JPH0473722A - 非線形光学材料およびその製造方法 - Google Patents
非線形光学材料およびその製造方法Info
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- JPH0473722A JPH0473722A JP2189065A JP18906590A JPH0473722A JP H0473722 A JPH0473722 A JP H0473722A JP 2189065 A JP2189065 A JP 2189065A JP 18906590 A JP18906590 A JP 18906590A JP H0473722 A JPH0473722 A JP H0473722A
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- Japan
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- metal
- nonlinear optical
- optical material
- amorphous
- thin film
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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
本発明は非線形光学効果を利用した光デバイスの基礎を
なす金属微粒子ドープ非晶質薄膜等の非線形光学材料お
よびその製造方法に関する。
なす金属微粒子ドープ非晶質薄膜等の非線形光学材料お
よびその製造方法に関する。
従来の技術
金属微粒子をガラス中にドープすることにより、光学非
線形性、とくに３次の非線形感受率が大きく なるこ
と力（オフ°ティクス レタース゛第 １０ 巻第
１０ 号第５１１頁（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、
ｖｏｌ、ｌｏ、 ｎｏ、１０． ｐ、５１１ （１９
８５））に記載されている。金属微粒子として（上Ａｕ
、Ａｇが用いられており、金属微粒子ドープガラスの製
造方法として（上 金属塩の還元法が使用されている。
線形性、とくに３次の非線形感受率が大きく なるこ
と力（オフ°ティクス レタース゛第 １０ 巻第
１０ 号第５１１頁（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、
ｖｏｌ、ｌｏ、 ｎｏ、１０． ｐ、５１１ （１９
８５））に記載されている。金属微粒子として（上Ａｕ
、Ａｇが用いられており、金属微粒子ドープガラスの製
造方法として（上 金属塩の還元法が使用されている。
また 溶融法を用いる場合 金属微粒子をガラスの原料
に混入して成形し その後熱処理して特定の金属を析出
させて、企 舷 銅などの金属コロイドが析出した着色
ガラスと呼ばれる金属微粒子ドープガラスを製造してい
た発明が解決しようとする課題 このような従来の非線形光学材料およびその製造方法で
限 Ａｕ微粒子ドープガラスの３次の非線形感受率は］
０−１３〜Ｉ Ｑ −ＩＱ ｅｓｕの値であり、他の非
線形光学材料に比べて非常に小さ賎 これ１よ 金属微
粒子のドープ量が５ｐｐｍ以下なので３次の非線形感受
率の値が小さくなったと名えられる。このために従来の
製造方法でドープ量を増加させると、均一にドープする
ことかできなかった またＡｕ以外のＡｇ、Ｃｕによる
非線形光学材料では 酸化物であるガラス中に分散させ
るので、金属微粒子が酸化されて特性を劣化させていｔ
ら 本発明は上記課題を解決するもので、非晶質薄膜中に金
属微粒子を均一にかつ高濃度にドープさせた 大きな非
線形光学効果を有する非線形光学材料およびその製造方
法を提供することを目的とする。
に混入して成形し その後熱処理して特定の金属を析出
させて、企 舷 銅などの金属コロイドが析出した着色
ガラスと呼ばれる金属微粒子ドープガラスを製造してい
た発明が解決しようとする課題 このような従来の非線形光学材料およびその製造方法で
限 Ａｕ微粒子ドープガラスの３次の非線形感受率は］
０−１３〜Ｉ Ｑ −ＩＱ ｅｓｕの値であり、他の非
線形光学材料に比べて非常に小さ賎 これ１よ 金属微
