JPH0915665A - 非線形光学材料および非線形光素子 - Google Patents
非線形光学材料および非線形光素子Info
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Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速の非線形光学応答を示す非線形光学材料
を提供する。また、高速での光制御が可能な非線形光素
子を提供する。 【構成】 本発明の非線形光学材料は、光学的に透明な
マトリックスと、このマトリックス中に分散された微粒
子と、前記マトリックス上に形成されたか、または前記
マトリックスの外に一部が露出するようにして該マトリ
ックス内に形成された１枚または複数枚の熱伝導率２０
Ｗ／ｍＫ以上の薄膜とを備え、前記微粒子の実質的に全
てが、前記薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離
で近接することを特徴とする。また、本発明の非線形光
素子は、上記本発明の非線形光学材料によって光路の一
部または全部が形成されていることを特徴とする。
を提供する。また、高速での光制御が可能な非線形光素
子を提供する。 【構成】 本発明の非線形光学材料は、光学的に透明な
マトリックスと、このマトリックス中に分散された微粒
子と、前記マトリックス上に形成されたか、または前記
マトリックスの外に一部が露出するようにして該マトリ
ックス内に形成された１枚または複数枚の熱伝導率２０
Ｗ／ｍＫ以上の薄膜とを備え、前記微粒子の実質的に全
てが、前記薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離
で近接することを特徴とする。また、本発明の非線形光
素子は、上記本発明の非線形光学材料によって光路の一
部または全部が形成されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学材料および
非線形光素子に関する。
非線形光素子に関する。
【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、結晶等の透明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等が既に報告されて
いる（例えば、Opt.Lett.,12,832 (1987)、Appl.Phys.,
A47,347 (1988)、およびJ.Ceram.Soc.Japan,101,1340
(1993)参照。）。このため、当該非線形光学材料は光ス
イッチ素子や光コンピュータ等に用いる非線形光学材料
として注目を集めている。
ガラス、高分子、結晶等の透明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等が既に報告されて
いる（例えば、Opt.Lett.,12,832 (1987)、Appl.Phys.,
A47,347 (1988)、およびJ.Ceram.Soc.Japan,101,1340
(1993)参照。）。このため、当該非線形光学材料は光ス
イッチ素子や光コンピュータ等に用いる非線形光学材料
として注目を集めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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
料においては、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。）とは別に、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.Opt.Soc.Am.,B7,790 (1990)）。このよ
うな遅い応答が存在する非線形光学材料を例えば光スイ
ッチ素子用の非線形光学材料として用いると、前記の遅
い応答が存在することから、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。
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
料においては、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。）とは別に、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.Opt.Soc.Am.,B7,790 (1990)）。このよ
うな遅い応答が存在する非線形光学材料を例えば光スイ
ッチ素子用の非線形光学材料として用いると、前記の遅
い応答が存在することから、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。
【０００４】本発明の第１の目的は、高速の非線形光学
応答を示す非線形光学材料を提供することにある。
応答を示す非線形光学材料を提供することにある。
【０００５】また、本発明の第２の目的は、高速での光
制御が可能な非線形光素子を提供することにある。
制御が可能な非線形光素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、非線形光
学材料における非線形光学応答のメカニズムについて鋭
意研究した結果、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上述の遅
い応答が生じることを見出し、この知見に基づいて本発
明を完成するに至った。
学材料における非線形光学応答のメカニズムについて鋭
意研究した結果、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上述の遅
い応答が生じることを見出し、この知見に基づいて本発
明を完成するに至った。
【０００７】上記第１の目的を達成する本発明の非線形
光学材料は、光学的に透明なマトリックスと、このマト
リックス中に分散された微粒子と、前記のマトリックス
上に形成されているか、または前記のマトリックスの外
に一部が露出するようにして当該マトリックス内に形成
されている１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以
上の薄膜とを備え、前記の微粒子の実質的に全てが、前
記の薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接
することを特徴とするものである。
光学材料は、光学的に透明なマトリックスと、このマト
リックス中に分散された微粒子と、前記のマトリックス
上に形成されているか、または前記のマトリックスの外
に一部が露出するようにして当該マトリックス内に形成
されている１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以
上の薄膜とを備え、前記の微粒子の実質的に全てが、前
記の薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接
することを特徴とするものである。
