μmである。光ビーム13は適当な方法
によって薄膜導波路の内外で結合され、1つの例はプリ
ズム14を介してのエバネッセント波プリズム結合であ
り、これはたとえばジャーナル・オブ・ザ・オプティカ
ル・ソサエティ・オブ・アメリカ(Journal o
f the 0ptical 5ociety ofA
merica)vol、60. No、1にてRUlr
ichによる論文「Theory of the Pr
ism−Film Coupler by Plane
−Waue AnalysesJに記載されている。
導波路構造はリブ又はチャネル導波路又は複数導波路と
することもできる。
順縮退四波混合法 スイッチの1つの可能な動作モードは順縮退(forw
ard  degenrate)四波混合と称されるも
のである。この案では、光ビームは導波路の平面を示し
た第3図に見られる配置を有している。
ビーム2I及び22は点25にて交差し、y軸方向に同
時に起こる強度が周期的となるように干渉する。
共役高分子は、no及びn、が定数で、■が高分子内の
光の強度とするとき、n=n、+n、Iの屈曲率を有す
る。同時に起こる周期的強度は λ  、  θ r’ = −s h n − 2 で与えられる周期性rの屈折率(光強度に依存)の周期
的変調を行う。ここに、λは導波路における光の波長、
θは点25におけるビーム2I及び22の角度である。
共役高分子の屈折率の周期的変調はビーム2Iからの光
を二次ビーム24に回折させ、ビーム22からの光を二
次ビーム23へ回折させる。ビーム2I又はビーム22
がないときは、ビーム2I及び22に回折を与える屈折
率の周期的変調がなくなる。したがって、ビーム23.
24はない。こうして時間ドメインスイッチング機能が
実行される。
更に、交差点25を通ってビーム26を伝搬させること
により、そのビーム26を空間的に切換えることができ
る。ビーム2I及び22があると、点25にて屈折率の
周期的変調が生じて、更なるビーム26を二次ビーム2
7に回折する。ビーム2I及び22がないときは、ビー
ム26は回折しないで伝搬し、ビーム2I及び22の強
度変調によって空間スイッチング機能を果たす。ビーム
26の空間スイッチングは又、これによって点25にて
屈折率の周期的変調の空間周波数が変り、かつ回折され
たビーム27の伝搬方向が変るので、ビーム2I及び2
2の周波数変調によっても遠戚することができる。
ビーム2I又は22の強度を変調することによって、二
次ビーム27又は23又は24の強度を変調することが
できるので、この素子は変調器として使用することがで
きる。
ビーム22がビーム2Iより大きな強度で作られるとす
れば、ビーム24はビーム2Iより大きな強度になるこ
とができ、この素子はビーム2Iの増幅器として作用さ
せることができる。
位相共役 他の可能な動作モードは位相共役と称されるものである
。この動作モードでは、光ビームは第4図に示されるよ
うに配置される。
伝搬する方向を矢印で示しである。ビーム31゜32及
び33は点35にて交差し、ビーム31及び32は対向
して伝搬する。ビーム31と33及び32と33の間の
干渉は共役高分子の屈折率の同時に起こる空間周期的変
調を生じさせる。この周期的変調はビーム31及び32
からの光をビーム33の位相共役であるビ−ム34に回
折する。
ビーム31又は32の変調はビーム34の強度の変調を
生しさせ、それ自体でその素子は変調器として作用する
ビーム31又は32がビーム33よりも強度が大きいと
すれば、このビーム34はビーム33よりも強度を大き
くすることができ、この素子はビーム33の増幅器とし
て作用させることができる。
模範的素子の説明 以下は本発明によって製造されたスイッチング素子を述
べるが、これは本発明の一実施例として提供するもので
ある。
この素子は、クロロホルムとDMF溶媒とを混合してで
きた高分子の溶液でガラス基板をスピンコーティングす
ることによって形成されたガンマ線重合3−BCMUの
ブレーナ導波路を包含する。光ビームを、プリズム結合
器を使用したエバネッセント界結合を介してその素子に
結合した。Ndガラスレーザーを光ビーム源として使用
した。素子を順縮退四波混合モードで、かつ位相共役反
射器として動作させた。
素子性能パラメータは第1表に挙げである。
回折効率は素子を順縮退四波混合モードで使用した時に
回折された二次ビームの強度を素子に入る光の全強度で
徐したものとして定められる。
第1表 模範的素子の性能 ・は挿入損失に関して補正したもの +は順縮退四波混合モードでのちの 第2表 ある共役有機材料の特性 第2表において、ポリジアセチレン(ポリブタジイン)
置換分は以下の記号を使用した。
1−HAU=−CHI OCONHCHt COOC0
0H3−BC(CHI)s OCON)ICHz CO
OC4H#4−BCMU= (CH2)40CONHC
Hs COOCaHs
【図面の簡単な説明】
第1図は共役有機材料の導波路を示す図、第2図は模範
的な光スイッチング素子の槽底を示す図、第3図は順縮
退四波混合によってスイッチング素子を動作させるのに
適した光ビームの配置を示した図、第4図は光スイッチ
ング素子の位相共役に適した光ビームの配置を示した図
である。 1・・共役有機材料の導波路、11・・共役高分子材料
の薄膜、12・・基板、14・・プリズム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 相互に作用する光ビームが閉じ込められる光学導波
    路を包含する全光スイッチング素子。 2 n_0及びn_2を定数、Iを媒体を通る光の強度
    とするとき、n=n_0+n_2Iによって定められる
    屈折率を有する共役有機材料の導波路を包含する光スイ
    ッチング素子。 3 導波媒体の屈折率を光学的に誘起された変調によっ
    て機能する全光スイッチング素子。 4 請求項1、2及び3のいずれか1つに記載の光スイ
    ッチング素子において、制御光ビームを強度又は周波数
    変調することによって周波数及び時間ドメイン光学空間
    スイッチとして機能できる光スイッチング素子。 5 請求項1、2及び3のいずれか1つに記載の光スイ
    ッチング素子において、有機共役媒体から成る導波媒体
    内で光ビームを相互作用させることによって全光増幅器
    又は変調器として機能できる光スイッチング素子。 6 請求項1、2及び3のいずれか1つに記載の光スイ
    ッチング素子において、100GHzを越える帯域幅で
    動作できる光スイッチング素子。
JP2226800A 1989-09-04 1990-08-30 光スイッチング素子 Pending JPH03174125A (ja)

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