粒子のドープ量が５ｐｐｍ以下なので３次の非線形感受
率の値が小さくなったと名えられる。このために従来の
製造方法でドープ量を増加させると、均一にドープする
ことかできなかった またＡｕ以外のＡｇ、Ｃｕによる
非線形光学材料では 酸化物であるガラス中に分散させ
るので、金属微粒子が酸化されて特性を劣化させていｔ
ら 本発明は上記課題を解決するもので、非晶質薄膜中に金
属微粒子を均一にかつ高濃度にドープさせた 大きな非
線形光学効果を有する非線形光学材料およびその製造方
法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するためＥ、 少なくとも１
種類の金属微粒子を４ ｅ Ｘ１以上の光学的禁制帯幅
を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に均一に多量に分散
させた構成よりなり、また非晶質材料と金属材料の蒸着
速度の比を時間的に変化させることによって金属微粒子
をドープさせるものである。
種類の金属微粒子を４ ｅ Ｘ１以上の光学的禁制帯幅
を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に均一に多量に分散
させた構成よりなり、また非晶質材料と金属材料の蒸着
速度の比を時間的に変化させることによって金属微粒子
をドープさせるものである。
作用
上記の構成による本発明の非線形光学材料は金属の吸収
端（＜ ４ ｅ Ｖ）より大きな光学的禁制幅である４
ｅＶ以上の光学的禁制帯幅を有する酸化物以外の非晶質
薄膜中Ｅ、 金属微粒子を分散させた構造を有してい
るため番へ 金属の吸収端付近の光を入射しても非晶
質薄膜中で吸収されることばな賎 さらに金属微粒子が
酸化してしまうことがな− また非晶質材料と金属材料
の蒸着速度の比を時間的に変化させるので、非晶質薄膜
中で金属が凝集して微粒子を形成するときに変化の時間
に応じて微粒子の粒径が制御され 金属微粒子が非晶質
薄膜中に高濃度に制御よく均一にドープされも 実施例 本発明の非晶質薄膜には窒化ほう素、 燐化はう黒 砒
化ほう素、 窒化珪素 窒化アルミニウムを用いると金
属微粒子の分散性が良好である。
端（＜ ４ ｅ Ｖ）より大きな光学的禁制幅である４
ｅＶ以上の光学的禁制帯幅を有する酸化物以外の非晶質
薄膜中Ｅ、 金属微粒子を分散させた構造を有してい
るため番へ 金属の吸収端付近の光を入射しても非晶
質薄膜中で吸収されることばな賎 さらに金属微粒子が
酸化してしまうことがな− また非晶質材料と金属材料
の蒸着速度の比を時間的に変化させるので、非晶質薄膜
中で金属が凝集して微粒子を形成するときに変化の時間
に応じて微粒子の粒径が制御され 金属微粒子が非晶質
薄膜中に高濃度に制御よく均一にドープされも 実施例 本発明の非晶質薄膜には窒化ほう素、 燐化はう黒 砒
化ほう素、 窒化珪素 窒化アルミニウムを用いると金
属微粒子の分散性が良好である。
非晶質薄膜中に分散させる金属微粒子には 金（Ａｕ）
、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）が好まししｔ以下本発明の一
実施例について第１図および第２図を参照して説明すも 本実施例の非線形光学材料の製造方法に用いた第１のス
パッタ装置の基本概略図を第１図に示す。
、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）が好まししｔ以下本発明の一
実施例について第１図および第２図を参照して説明すも 本実施例の非線形光学材料の製造方法に用いた第１のス
パッタ装置の基本概略図を第１図に示す。
スパッタ装置ｌ（表 金属のターゲット２、窒化物のタ
ーゲット３、シャッタ４、基板５およびそれぞれのター
ゲットに供給する高周波電源６および７、絶縁物８、シ
ールド板９によって構成されている。基板５は石英ガラ
ス 金属のターゲット２としてＡｕ、窒化物のターゲッ
ト３としては窒化珪素を用い九 スパッタガスとしてア
ルゴンを用いて、圧力を５Ｐａにした ターゲット２、
３に供給した高周波電力はそれぞれ５０、２５０Ｗであ
っ九 金属と窒化珪素の蒸着速度（瓜 それぞれ０、
５ｎｍ／ｓｅｃ、 ｌｎｍ／ｓｅｅであツ７’Ｑ。