【０００８】また、上記第２の目的を達成する本発明の
非線形光素子は、上述した本発明の非線形光学材料によ
って光路の一部または全部が形成されていることを特徴
とするものである。
非線形光素子は、上述した本発明の非線形光学材料によ
って光路の一部または全部が形成されていることを特徴
とするものである。
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。まず本発
明の非線形光学材料について説明すると、この非線形光
学材料は、上述したように、光学的に透明なマトリック
スと、このマトリックス中に分散された微粒子と、前記
のマトリックス上に形成されたか、または前記のマトリ
ックスの外に一部が露出するようにして当該マトリック
ス内に形成された１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／
ｍＫ以上の薄膜とを備えている。
明の非線形光学材料について説明すると、この非線形光
学材料は、上述したように、光学的に透明なマトリック
スと、このマトリックス中に分散された微粒子と、前記
のマトリックス上に形成されたか、または前記のマトリ
ックスの外に一部が露出するようにして当該マトリック
ス内に形成された１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／
ｍＫ以上の薄膜とを備えている。
【００１０】ここで、本発明でいう「光学的に透明なマ
トリックス」とは、当該マトリックスに分散させようと
する微粒子についての吸収ピーク波長域における光吸収
係数αが概ね１０ｃｍ-1以下であるものを意味する。非
線形光学材料の非線形光学特性は、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波長（表面プラ
ズモン共鳴による光吸収ピークあるいは量子閉じ込め効
果により離散化した量子レベル間で共鳴する光吸収ピー
ク）近傍で最も増大するので、当該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前記の吸収
ピークまたはその近傍の波長の光を使用することが好ま
しいわけであるが、微粒子の吸収ピーク波長またはその
近傍にマトリックスの吸収が存在すると、入射した光が
この吸収によって減衰ないし消失してしまう。マトリッ
クスとしては、上記の光吸収係数αが５ｃｍ-1以下のも
のが特に好ましい。
トリックス」とは、当該マトリックスに分散させようと
する微粒子についての吸収ピーク波長域における光吸収
係数αが概ね１０ｃｍ-1以下であるものを意味する。非
線形光学材料の非線形光学特性は、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波長（表面プラ
ズモン共鳴による光吸収ピークあるいは量子閉じ込め効
果により離散化した量子レベル間で共鳴する光吸収ピー
ク）近傍で最も増大するので、当該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前記の吸収
ピークまたはその近傍の波長の光を使用することが好ま
しいわけであるが、微粒子の吸収ピーク波長またはその
近傍にマトリックスの吸収が存在すると、入射した光が
この吸収によって減衰ないし消失してしまう。マトリッ
クスとしては、上記の光吸収係数αが５ｃｍ-1以下のも
のが特に好ましい。
【００１１】上記のマトリックスの材料としてはシリカ
ガラス，ケイ酸塩ガラス，ホウ酸塩ガラス，リン酸塩ガ
ラスおよびカルコゲナイドガラス等のガラスや、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，ポリ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プラスチックの１種または複数
種を用いることができる。
ガラス，ケイ酸塩ガラス，ホウ酸塩ガラス，リン酸塩ガ
ラスおよびカルコゲナイドガラス等のガラスや、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，ポリ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プラスチックの１種または複数
種を用いることができる。
【００１２】本発明者らの研究によれば、非線形光学材
料における｜χ(3)｜／αの値はマトリックスの屈折率
に応じて変化し、マトリックスの 屈折率が大きいほど
大きくなる（特願平６−３１２０６号明細書の第１４段
参照）。したがって、弱い入射光強度によっても非線形
光学応答が発現する非線形光学材料を得るうえからは、
当該非線形光学材料のマトリックスの屈折率は高い方が
よい。ただし、マトリックスの屈折率が４を超えると反
射による光損失が大きくなり、また、反射防止が困難に
なる。
料における｜χ(3)｜／αの値はマトリックスの屈折率
に応じて変化し、マトリックスの 屈折率が大きいほど
大きくなる（特願平６−３１２０６号明細書の第１４段
参照）。したがって、弱い入射光強度によっても非線形
光学応答が発現する非線形光学材料を得るうえからは、
当該非線形光学材料のマトリックスの屈折率は高い方が
よい。ただし、マトリックスの屈折率が４を超えると反
射による光損失が大きくなり、また、反射防止が困難に
なる。
【００１３】光学的に透明で屈折率の高いマトリックス
を形成することができる物質の具体例としては、下記
(1) 〜(10) のものが挙げられる。 (1) Ｂ2Ｏ3 とＰｂＯとを必須構成成分とし、Ｂ2Ｏ3 の
量が１５〜５０モル％、ＰｂＯの量が５０〜８５モル％
であるガラス。
を形成することができる物質の具体例としては、下記
(1) 〜(10) のものが挙げられる。 (1) Ｂ2Ｏ3 とＰｂＯとを必須構成成分とし、Ｂ2Ｏ3 の
量が１５〜５０モル％、ＰｂＯの量が５０〜８５モル％
であるガラス。
【００１４】(2) Ｇａ2Ｏ3 と、Ｂｉ2Ｏ3 と、ＰｂＯお
よび／またはＣｄＯとを必須構成成分とし、Ｇａ2Ｏ3
の量が１０〜３５モル％、Ｂｉ2Ｏ3 の量が１０〜７０
モル％、ＰｂＯとＣｄＯの合量が２０〜８０モル％であ
るガラス。
よび／またはＣｄＯとを必須構成成分とし、Ｇａ2Ｏ3
の量が１０〜３５モル％、Ｂｉ2Ｏ3 の量が１０〜７０
モル％、ＰｂＯとＣｄＯの合量が２０〜８０モル％であ
るガラス。
【００１５】(3) Ｂｉ2Ｏ3 および／またはＰｂＯと、
ＺｎＯ，ＢａＯ，ＣｄＯおよびＡｌ2Ｏ3 から選ばれる
少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｂｉ2Ｏ3 とＰ
ｂＯの合量が３０〜８５モル％、ＺｎＯとＢａＯとＣｄ
ＯとＡｌ2Ｏ3 の合量が１５〜７０モル％であるガラ
ス。
ＺｎＯ，ＢａＯ，ＣｄＯおよびＡｌ2Ｏ3 から選ばれる
少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｂｉ2Ｏ3 とＰ
ｂＯの合量が３０〜８５モル％、ＺｎＯとＢａＯとＣｄ
ＯとＡｌ2Ｏ3 の合量が１５〜７０モル％であるガラ
ス。
