JPH04338733A - 準結晶の超微粒子を含有する非線形光学材料 - Google Patents
準結晶の超微粒子を含有する非線形光学材料Info
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- JPH04338733A JPH04338733A JP13981291A JP13981291A JPH04338733A JP H04338733 A JPH04338733 A JP H04338733A JP 13981291 A JP13981291 A JP 13981291A JP 13981291 A JP13981291 A JP 13981291A JP H04338733 A JPH04338733 A JP H04338733A
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- JP
- Japan
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- nonlinear optical
- optical material
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- crystal
- ultrafine particles
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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
【０００１】
【技術分野】本発明は、量子サイズ効果を示す非線形光
学材料に関する。本発明の非線形光学材料は、薄膜とし
て光双安定素子、光ゲート光スイッチ、波長変換素子等
の分野に用いられる。
学材料に関する。本発明の非線形光学材料は、薄膜とし
て光双安定素子、光ゲート光スイッチ、波長変換素子等
の分野に用いられる。
【０００２】
【従来技術】従来非線形光学薄膜としては、透明な絶縁
物（例えばアモルファスＡｌ２Ｏ３やアモルファスＳｉ
Ｏ２）中に１００Å以下の半導体超微粒子が分散された
ものが用いられた。非線形光学薄膜として非線形感受率
物（例えばアモルファスＡｌ２Ｏ３やアモルファスＳｉ
Ｏ２）中に１００Å以下の半導体超微粒子が分散された
ものが用いられた。非線形光学薄膜として非線形感受率
【数１】
の値が大きいものを得ることができれば、更に弱い光に
よってスイッチング動作を行うことができ、その効果は
大きいが、従来のものは、超微粒子の数密度を大きくす
ることができず、したがって、十分な大きさのｘ３の値
を有するものは得られないという欠点があった。さらに
、従来はこの超微粒子のサイズコントロールは製膜後の
熱処理によって行なわれ、３００〜４００℃に加熱され
ることも多く、従って粒径のバラツキも大きく、又基板
として耐熱性の大きいもの（例えば耐熱ガラス）しか使
用できないという欠点もあった。本発明は、上記欠点の
改良に関するものである。
よってスイッチング動作を行うことができ、その効果は
大きいが、従来のものは、超微粒子の数密度を大きくす
ることができず、したがって、十分な大きさのｘ３の値
を有するものは得られないという欠点があった。さらに
、従来はこの超微粒子のサイズコントロールは製膜後の
熱処理によって行なわれ、３００〜４００℃に加熱され
ることも多く、従って粒径のバラツキも大きく、又基板
として耐熱性の大きいもの（例えば耐熱ガラス）しか使
用できないという欠点もあった。本発明は、上記欠点の
改良に関するものである。
【０００３】
【目的】本発明は、超微粒子として準結晶のものを使用
することにより、特に超微粒子のサイズコントロールを
行うための加熱工程を必要としない非線形光学材料の提
供を目的とする。
することにより、特に超微粒子のサイズコントロールを
行うための加熱工程を必要としない非線形光学材料の提
供を目的とする。
【０００４】
【構成】本発明は、三次元の閉込め効果によって電子や
励起子が０次元的挙動を示す、いわゆる量子サイズ効果
を示す非線形光学材料に関するものである。
励起子が０次元的挙動を示す、いわゆる量子サイズ効果
を示す非線形光学材料に関するものである。
【０００５】ここで非線形光学効果とは、物質に光を照
射すると、その物質の吸収係数や屈折率等の光学特性が
光の強度に応じて変化する現象であり、これを利用する
ことによって光の制御が可能になり、入出力に光のみを