ーゲット３、シャッタ４、基板５およびそれぞれのター
ゲットに供給する高周波電源６および７、絶縁物８、シ
ールド板９によって構成されている。基板５は石英ガラ
ス 金属のターゲット２としてＡｕ、窒化物のターゲッ
ト３としては窒化珪素を用い九 スパッタガスとしてア
ルゴンを用いて、圧力を５Ｐａにした ターゲット２、
３に供給した高周波電力はそれぞれ５０、２５０Ｗであ
っ九 金属と窒化珪素の蒸着速度（瓜 それぞれ０、
５ｎｍ／ｓｅｃ、 ｌｎｍ／ｓｅｅであツ７’Ｑ。
非晶質材料と金属材料の蒸着速度の比を時間的に変化さ
せる一つの方法として、金属のターゲット２の全面に配
置したシャッタ４を１０ｓｅｃごとに可動させて金属源
の開閉を行１．Ｘ、金属の蒸着速度を制御した 以上の作製条件で膜厚２μｍの金属微粒子ドープ非晶質
薄膜を基板５（０，５ｍｍ厚）上に作製し總 形成した
後３００℃の電気炉中で１時間加熱し通 薄膜中のＡｕ
のドープ量は２重量％であり、粒子径は４〜６ｎｍであ
つｋ 上記の金属をドープしない場合の窒化珪素薄膜の
吸収スペクトルから薄膜の光学的禁制帯幅は４ｅＶ以上
の４゜５ｅＶであった 本実施例の非線形光学材料の製造方法に用いた第２のス
パッタ装置の基本概略図を第２図に示す。
せる一つの方法として、金属のターゲット２の全面に配
置したシャッタ４を１０ｓｅｃごとに可動させて金属源
の開閉を行１．Ｘ、金属の蒸着速度を制御した 以上の作製条件で膜厚２μｍの金属微粒子ドープ非晶質
薄膜を基板５（０，５ｍｍ厚）上に作製し總 形成した
後３００℃の電気炉中で１時間加熱し通 薄膜中のＡｕ
のドープ量は２重量％であり、粒子径は４〜６ｎｍであ
つｋ 上記の金属をドープしない場合の窒化珪素薄膜の
吸収スペクトルから薄膜の光学的禁制帯幅は４ｅＶ以上
の４゜５ｅＶであった 本実施例の非線形光学材料の製造方法に用いた第２のス
パッタ装置の基本概略図を第２図に示す。
第１図で示したスパッタ装置１と同じものについては番
号を同じにして説明を省略する。すなわちこの第２のス
パッタ装置１０の特ａｔ主 第１、第２の窒化物のター
ゲット１１、１２、およびそれぞれのターゲットに供給
する高周波電源】３、１４を備えていることである。金
属としてはＡ ｇ。
号を同じにして説明を省略する。すなわちこの第２のス
パッタ装置１０の特ａｔ主 第１、第２の窒化物のター
ゲット１１、１２、およびそれぞれのターゲットに供給
する高周波電源】３、１４を備えていることである。金
属としてはＡ ｇ。
基板５は石英ガラスを用い九 酸化物以外の第１および
第２の窒化物ターゲット１１および１２として窒化珪素
ターゲットを用いた スパッタガスとしてアルゴンを用
（＼ 圧力は１０Ｐａで作製しツム 金属のターゲッ
ト２に供給した高周波電力は２０Ｗであっ九 第１、第
２の窒化珪素のターゲラｈｌｌ、 １２に供給した高周
波電力は ともに２００Ｗであった 金属の蒸着速度は
２ｎｍ／ｓｅＣであり、第１、第２の窒化珪素の蒸着速
度はともに２ｎｍ／ｓｅｅであつ九 非晶質材料と金属
材料の蒸着速度の比を時間的に変化させる別の方法とし
て第１の窒化珪素のターゲット１１に供給する電力を一
定に保ち、第２の窒化珪素のターゲット１２に供給する
電力を］０ｓｅｃごとに印加と停止を繰り返して、窒化
珪素の蒸着速度を制御した 膜厚５μｍの金属微粒子ド
ープ非晶質薄膜を基板５（０，５ｍｍ厚）上に形成しｋ
その後３００℃の電気炉中で１時間加熱しｔ為 得
られた金属微粒子ドープ非晶質薄膜中のＡｇのドープ量
は４重量％であり、粒子径は５〜９ｎｍであっｔ、ｏ
な抵 本実施例において、金属の吸収端はＡＵで２．
４５ｅＶ、Ａｇで３．８７ｅＶ、Ｃｕて２．０８ｅＶで
あるから、それらの金属をドープさせる非晶質薄膜は４
ｅＶ以上の光学的禁制帯幅を有する必要がある。
第２の窒化物ターゲット１１および１２として窒化珪素
ターゲットを用いた スパッタガスとしてアルゴンを用
（＼ 圧力は１０Ｐａで作製しツム 金属のターゲッ
ト２に供給した高周波電力は２０Ｗであっ九 第１、第
２の窒化珪素のターゲラｈｌｌ、 １２に供給した高周
波電力は ともに２００Ｗであった 金属の蒸着速度は
２ｎｍ／ｓｅＣであり、第１、第２の窒化珪素の蒸着速
度はともに２ｎｍ／ｓｅｅであつ九 非晶質材料と金属
材料の蒸着速度の比を時間的に変化させる別の方法とし