【００１６】(4) ＧｅＯ2 と、Ｂｉ2Ｏ3 ，Ｔｌ2Ｏおよ
びＰｂＯから選ばれる少なくとも１種とを必須構成成分
とし、ＧｅＯ2 の量が２５〜７０モル％、Ｂｉ2Ｏ3 と
Ｔｌ2ＯとＰｂＯの合量が３０〜７５モル％であるガラ
ス。
びＰｂＯから選ばれる少なくとも１種とを必須構成成分
とし、ＧｅＯ2 の量が２５〜７０モル％、Ｂｉ2Ｏ3 と
Ｔｌ2ＯとＰｂＯの合量が３０〜７５モル％であるガラ
ス。
【００１７】(5) ＴｉＯ2 とＰｂＯとを必須構成成分と
し、ＴｉＯ2 の量が３０〜７５モル％、ＰｂＯの量が２
５〜７０モル％であるガラス。
し、ＴｉＯ2 の量が３０〜７５モル％、ＰｂＯの量が２
５〜７０モル％であるガラス。
【００１８】(6) ＴｅＯ2 および／またはＳｂ2Ｏ3
と、ＰｂＯとを必須構成成分とし、ＴｅＯ2 とＳｂ2Ｏ3
の合量が２０〜９５モル％、ＰｂＯの量が５〜８０モ
ル％であるガラス。
と、ＰｂＯとを必須構成成分とし、ＴｅＯ2 とＳｂ2Ｏ3
の合量が２０〜９５モル％、ＰｂＯの量が５〜８０モ
ル％であるガラス。
【００１９】(7) ＴｅＯ2 および／またはＳｂ2Ｏ3
と、ＢａＯ，ＭｇＯ，ＳｒＯ， ＺｎＯおよびＣｄＯか
ら選ばれる少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｔｅ
Ｏ2 とＳｂ2Ｏ3 の合量が６０〜９８モル％、ＢａＯと
ＭｇＯとＳｒＯと ＺｎＯとＣｄＯの合量が２〜４０モ
ル％であるガラス。
と、ＢａＯ，ＭｇＯ，ＳｒＯ， ＺｎＯおよびＣｄＯか
ら選ばれる少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｔｅ
Ｏ2 とＳｂ2Ｏ3 の合量が６０〜９８モル％、ＢａＯと
ＭｇＯとＳｒＯと ＺｎＯとＣｄＯの合量が２〜４０モ
ル％であるガラス。
【００２０】(8) Ｂｉ2Ｏ3 と、ＣｄＯおよび／または
ＺｎＯと、Ｂ2Ｏ3 ，ＳｉＯ2 およびＰ2Ｏ5 から選ばれ
る少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｂｉ2Ｏ3 の
量が１０〜９０モル％、ＣｄＯとＺｎＯの合量が５〜８
５モル％、Ｂ2Ｏ3 とＳｉＯ2 とＰ2Ｏ5 の合量が１〜３
０モル％であるガラス。
ＺｎＯと、Ｂ2Ｏ3 ，ＳｉＯ2 およびＰ2Ｏ5 から選ばれ
る少なくとも１種とを必須構成成分とし、Ｂｉ2Ｏ3 の
量が１０〜９０モル％、ＣｄＯとＺｎＯの合量が５〜８
５モル％、Ｂ2Ｏ3 とＳｉＯ2 とＰ2Ｏ5 の合量が１〜３
０モル％であるガラス。
【００２１】(9) Ａｓ，ＧｅおよびＳｂから選ばれる少
なくとも１種と、Ｓ，ＳｅおよびＴｅから選ばれる少な
くとも１種とを必須構成成分とし、ＡｓとＧｅとＳｂの
合量が１０〜６０at％、ＳとＳｅとＴｅの合量が４０〜
９０at％であるカルコゲナイドガラス。
なくとも１種と、Ｓ，ＳｅおよびＴｅから選ばれる少な
くとも１種とを必須構成成分とし、ＡｓとＧｅとＳｂの
合量が１０〜６０at％、ＳとＳｅとＴｅの合量が４０〜
９０at％であるカルコゲナイドガラス。
【００２２】(10) ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｕ
Ｃｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＩ，ＣｓＰｂＣｌ3 ，Ａ
ｇＧａＳｅ2 ，Ａｓ2Ｓ3 ，Ｔｌ3ＴａＳ4 ，Ｔｌ3Ｔａ
Ｓｅ4，Ｔｌ3ＶＳ4 ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＰｂＳ，Ｇａ
Ｓｅ，ＧａＰ，ダイヤモンド，Ｙ2Ｏ3 ，Ｌａ2Ｏ2Ｓ，
ＳｒＴｉＯ3 ，Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3 ，Ｔｌ3ＴａＳｅ4
，Ｂｉ2ＷＯ6 ，Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12 ，Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12 ，
Ｂｉ4Ｓｉ3Ｏ12 ，Ｙ3Ｇａ5Ｏ12 ，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12 ，
（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ，Ｇａ（Ａｓ，Ｐ），Ｂｉ12ＧｅＯ
20 ，Ｂｉ4Ｓｉ3Ｏ12 ，Ｂｉ12ＳｉＯ20 ，ＣｏＦｅ2Ｏ
4 ，ＰｂＧｅＯ3 ，Ｐｂ（Ｍｇ1/3 ，Ｎｂ 2/3）Ｏ3 ，
Ｐｂ（Ｍｇ1/3 ，Ｔａ2/3）Ｏ3 ，Ｐｂ（Ｚｎ1/3 ，Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3 ，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ2 ，Ｚ
ｎＷＯ4，ＺｎＯ，ＴｉＯ2 ，ＴｅＯ2 ，ＢａＴｉＯ
3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴ
ａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12 （ＹＡＧ），（Ｓ
ｒ，Ｂａ）Ｎｂ2Ｏ6 ，Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7 ，Ｃａ2ＮｂＯ
7 ，Ｐｂ5Ｇｅ3Ｏ11 ，ＰｂＮｂ4Ｏ11 ，Ｂａ2ＮａＮｂ
5Ｏ15 ，Ｐｂ2ＫＮｂ5Ｏ15 ，Ｓｒ2ＫＮｂ5Ｏ15 ，Ｂａ
2ＬｉＮｂ5Ｏ15 ，Ｋ3Ｌｉ2Ｎｂ5Ｏ15 ，Ｂａ3ＴｉＮｂ
4Ｏ15 ，ＧｅＳｅ，ＬｉＩｎＳ2 ，ＬｉＩｎＳｅ2 ，Ｃ
ｄＧａ2Ｓ4 ，Ｔｌ3ＡｓＳ4 ，Ｔｌ3ＡｓＳｅ4，Ｔｌ3
ＰＳｅ4 ，ＣａＭｏＯ4 ，ＰｂＭｏＯ4 ，ＣａＷＯ4 ，
Ｂｉ2（ＭｏＯ）3 ，Ｐｂ2ＭｏＯ5 ，Ｂｉ2ＷＯ6 ，Ｙ
ＶＯ4およびＰｂ5（ＧｅＯ4）（ＶＯ4）2から選ばれる
少なくとも１種の結晶。
Ｃｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＩ，ＣｓＰｂＣｌ3 ，Ａ
ｇＧａＳｅ2 ，Ａｓ2Ｓ3 ，Ｔｌ3ＴａＳ4 ，Ｔｌ3Ｔａ
Ｓｅ4，Ｔｌ3ＶＳ4 ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＰｂＳ，Ｇａ
Ｓｅ，ＧａＰ，ダイヤモンド，Ｙ2Ｏ3 ，Ｌａ2Ｏ2Ｓ，
ＳｒＴｉＯ3 ，Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3 ，Ｔｌ3ＴａＳｅ4
，Ｂｉ2ＷＯ6 ，Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12 ，Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12 ，
Ｂｉ4Ｓｉ3Ｏ12 ，Ｙ3Ｇａ5Ｏ12 ，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12 ，
（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ，Ｇａ（Ａｓ，Ｐ），Ｂｉ12ＧｅＯ