使用する全光型の論理素子を実現できる。
射すると、その物質の吸収係数や屈折率等の光学特性が
光の強度に応じて変化する現象であり、これを利用する
ことによって光の制御が可能になり、入出力に光のみを
使用する全光型の論理素子を実現できる。
【０００６】また、量子サイズ効果とは、可視光領域で
透明なガラス中に埋め込まれた半導体粒子の電子と正孔
は、ガラスの作る深いポテンシャルによって三次元的に
閉じ込められるが、電子を波動のように考えるならば、
小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限されてし
まうので、電子状態は離散的になり振動強度や非線形感
受率が増大する。
透明なガラス中に埋め込まれた半導体粒子の電子と正孔
は、ガラスの作る深いポテンシャルによって三次元的に
閉じ込められるが、電子を波動のように考えるならば、
小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限されてし
まうので、電子状態は離散的になり振動強度や非線形感
受率が増大する。
【０００７】この超微粒子分散ガラスの量子サイズ効果
は最近（７〜８年前）になって見出され、注目されるよ
うになったものであり、絶縁物例えばガラス中に数１０
０Å以下の半導体超微粒子を分散させたものである。超
微粒子の材料としては、たとえばＣｄＳｘＳｅｙ（ｙ＝
１−ｘ），ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｕＣｌ，ＧａＡｌ，Ｚ
ｎＳｅ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ等の半導体、Ａｕ
，Ａｇ等の金属が使用されている。また、製膜法として
は、ＲＦスパッタ法が多く採用されている。
は最近（７〜８年前）になって見出され、注目されるよ
うになったものであり、絶縁物例えばガラス中に数１０
０Å以下の半導体超微粒子を分散させたものである。超
微粒子の材料としては、たとえばＣｄＳｘＳｅｙ（ｙ＝
１−ｘ），ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｕＣｌ，ＧａＡｌ，Ｚ
ｎＳｅ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ等の半導体、Ａｕ
，Ａｇ等の金属が使用されている。また、製膜法として
は、ＲＦスパッタ法が多く採用されている。
【０００８】これらの技術的事項は、たとえば「Ｊａｐ
ａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，２８巻，１０号（１９２８−１９３３
頁）」および「光学、第１９巻、第１号（１９９０年１
月）１０−１６頁」に具体的に説明されている。
ａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，２８巻，１０号（１９２８−１９３３
頁）」および「光学、第１９巻、第１号（１９９０年１
月）１０−１６頁」に具体的に説明されている。
【０００９】本発明のサイズ効果を示す非線形光学材料
は、上記のような超微粒子が分散した非線形光学材料に
おいて、超微粒子として準結晶のものを含有させること
よりなる。
は、上記のような超微粒子が分散した非線形光学材料に
おいて、超微粒子として準結晶のものを含有させること
よりなる。
【００１０】本発明の光学材料は、超微粒子のサイズコ
ントロールを特に基板を加熱することなく、製膜時に他
の適当な条件、たとえば製膜速度等を変更することによ
って、簡単に行うことができる。本発明の非線形光学材
料が、このような優れた効果を奏する原因としては、準
結晶が大きな粒径に成長しにくいという性質によるもの
ではないかと考えられる。
ントロールを特に基板を加熱することなく、製膜時に他
の適当な条件、たとえば製膜速度等を変更することによ
って、簡単に行うことができる。本発明の非線形光学材
料が、このような優れた効果を奏する原因としては、準
結晶が大きな粒径に成長しにくいという性質によるもの
ではないかと考えられる。
【００１１】準結晶は、６年程前に発見され研究されて
いるが、まだ研究段階で、それを具体的な用途に応用す
ることは知られていない。この準結晶の超微粒子は、そ
の粒径が１μｍ以下のものしか得られないが、比較的揃
った粒径のものが得られる。本発明は、この準結晶が非
線形性を有すること、およびその値が大きいことを見出