て第１の窒化珪素のターゲット１１に供給する電力を一
定に保ち、第２の窒化珪素のターゲット１２に供給する
電力を］０ｓｅｃごとに印加と停止を繰り返して、窒化
珪素の蒸着速度を制御した 膜厚５μｍの金属微粒子ド
ープ非晶質薄膜を基板５（０，５ｍｍ厚）上に形成しｋ
その後３００℃の電気炉中で１時間加熱しｔ為 得
られた金属微粒子ドープ非晶質薄膜中のＡｇのドープ量
は４重量％であり、粒子径は５〜９ｎｍであっｔ、ｏ
な抵 本実施例において、金属の吸収端はＡＵで２．
４５ｅＶ、Ａｇで３．８７ｅＶ、Ｃｕて２．０８ｅＶで
あるから、それらの金属をドープさせる非晶質薄膜は４
ｅＶ以上の光学的禁制帯幅を有する必要がある。
またＡｕを除く金属は酸化され昌いので酸化物以外の非
晶質薄膜である方がよい。
晶質薄膜である方がよい。
また本実施例では窒化珪素非晶質薄膜を作製する場合に
窒化物のターゲットを用いた力丈 珪素のターゲットと
窒素ガスを反応させて窒化珪素を形成することも本発明
に含まれる。
窒化物のターゲットを用いた力丈 珪素のターゲットと
窒素ガスを反応させて窒化珪素を形成することも本発明
に含まれる。
上述の第１および第２のスパッタ装置で作製したＡｕド
ープおよびＡｇドープ窒化珪素非晶質薄膜を用吹 ３次
の非線形感受率χ１３１を測定し九その結ＲＡｕ微粒子
ドープ窒化珪素非晶質薄膜のχｆｉ１は２． ０ｘｌＯ
−”ｅｓｕ（励起波長０．５３μｍ）、Ａｇドープ窒化
珪素非晶質薄膜のχＴｅ＋は５． ０ＸＩＯ−”ｅｓｕ
（励起波長０．４μｍ）であった また 第１のスパッタ装置ｌで作製したＡｕ微粒子ドー
プ窒化珪素非晶質薄膜を用いてファブリペロ−型共振器
を製作り、５ｐｓｅｃ以下の非常に高速のスイッチング
速度を得μ な抵 第１および第２のスパッタ装置１および１０では
金属としてＡｕおよびＡｇを用いた力丈Ｃｕとしてもよ
しも Ｃｕドープした窒化珪素非晶質薄膜を作製すると、 ３
次の非線形感受率χｆ３１は］、 ０ＸＩＯ−”ｅｓ
ｕ （励起波長０．６５μｍ）でありへまた１種類の金
属のみを用いるのではなく、 ２種類以上の金属を同時
に用いてもよｔ、％また非晶質薄膜として上記窒化珪素
以外の窒化はう煮 燐化はう魚 砒化はう魚 窒化アル
ミニウムについても金属微粒子をドープすると３次の非
線形感受率を測定できた 発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれ（戴 少
な（とも１種類の金属微粒子を４ｅＶ以上の光学的禁制
帯幅を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に分散させた構
成よりなるので、非晶質薄膜中に金属微粒子の粒径を揃
えて均一にしかも高濃度にドープさせた 大きな非線形
光学効果を有する非線形光学材料およびその製造方法を
提供できも
ープおよびＡｇドープ窒化珪素非晶質薄膜を用吹 ３次
の非線形感受率χ１３１を測定し九その結ＲＡｕ微粒子
ドープ窒化珪素非晶質薄膜のχｆｉ１は２． ０ｘｌＯ
−”ｅｓｕ（励起波長０．５３μｍ）、Ａｇドープ窒化
珪素非晶質薄膜のχＴｅ＋は５． ０ＸＩＯ−”ｅｓｕ
（励起波長０．４μｍ）であった また 第１のスパッタ装置ｌで作製したＡｕ微粒子ドー
プ窒化珪素非晶質薄膜を用いてファブリペロ−型共振器
を製作り、５ｐｓｅｃ以下の非常に高速のスイッチング
速度を得μ な抵 第１および第２のスパッタ装置１および１０では
金属としてＡｕおよびＡｇを用いた力丈Ｃｕとしてもよ
しも Ｃｕドープした窒化珪素非晶質薄膜を作製すると、 ３
次の非線形感受率χｆ３１は］、 ０ＸＩＯ−”ｅｓ
ｕ （励起波長０．６５μｍ）でありへまた１種類の金
属のみを用いるのではなく、 ２種類以上の金属を同時
に用いてもよｔ、％また非晶質薄膜として上記窒化珪素
以外の窒化はう煮 燐化はう魚 砒化はう魚 窒化アル
ミニウムについても金属微粒子をドープすると３次の非
線形感受率を測定できた 発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれ（戴 少
な（とも１種類の金属微粒子を４ｅＶ以上の光学的禁制
帯幅を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に分散させた構