20 ，Ｂｉ4Ｓｉ3Ｏ12 ，Ｂｉ12ＳｉＯ20 ，ＣｏＦｅ2Ｏ
4 ，ＰｂＧｅＯ3 ，Ｐｂ（Ｍｇ1/3 ，Ｎｂ 2/3）Ｏ3 ，
Ｐｂ（Ｍｇ1/3 ，Ｔａ2/3）Ｏ3 ，Ｐｂ（Ｚｎ1/3 ，Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3 ，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ2 ，Ｚ
ｎＷＯ4，ＺｎＯ，ＴｉＯ2 ，ＴｅＯ2 ，ＢａＴｉＯ
3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴ
ａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12 （ＹＡＧ），（Ｓ
ｒ，Ｂａ）Ｎｂ2Ｏ6 ，Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7 ，Ｃａ2ＮｂＯ
7 ，Ｐｂ5Ｇｅ3Ｏ11 ，ＰｂＮｂ4Ｏ11 ，Ｂａ2ＮａＮｂ
5Ｏ15 ，Ｐｂ2ＫＮｂ5Ｏ15 ，Ｓｒ2ＫＮｂ5Ｏ15 ，Ｂａ
2ＬｉＮｂ5Ｏ15 ，Ｋ3Ｌｉ2Ｎｂ5Ｏ15 ，Ｂａ3ＴｉＮｂ
4Ｏ15 ，ＧｅＳｅ，ＬｉＩｎＳ2 ，ＬｉＩｎＳｅ2 ，Ｃ
ｄＧａ2Ｓ4 ，Ｔｌ3ＡｓＳ4 ，Ｔｌ3ＡｓＳｅ4，Ｔｌ3
ＰＳｅ4 ，ＣａＭｏＯ4 ，ＰｂＭｏＯ4 ，ＣａＷＯ4 ，
Ｂｉ2（ＭｏＯ）3 ，Ｐｂ2ＭｏＯ5 ，Ｂｉ2ＷＯ6 ，Ｙ
ＶＯ4およびＰｂ5（ＧｅＯ4）（ＶＯ4）2から選ばれる
少なくとも１種の結晶。
【００２３】さらに、本発明者らの研究によれば、非線
形光学応答の速度が速い非線形光学材料を得るうえから
は、マトリックスとして熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の物
質を用いることが好ましい。熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上
で、かつ、光学的に透明なマトリックスを形成すること
ができる物質の具体例としては、ダイヤモンド、ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＺｎＳ
ｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ等の半導体、ＳｉＯ
2 ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＭｇＯ，Ｙ2
Ｏ3 ，ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3 ，Ｍ ｇＯ・ＳｉＯ2 ，ＭｇＴ
ｉＯ2 ，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ），Ｙ3Ｇａ5Ｏ12 ，Ｙ
ｂ3Ｇａ5Ｏ12 ，Ｙｂ3Ａｌ5Ｏ12 等の酸化物、ＡｌＮ，
Ｓｉ3Ｎ4 ，ＢＮ等の窒化物が挙げられ、これらは熱伝
導率が２Ｗ／ｍＫ以上であれば単結晶体であってもよい
し多結晶体であってもよい。これらの物質は、熱伝導率
が２Ｗ／ｍＫ以上である光学的に透明なマトリックスを
形成することができるばかりでなく、光学材料として実
用上十分な耐久性、耐光性を有している。
形光学応答の速度が速い非線形光学材料を得るうえから
は、マトリックスとして熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の物
質を用いることが好ましい。熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上
で、かつ、光学的に透明なマトリックスを形成すること
ができる物質の具体例としては、ダイヤモンド、ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＺｎＳ
ｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ等の半導体、ＳｉＯ
2 ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＭｇＯ，Ｙ2
Ｏ3 ，ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3 ，Ｍ ｇＯ・ＳｉＯ2 ，ＭｇＴ
ｉＯ2 ，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ），Ｙ3Ｇａ5Ｏ12 ，Ｙ
ｂ3Ｇａ5Ｏ12 ，Ｙｂ3Ａｌ5Ｏ12 等の酸化物、ＡｌＮ，
Ｓｉ3Ｎ4 ，ＢＮ等の窒化物が挙げられ、これらは熱伝
導率が２Ｗ／ｍＫ以上であれば単結晶体であってもよい
し多結晶体であってもよい。これらの物質は、熱伝導率
が２Ｗ／ｍＫ以上である光学的に透明なマトリックスを
形成することができるばかりでなく、光学材料として実
用上十分な耐久性、耐光性を有している。
【００２４】なお、前述したように、マトリックスは、
当該マトリックスに分散させようとする微粒子について
の吸収ピーク波長域における光吸収係数αが概ね１０ｃ
ｍ-1以下であることが望ましので、分散させようとする
微粒子の材質に応じてその材質が適宜決定される。
当該マトリックスに分散させようとする微粒子について
の吸収ピーク波長域における光吸収係数αが概ね１０ｃ
ｍ-1以下であることが望ましので、分散させようとする
微粒子の材質に応じてその材質が適宜決定される。
【００２５】本発明の非線形光学材料では、上述したマ
トリックス中に微粒子が分散されているわけであるが、
この微粒子は上述のマトリックス中に分散させることに
よって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、前述したよ
うに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、非線形光素子を用いた光学系では、通常、波長３０
０〜２０００ｎｍ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３００〜２
０００ｎｍの波長域内にあるものが好ましい。
トリックス中に微粒子が分散されているわけであるが、
この微粒子は上述のマトリックス中に分散させることに
よって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、前述したよ
うに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、非線形光素子を用いた光学系では、通常、波長３０
０〜２０００ｎｍ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３００〜２
０００ｎｍの波長域内にあるものが好ましい。
【００２６】このような観点から、上記の微粒子として
は金属微粒子、半導体微粒子または金属もしくは半導体
からなるコアの表面を当該コアおよびマトリックスとは
異なる物質からなるシェルで被覆してなる複合微粒子が
好ましく、特に、下記(i) 〜(iii) の微粒子が好まし