し、これらの性質を利用して本発明を完成したものであ
る。本発明で使用する超微粒子の粒径は、電子や励起子
の量子サイズ効果が現われる範囲のものであるならば特
に制限なく使用できるが、たとえば１００Å以下のもの
である。準結晶の超微粒子の材料は、準結晶を形成でき
るものであれば特にその種類は限定されないが、たとえ
ば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｒｕ系、Ｇａ−Ｍｇ−Ｚｎ系、Ａｌ−
Ｃｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−遷移金属系、Ａｌ−Ｃｕ−
Ｏｓ系、Ａｌ−Ｐｂ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｐｂ−Ｒｅ系等が
ある。この準結晶については、例えば、日本結晶学会誌
３２，１７０（１９９０）Ｐ１７０−１７４に具体的に
説明されている。
いるが、まだ研究段階で、それを具体的な用途に応用す
ることは知られていない。この準結晶の超微粒子は、そ
の粒径が１μｍ以下のものしか得られないが、比較的揃
った粒径のものが得られる。本発明は、この準結晶が非
線形性を有すること、およびその値が大きいことを見出
し、これらの性質を利用して本発明を完成したものであ
る。本発明で使用する超微粒子の粒径は、電子や励起子
の量子サイズ効果が現われる範囲のものであるならば特
に制限なく使用できるが、たとえば１００Å以下のもの
である。準結晶の超微粒子の材料は、準結晶を形成でき
るものであれば特にその種類は限定されないが、たとえ
ば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｒｕ系、Ｇａ−Ｍｇ−Ｚｎ系、Ａｌ−
Ｃｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−遷移金属系、Ａｌ−Ｃｕ−
Ｏｓ系、Ａｌ−Ｐｂ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｐｂ−Ｒｅ系等が
ある。この準結晶については、例えば、日本結晶学会誌
３２，１７０（１９９０）Ｐ１７０−１７４に具体的に
説明されている。
【００１２】本発明の超微粒子分散薄板は、その非線形
性が大きいのみならず、前記のように超微粒子のサイズ
コントロールを行うための加熱工程が不必要であるので
、基板材料としては、ガラス、石英あるいは耐熱性プラ
スチックフイルムに限定されることなく、耐熱性のない
プラスチックフイルムも使用することができる。プラス
チックフイルムの素材としては、たとえばポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート等があげられる。 また、製膜法としては特に制限はなく、ＰＶＤおよびＣ
ＶＤの両方法が使用し得るが、結晶化が良好なイオンビ
ームスパッタ法が好ましい。その膜厚も特に限定されな
いが、１００Å〜１μｍが適当である。超微粒子を分散
させるためのマトリックス材料としては、従来非線形光
学薄膜の製造に使用されているアモルファスＡｌ２Ｏ３
やアモルファスＳｉＯ２が使用できるが、適宜他の酸化
物、窒化物、フッ化物、ケイ化物等も用いられる。マト
リツクス材料が透明なものであれば、アモルファス状で
なくても、結晶性のものも使用できる。
性が大きいのみならず、前記のように超微粒子のサイズ
コントロールを行うための加熱工程が不必要であるので
、基板材料としては、ガラス、石英あるいは耐熱性プラ
スチックフイルムに限定されることなく、耐熱性のない
プラスチックフイルムも使用することができる。プラス
チックフイルムの素材としては、たとえばポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート等があげられる。 また、製膜法としては特に制限はなく、ＰＶＤおよびＣ
ＶＤの両方法が使用し得るが、結晶化が良好なイオンビ
ームスパッタ法が好ましい。その膜厚も特に限定されな
いが、１００Å〜１μｍが適当である。超微粒子を分散
させるためのマトリックス材料としては、従来非線形光
学薄膜の製造に使用されているアモルファスＡｌ２Ｏ３
やアモルファスＳｉＯ２が使用できるが、適宜他の酸化
物、窒化物、フッ化物、ケイ化物等も用いられる。マト
リツクス材料が透明なものであれば、アモルファス状で
なくても、結晶性のものも使用できる。
【００１３】
【実施例】実施例−１