成よりなるので、非晶質薄膜中に金属微粒子の粒径を揃
えて均一にしかも高濃度にドープさせた 大きな非線形
光学効果を有する非線形光学材料およびその製造方法を
提供できも
第１図および第２図は本発明の一実施例の非線形光学利
料の第１および第２の製造方法を実施するために使用す
る装置の概略断面図である。 ２・・・金属のターゲット（金属微粒子）、 ３・・・
窒化物のターゲット（非晶質薄膜）。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名（卯＆’１
ｉｉｌ埼Ｈ笑ｐ
料の第１および第２の製造方法を実施するために使用す
る装置の概略断面図である。 ２・・・金属のターゲット（金属微粒子）、 ３・・・
窒化物のターゲット（非晶質薄膜）。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名（卯＆’１
ｉｉｌ埼Ｈ笑ｐ
Claims (7)
- （１）少なくとも１種類の金属微粒子を、４ｅＶ以上の
光学的禁制帯幅を有する酸化物以外の非晶質薄膜中に分
散させたことを特徴とする非線形光学材料。 - （２）非晶質薄膜が窒化ほう素、燐化ほう素、砒化ほう
素、窒化珪素もしくは窒化アルミニウムのうちの少なく
とも一つであることを特徴とする、請求項１記載の非線
形光学材料。 - （３）金属微粒子が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）もしくは銅
（Ｃｕ）のうちの少なくとも一つの金属であることを特
徴とする、請求項１記載の非線形光学材料。 - （４）金属の微粒子を非晶質薄膜中に分散させて蒸着に
より形成する非線形光学材料の製造方法において、非晶
質材料の蒸着速度と金属材料の蒸着速度の比を時間的に
変化させることを特徴とする非線形光学材料の製造方法
。 - （５）金属材料のターゲットと非晶質材料のターゲット
をそれぞれ設けて、スパッタリング法により蒸着するこ
とを特徴とする、請求項４記載の非線形光学材料の製造
方法。 - （６）非晶質材料の蒸着速度を一定に保ち、金属材料の
蒸着速度を変化させる手段として、前記金属材料のター
ゲットの全面に設けたシャッタを時間的に可動させるこ
とを特徴とする、請求項４または５記載の非線形光学材
料の製造方法。 - （７）金属材料の蒸着速度を一定に保ち、非晶質材料の
蒸着速度を変化させる手段として、複数個設けた前記非
晶質材料のターゲットのうち、実際に動作させるターゲ
ットの数を時間的に変化させることを特徴とする、請求
項４または５記載の非線形光学材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2189065A JPH0473722A (ja) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | 非線形光学材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2189065A JPH0473722A (ja) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | 非線形光学材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0473722A true JPH0473722A (ja) | 1992-03-09 |
Family
ID=16234712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2189065A Pending JPH0473722A (ja) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | 非線形光学材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0473722A (ja) |
-
1990
- 1990-07-16 JP JP2189065A patent/JPH0473722A/ja active Pending
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