い。
は金属微粒子、半導体微粒子または金属もしくは半導体
からなるコアの表面を当該コアおよびマトリックスとは
異なる物質からなるシェルで被覆してなる複合微粒子が
好ましく、特に、下記(i) 〜(iii) の微粒子が好まし
い。
【００２７】(i) Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏ
ｓ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，ＳｂおよびＰ
ｂからなる金属群より選ばれた金属単体、前記金属群よ
り選ばれた金属同士の合金または前記金属群より選ばれ
た金属の１種もしくは複数種を総量で８０モル％以上含
む合金（この場合、当該合金を形成する前記金属以外の
金属成分の具体例としては、Ｙ，Ｙｂ，Ｚｎ，Ｃｄ等が
挙げられる。）からなる微粒子。
ｄ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏ
ｓ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，ＳｂおよびＰ
ｂからなる金属群より選ばれた金属単体、前記金属群よ
り選ばれた金属同士の合金または前記金属群より選ばれ
た金属の１種もしくは複数種を総量で８０モル％以上含
む合金（この場合、当該合金を形成する前記金属以外の
金属成分の具体例としては、Ｙ，Ｙｂ，Ｚｎ，Ｃｄ等が
挙げられる。）からなる微粒子。
【００２８】(ii) Ｓｉ，Ｇｅ，ＡｌＳｂ，ＩｎＰ，Ｇ
ａＡｓ，ＧａＰ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｄ
Ｓ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴ
ｅ，ＳｅＴｅ，ＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＣ
ｌ，ＴｌＢｒ，ＴｌＩ，ＳｉxＧｅ(1- x)（０≦ｘ≦
１），ＺｎxＣｄyＰｂ(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)（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦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。
ａＡｓ，ＧａＰ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，Ｃｄ
Ｓ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴ
ｅ，ＳｅＴｅ，ＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＣ
ｌ，ＴｌＢｒ，ＴｌＩ，ＳｉxＧｅ(1- x)（０≦ｘ≦
１），ＺｎxＣｄyＰｂ(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)（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦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。
【００２９】(iii) 上記(i) の金属群より選ばれた金属
単体、上記(i) の金属群より選ばれた金属同士の合金、
上記(i) の金属群より選ばれた金属の１種もしくは複数
種を総量で８０モル％以上含む合金、または上記(ii)の
半導体群から選ばれた半導体からなるコアの表面を当該
コアおよびマトリックスとは異なる物質からなるシェル
で被覆してなる複合微粒子。当該複合微粒子におけるシ
ェルは、前記のコアとは異なる金属単体または合金から
なっていることが好ましく、この場合のシェルの材料の
具体例としてはＡｌ，Ａｇ，ＡｕおよびＣｕから選ばれ
た金属単体（コアとは異なるもの）、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ
およびＣｕから選ばれた金属同士の合金（コアとは異な
るもの）、ならびにＡｌ，Ａｇ，ＡｕおよびＣｕから選
ばれた１種もしくは複数種の金属を総量で８０ mol％以
上含む合金（コアとは異なるもの。；この場合、当該合
金を形成する前記金属以外の金属成分の具体例として
は、Ｙ，Ｙｂ，Ｚｎ，Ｃｄ等が挙げられる。）が挙げら
れる。
単体、上記(i) の金属群より選ばれた金属同士の合金、
上記(i) の金属群より選ばれた金属の１種もしくは複数
種を総量で８０モル％以上含む合金、または上記(ii)の
半導体群から選ばれた半導体からなるコアの表面を当該
コアおよびマトリックスとは異なる物質からなるシェル
で被覆してなる複合微粒子。当該複合微粒子におけるシ
ェルは、前記のコアとは異なる金属単体または合金から
なっていることが好ましく、この場合のシェルの材料の
具体例としてはＡｌ，Ａｇ，ＡｕおよびＣｕから選ばれ
た金属単体（コアとは異なるもの）、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ
およびＣｕから選ばれた金属同士の合金（コアとは異な
るもの）、ならびにＡｌ，Ａｇ，ＡｕおよびＣｕから選
ばれた１種もしくは複数種の金属を総量で８０ mol％以
上含む合金（コアとは異なるもの。；この場合、当該合
金を形成する前記金属以外の金属成分の具体例として
は、Ｙ，Ｙｂ，Ｚｎ，Ｃｄ等が挙げられる。）が挙げら
れる。
【００３０】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。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。
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。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。
【００３１】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
が、概ね０．０００１〜６０体積％の範囲内である。
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
が、概ね０．０００１〜６０体積％の範囲内である。
【００３２】本発明の非線形光学材料は、前述したマト
リックスおよび上述した微粒子の他に、前述したマトリ
ックス上に形成されたか、または前述したマトリックス
の外に一部が露出するようにして当該マトリックス内に
形成された１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以
上の薄膜とを備えている。
リックスおよび上述した微粒子の他に、前述したマトリ
ックス上に形成されたか、または前述したマトリックス
の外に一部が露出するようにして当該マトリックス内に
形成された１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以