ポリカーボネートフイルム基板上にイオンビームスパッ
タ法を用いて次の条件で約１５００Å厚の透明薄膜を作
製した。導入酸素のガス圧力のみ変化させて、下記（Ａ
），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）の４種類の異なる薄膜
とした。 ターゲット Ａｌ−Ｃ
ｕ−Ｆｅ合金基板加熱
なしイオン化ガス
Ａｒ（純度 ９９．９９９％）導入ガス
酸素（純度 ９９．９９９
％）導入ガス圧力 （Ａ）
０．６×１０−６、（Ｂ）０．８×１０−６、（Ｃ）１
．０×１０−６、（Ｄ）１．２×１０−６Ｔｏｒｒイオ
ン銃（電流×電圧） １．５ｍＡ×９Ｋｖイオン
入射角 ３０度ベースプレ
ッシャー ６×１０−７Ｔｏｒｒターゲ
ット−基板間距離 １５ｍｍこれらの透明膜をＸ
線回折法で調べたところＡｌ２Ｏ３，ＣｕＯ，Ｆｅ３Ｏ
４のブロードな微小ピークとＡｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５
の準結晶を示す回折ピークが観察された。ＴＥＭ像から
求めた各試料の平均粒径は（Ａ）５２Å、（Ｂ）４４Å
、（Ｃ）３１Å、（Ｄ）２０Åであり、よく揃っていた
。室温で分光光度計を用いて調べた。光学吸収端の測定
結果から高エネルギーシフト（ブルーシフト）が認めら
れ、その大きさは微粒子の平均粒径の２乗に比例し量子
サイズ効果を示した。又、吸収端の立上りはシャープで
あった。 比較例１ ＲＦスパッタ法を用いて実施例１と同様にして約１５０
０Å厚の透明薄膜を作製した。基板は加熱するために耐
熱ガラスを用いた。 ターゲット ＳｉＯ２
上にＧｅのチップを置いたもの 導入ガス Ａｒ（
９９．９９９％）導入ガス圧力
５×１０−３Ｔｏｒｒガラス基板温度
２００℃〜４００℃ベースプレッシャー
７×１０−７Ｔｏｒｒターゲット−基
板間距離 ５０ｍｍ高周波電力
２０５〜３００Ｗ上に示したようにガ
ラス基板温度と高周波電力を変化させて次の４種類の膜
とした。平均粒径は（Ｅ）７５Å、（Ｆ）６０Å、（Ｇ
）３８Å、（Ｈ）２８Åであり、粒径のバラツキは大き
かった。Ｘ線回折図形からは、ＳｉＯ２のブロードな微
小ピークとＧｅの微小ピークが観察された。室温で調べ
た光学吸収端の測定結果から実施例１と同様の高エネル
ギーシフトが認められたが、Ｇｅ微粒子の平均粒径の２
乗には比例していなかった。又、エネルギーのシフト量
も少なかった。以上の実験結果から、１００Å以下で、
かつ粒径のそろった準結晶の超微粒子を含有する実施例
１の透明薄膜は、吸収端の立上りがシャープで大きな非
線形性が得られた。
タ法を用いて次の条件で約１５００Å厚の透明薄膜を作
製した。導入酸素のガス圧力のみ変化させて、下記（Ａ
），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）の４種類の異なる薄膜
とした。 ターゲット Ａｌ−Ｃ
ｕ−Ｆｅ合金基板加熱
なしイオン化ガス
Ａｒ（純度 ９９．９９９％）導入ガス
酸素（純度 ９９．９９９
％）導入ガス圧力 （Ａ）
０．６×１０−６、（Ｂ）０．８×１０−６、（Ｃ）１
．０×１０−６、（Ｄ）１．２×１０−６Ｔｏｒｒイオ
ン銃（電流×電圧） １．５ｍＡ×９Ｋｖイオン
入射角 ３０度ベースプレ
ッシャー ６×１０−７Ｔｏｒｒターゲ
ット−基板間距離 １５ｍｍこれらの透明膜をＸ
線回折法で調べたところＡｌ２Ｏ３，ＣｕＯ，Ｆｅ３Ｏ
４のブロードな微小ピークとＡｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５
の準結晶を示す回折ピークが観察された。ＴＥＭ像から
求めた各試料の平均粒径は（Ａ）５２Å、（Ｂ）４４Å
、（Ｃ）３１Å、（Ｄ）２０Åであり、よく揃っていた
。室温で分光光度計を用いて調べた。光学吸収端の測定
結果から高エネルギーシフト（ブルーシフト）が認めら
れ、その大きさは微粒子の平均粒径の２乗に比例し量子
サイズ効果を示した。又、吸収端の立上りはシャープで
あった。 比較例１ ＲＦスパッタ法を用いて実施例１と同様にして約１５０
０Å厚の透明薄膜を作製した。基板は加熱するために耐
熱ガラスを用いた。 ターゲット ＳｉＯ２
上にＧｅのチップを置いたもの 導入ガス Ａｒ（
９９．９９９％）導入ガス圧力
５×１０−３Ｔｏｒｒガラス基板温度
２００℃〜４００℃ベースプレッシャー
７×１０−７Ｔｏｒｒターゲット−基
板間距離 ５０ｍｍ高周波電力
２０５〜３００Ｗ上に示したようにガ