上の薄膜とを備えている。
【００３３】この薄膜は、光の入射に伴って上述した微
粒子内に発生した熱をマトリックス外に放散させるため
のものであるので、当該薄膜はマトリックス上に形成さ
れているか、または、その一部がマトリックスの外に露
出するようにしてマトリックス内に形成されている。こ
の薄膜の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ未満では、光の入射に
伴って上述した微粒子内に発生した熱をマトリックス外
に高速で放散させることが困難になり、その結果とし
て、遅い非線形光学応答の高速化や遅い非線形光学応答
の低減を図ることが困難になる。
粒子内に発生した熱をマトリックス外に放散させるため
のものであるので、当該薄膜はマトリックス上に形成さ
れているか、または、その一部がマトリックスの外に露
出するようにしてマトリックス内に形成されている。こ
の薄膜の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ未満では、光の入射に
伴って上述した微粒子内に発生した熱をマトリックス外
に高速で放散させることが困難になり、その結果とし
て、遅い非線形光学応答の高速化や遅い非線形光学応答
の低減を図ることが困難になる。
【００３４】熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜の材質
の具体例としては、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｖ，Ｃｕ，Ｇａ，
Ｉｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，ダイヤモンド，ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＹＡＧ，Ｍ
ｇＯおよびＹ2Ｏ3 が挙げられる。これらの物質は、熱
伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上である他、実用上十分な耐久
性および耐光性を有しているという点で好ましく、中で
もＡｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｔｉ，ダイヤ
モンド，ＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＭｇＯおよびＹ2Ｏ3 が好
ましい。
の具体例としては、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｖ，Ｃｕ，Ｇａ，
Ｉｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，ダイヤモンド，ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＹＡＧ，Ｍ
ｇＯおよびＹ2Ｏ3 が挙げられる。これらの物質は、熱
伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上である他、実用上十分な耐久
性および耐光性を有しているという点で好ましく、中で
もＡｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｔｉ，ダイヤ
モンド，ＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＭｇＯおよびＹ2Ｏ3 が好
ましい。
【００３５】上記の薄膜としては、マトリックスよりも
熱伝導率の高いものを用いることが好ましい。また、薄
膜の厚さは目的とする非線形光学材料の用途等に応じて
適宜変更することが可能であるが、０．１〜１０００ｎ
ｍの範囲内であることが好ましい。薄膜の厚さが０．１
ｎｍ未満では、当該薄膜の熱伝導率が低下するため、光
の入射に伴って上述した微粒子内に発生した熱をこの薄
膜によってマトリックス外に高速で放散させることが困
難になる。一方、薄膜の厚さが１０００ｎｍを超える
と、薄膜が透明材料からなる場合であっても、当該薄膜
に起因する反射や散乱による光損失が増加する。薄膜の
厚さは、１〜２００ｎｍであることが特に好ましい。た
だし、Ｃｒのような遮光材料によって薄膜を形成する場
合には、十分な透明性が得られるよう、当該薄膜の厚さ
を１〜１０ｎｍとすることが好ましい。
熱伝導率の高いものを用いることが好ましい。また、薄
膜の厚さは目的とする非線形光学材料の用途等に応じて
適宜変更することが可能であるが、０．１〜１０００ｎ
ｍの範囲内であることが好ましい。薄膜の厚さが０．１
ｎｍ未満では、当該薄膜の熱伝導率が低下するため、光
の入射に伴って上述した微粒子内に発生した熱をこの薄
膜によってマトリックス外に高速で放散させることが困
難になる。一方、薄膜の厚さが１０００ｎｍを超える
と、薄膜が透明材料からなる場合であっても、当該薄膜
に起因する反射や散乱による光損失が増加する。薄膜の
厚さは、１〜２００ｎｍであることが特に好ましい。た
だし、Ｃｒのような遮光材料によって薄膜を形成する場
合には、十分な透明性が得られるよう、当該薄膜の厚さ
を１〜１０ｎｍとすることが好ましい。
【００３６】マトリックス上またはマトリックス内に形
成する薄膜の枚数は、目的とする非線形光学材料の用途
や厚さ等に応じて１枚または２枚以上の所望枚数とする
ことができ、薄膜を２枚以上の所望枚数形成する場合に
は、各薄膜の材質は同じあってもよいし異なっていても
よい。また、入射光の散乱を抑えるうえから、目的とす
る非線形光学材料の使用時において入射光が薄膜の主表
面と平行な方向または薄膜の主表面の法線方向から入射
することになるように、当該薄膜を形成することが望ま
しい。したがって、薄膜を複数枚形成する場合には、各
薄膜を互いに平行に形成することが望ましい。
成する薄膜の枚数は、目的とする非線形光学材料の用途
や厚さ等に応じて１枚または２枚以上の所望枚数とする
ことができ、薄膜を２枚以上の所望枚数形成する場合に
は、各薄膜の材質は同じあってもよいし異なっていても
よい。また、入射光の散乱を抑えるうえから、目的とす
る非線形光学材料の使用時において入射光が薄膜の主表
面と平行な方向または薄膜の主表面の法線方向から入射
することになるように、当該薄膜を形成することが望ま
しい。したがって、薄膜を複数枚形成する場合には、各
薄膜を互いに平行に形成することが望ましい。
【００３７】以上説明した光学的に透明なマトリック
ス、微粒子および薄膜を備えた本発明の非線形光学材料
では、前述した微粒子の実質的に全てが、上述した薄膜
と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接する。薄
膜は、前述したように、光の入射に伴って微粒子内に発
生した熱をマトリックス外に放散させるためのものであ
り、微粒子と薄膜との距離が１００ｎｍを超えると微粒
子から薄膜への熱伝導が急激に損なわれ、その結果とし
て、光の入射に伴って微粒子内に発生した熱を薄膜によ
ってマトリックス外に放散させることが困難になる。微
粒子と薄膜との距離は３０ｎｍ以内であることが好まし
い。
ス、微粒子および薄膜を備えた本発明の非線形光学材料
では、前述した微粒子の実質的に全てが、上述した薄膜
と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接する。薄
膜は、前述したように、光の入射に伴って微粒子内に発
生した熱をマトリックス外に放散させるためのものであ
り、微粒子と薄膜との距離が１００ｎｍを超えると微粒
子から薄膜への熱伝導が急激に損なわれ、その結果とし
て、光の入射に伴って微粒子内に発生した熱を薄膜によ
ってマトリックス外に放散させることが困難になる。微
粒子と薄膜との距離は３０ｎｍ以内であることが好まし
い。
【００３８】なお、本発明の非線形光学材料において
は、マトリックス中に分散している微粒子の全てが薄膜
と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接する必要
性は必ずしもないが、遅い非線形光学応答の高速化や遅
い非線形光学応答の低減を図るうえからは、できるだけ
多くの微粒子が薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の
距離で近接することが好ましい。
は、マトリックス中に分散している微粒子の全てが薄膜
と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接する必要
性は必ずしもないが、遅い非線形光学応答の高速化や遅
い非線形光学応答の低減を図るうえからは、できるだけ
多くの微粒子が薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の
距離で近接することが好ましい。
【００３９】マトリックス中に分散している微粒子の全
てが薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接
していた場合には、下式
てが薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接
していた場合には、下式
【数１】 により求めた有効応答時間τe が概ね１０ｐｓ以下であ
る非線形光学材料を得ることができるが、本発明の非線
形光学材料は、上記の式により求めた有効応答時間τe
が概ね５０ｐｓ以下であればよい。
る非線形光学材料を得ることができるが、本発明の非線
形光学材料は、上記の式により求めた有効応答時間τe
が概ね５０ｐｓ以下であればよい。
【００４０】したがって、本発明でいう「微粒子の実質
的に全てが、薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距
離で近接する」とは、マトリックス中に分散している全
ての微粒子のうち、有効応答時間τe が概ね５０ｐｓ以
下の非線形光学材料が得られる量または割合の微粒子が
薄膜と接しているかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接
していることを意味する。
的に全てが、薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以内の距
離で近接する」とは、マトリックス中に分散している全
ての微粒子のうち、有効応答時間τe が概ね５０ｐｓ以
下の非線形光学材料が得られる量または割合の微粒子が
薄膜と接しているかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接
していることを意味する。
【００４１】なお、上記の式中の「速い応答」とは、パ
ルス幅１ｐｓ以下のパルスレーザー光を用いて縮退四光
波混合法もしくはポンプ−プローブ法により測定した非
線形応答時間が１０ｐｓ以下である応答を意味し、「遅
い応答」とは前記と同一の方法により測定した非線形応
答時間が１００ｐｓ以上である応答を意味する。そし
て、上記の式中の「速い応答の成分率」および「遅い応
答の成分率」とは、上記の条件で測定した非線形光学応
答について下式により成分分離を行い、この結果から求
めた各成分についての０点（非線形応答の原点）におけ
る比率を意味する。
ルス幅１ｐｓ以下のパルスレーザー光を用いて縮退四光
波混合法もしくはポンプ−プローブ法により測定した非
線形応答時間が１０ｐｓ以下である応答を意味し、「遅
い応答」とは前記と同一の方法により測定した非線形応
答時間が１００ｐｓ以上である応答を意味する。そし
て、上記の式中の「速い応答の成分率」および「遅い応
答の成分率」とは、上記の条件で測定した非線形光学応
答について下式により成分分離を行い、この結果から求
めた各成分についての０点（非線形応答の原点）におけ
る比率を意味する。
【００４２】
【数２】
【００４３】本発明の非線形光学材料は、上述したマト
リックス、微粒子および薄膜を備え、前記の微粒子の実
質的に全てが、前記の薄膜と接するかまたは１００ｎｍ
以内の距離で近接していればよいが、前記の薄膜はヒー
トシンクと接続していてもよい。
リックス、微粒子および薄膜を備え、前記の微粒子の実
質的に全てが、前記の薄膜と接するかまたは１００ｎｍ
以内の距離で近接していればよいが、前記の薄膜はヒー
トシンクと接続していてもよい。
【００４４】この場合のヒートシンクは、薄膜の温度を
室温以下に抑えることができればよく、このようなヒー
トシンクの具体例としては、Ａｕ，Ａｇ，ＣｕおよびＡ
ｌ等の金属やダイヤモンド，ＡｌＮ等の結晶からなる放
熱用の層ないし板が挙げられる。薄膜を上記のヒートシ
ンクと接続することにより、光の入射に伴って微粒子内
に発生した熱を薄膜を介してマトリックス外により高速
で放散させることが可能になり、その結果として、遅い
非線形光学応答の高速化や遅い非線形光学応答の低減を
より容易に図ることが可能になる。
室温以下に抑えることができればよく、このようなヒー
トシンクの具体例としては、Ａｕ，Ａｇ，ＣｕおよびＡ
ｌ等の金属やダイヤモンド，ＡｌＮ等の結晶からなる放
熱用の層ないし板が挙げられる。薄膜を上記のヒートシ
ンクと接続することにより、光の入射に伴って微粒子内
に発生した熱を薄膜を介してマトリックス外により高速
で放散させることが可能になり、その結果として、遅い
非線形光学応答の高速化や遅い非線形光学応答の低減を
より容易に図ることが可能になる。
【００４５】上述した本発明の非線形光学材料は、例え
ば下記（Ａ）〜（Ｃ）の方法により得ることができる。 （Ａ）微粒子の形成をスパッタ法により行う方法 所望の基板（例えばシリカガラス，ケイ酸塩ガラス等；
（Ｂ）以下の方法においても同じ。）の所定面上に、真
空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等によって熱伝導率が
２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を形成し、この薄膜上に直接ま
たは真空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等によってマト
リックス層を形成した後にスパッタ法により微粒子を形