ラス基板温度と高周波電力を変化させて次の４種類の膜
とした。平均粒径は（Ｅ）７５Å、（Ｆ）６０Å、（Ｇ
）３８Å、（Ｈ）２８Åであり、粒径のバラツキは大き
かった。Ｘ線回折図形からは、ＳｉＯ２のブロードな微
小ピークとＧｅの微小ピークが観察された。室温で調べ
た光学吸収端の測定結果から実施例１と同様の高エネル
ギーシフトが認められたが、Ｇｅ微粒子の平均粒径の２
乗には比例していなかった。又、エネルギーのシフト量
も少なかった。以上の実験結果から、１００Å以下で、
かつ粒径のそろった準結晶の超微粒子を含有する実施例
１の透明薄膜は、吸収端の立上りがシャープで大きな非
線形性が得られた。
【００１４】
【効果】量子サイズ効果を示す非線形光学材料において
、マトリックス中に含有させる超微粒子として、準結晶
を使用することにより、超微粒子のサイズコントロール
を加熱工程以外の他の適当な条件、たとえば製膜速度で
制御できるので、基板として耐熱性のないものを使用す
ることができ、しかも粒径の揃ったものが得られる。
、マトリックス中に含有させる超微粒子として、準結晶
を使用することにより、超微粒子のサイズコントロール
を加熱工程以外の他の適当な条件、たとえば製膜速度で
制御できるので、基板として耐熱性のないものを使用す
ることができ、しかも粒径の揃ったものが得られる。
Claims (3)
- 【請求項１】 準結晶の超微粒子がマトリックス中に
含有されることを特徴とする非線形光学材料。 - 【請求項２】 マトリックスが可視光透過率を２０％
以上とする透明な材料より構成されることを特徴とする
請求項１記載の非線形光学材料。 - 【請求項３】 薄膜の基板が透明であることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13981291A JPH04338733A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 準結晶の超微粒子を含有する非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13981291A JPH04338733A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 準結晶の超微粒子を含有する非線形光学材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04338733A true JPH04338733A (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=15254027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13981291A Pending JPH04338733A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 準結晶の超微粒子を含有する非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04338733A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996002798A1 (de) * | 1994-07-15 | 1996-02-01 | Thomas Eisenhammer | Strahlungswandler zur umsetzung von elektromagnetischer strahlung in wärme und von wärme in elektromagnetische strahlung |
-
1991
- 1991-05-15 JP JP13981291A patent/JPH04338733A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996002798A1 (de) * | 1994-07-15 | 1996-02-01 | Thomas Eisenhammer | Strahlungswandler zur umsetzung von elektromagnetischer strahlung in wärme und von wärme in elektromagnetische strahlung |
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