成し、この後、前記の微粒子を被覆するマトリックス層
を真空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等によって必要に
応じて形成する。基板と薄膜との間には、必要に応じて
マトリックス層や微粒子を形成してもよい。また、薄膜
の形成、微粒子の形成およびマトリックス層の形成は、
基板の所定面上において必要回数繰り返してもよい。
ば下記（Ａ）〜（Ｃ）の方法により得ることができる。 （Ａ）微粒子の形成をスパッタ法により行う方法 所望の基板（例えばシリカガラス，ケイ酸塩ガラス等；
（Ｂ）以下の方法においても同じ。）の所定面上に、真
空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等によって熱伝導率が
２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を形成し、この薄膜上に直接ま
たは真空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等によってマト
リックス層を形成した後にスパッタ法により微粒子を形
成し、この後、前記の微粒子を被覆するマトリックス層
を真空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等によって必要に
応じて形成する。基板と薄膜との間には、必要に応じて
マトリックス層や微粒子を形成してもよい。また、薄膜
の形成、微粒子の形成およびマトリックス層の形成は、
基板の所定面上において必要回数繰り返してもよい。
【００４６】（Ｂ）微粒子の形成をイオン注入法により
行う方法 所望の基板の所定面上に、真空蒸着法，スパッタ法，Ｃ
ＶＤ法等によって熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を
形成し、この薄膜上に真空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ
法等によってマトリックス層を形成した後、イオン注入
法により前記のマトリックス層中に微粒子を形成する。
基板と薄膜との間には、必要に応じてマトリックス層や
微粒子を形成してもよい。また、薄膜の形成、マトリッ
クス層の形成および微粒子の形成は、基板の所定面上に
おいて必要回数繰り返してもよい。
行う方法 所望の基板の所定面上に、真空蒸着法，スパッタ法，Ｃ
ＶＤ法等によって熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を
形成し、この薄膜上に真空蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ
法等によってマトリックス層を形成した後、イオン注入
法により前記のマトリックス層中に微粒子を形成する。
基板と薄膜との間には、必要に応じてマトリックス層や
微粒子を形成してもよい。また、薄膜の形成、マトリッ
クス層の形成および微粒子の形成は、基板の所定面上に
おいて必要回数繰り返してもよい。
【００４７】（Ｃ）微粒子の形成をゾル−ゲル法により
行う方法 所望の基板の所定面上に、真空蒸着法，スパッタ法，Ｃ
ＶＤ法等によって熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を
形成し、この薄膜上にゾル−ゲル法によって微粒子の成
分を含むマトリックス層（厚さ１００ｎｍ以下）を形成
した後、この材料（前記の基板上に前記のマトリクス層
を形成したもの）を加熱して、前記のマトリックス層中
に微粒子を生成させる。または、予め微粒子を分散させ
たゾル溶液を用いたゾル−ゲル法により、直接、微粒子
が分散したマトリックス層（厚さ１００ｎｍ以下）を前
記の薄膜上に形成する。基板と薄膜との間には、必要に
応じてマトリックス層や微粒子を形成してもよい。ま
た、薄膜の形成、マトリックス層の形成および微粒子の
形成は、基板の所定面上において必要回数繰り返しても
よい。
行う方法 所望の基板の所定面上に、真空蒸着法，スパッタ法，Ｃ
ＶＤ法等によって熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を
形成し、この薄膜上にゾル−ゲル法によって微粒子の成
分を含むマトリックス層（厚さ１００ｎｍ以下）を形成
した後、この材料（前記の基板上に前記のマトリクス層
を形成したもの）を加熱して、前記のマトリックス層中
に微粒子を生成させる。または、予め微粒子を分散させ
たゾル溶液を用いたゾル−ゲル法により、直接、微粒子
が分散したマトリックス層（厚さ１００ｎｍ以下）を前
記の薄膜上に形成する。基板と薄膜との間には、必要に
応じてマトリックス層や微粒子を形成してもよい。ま
た、薄膜の形成、マトリックス層の形成および微粒子の
形成は、基板の所定面上において必要回数繰り返しても
よい。
【００４８】次に、本発明の非線形光素子について説明
する。◎ 本発明の非線形光素子では、前述したように、上述した
本発明の非線形光学材料によって光路の一部または全部
が形成されている。
する。◎ 本発明の非線形光素子では、前述したように、上述した
本発明の非線形光学材料によって光路の一部または全部
が形成されている。
【００４９】この非線形光素子は、光路の一部または全
部を形成している上述した本発明の非線形光学材料の非
線形光学特性を利用して光制御を行う非線形光素子であ
れば如何なる形態（例えばファブリ・ペロー共振器型，
導波路型，方向性結合器型，ループファイバー型等）お
よび用途（例えば光スイッチ，光変調器，光シャッタ，
光フィルタ，光論理素子，光メモリ，光交換器，光ゲー
ト素子等）のものであってもよい。
部を形成している上述した本発明の非線形光学材料の非
線形光学特性を利用して光制御を行う非線形光素子であ
れば如何なる形態（例えばファブリ・ペロー共振器型，
導波路型，方向性結合器型，ループファイバー型等）お
よび用途（例えば光スイッチ，光変調器，光シャッタ，
光フィルタ，光論理素子，光メモリ，光交換器，光ゲー
ト素子等）のものであってもよい。
【００５０】上記の非線形光素子は、例えば次のように
して駆動されて光制御を行う。すなわち、非線形光素子
によって制御しようとする光（以下「被制御光」とい
う）を当該非線形光素子に入射させるにあたり、非線形
光素子からの出射光強度をオフ状態にしたい場合には被
制御光の入射強度が前記の非線形光学材料に非線形光学
応答を生じさせない強度となるように当該被制御光の入
射強度を調整し、非線形光素子からの出射光強度をオン
状態にしたい場合には被制御光の入射強度が前記の非線
形光学材料に非線形光学応答を生じさせる強度となるよ
うに当該被制御光の入射強度を調整する。
して駆動されて光制御を行う。すなわち、非線形光素子
によって制御しようとする光（以下「被制御光」とい
う）を当該非線形光素子に入射させるにあたり、非線形
光素子からの出射光強度をオフ状態にしたい場合には被
制御光の入射強度が前記の非線形光学材料に非線形光学
応答を生じさせない強度となるように当該被制御光の入
射強度を調整し、非線形光素子からの出射光強度をオン
状態にしたい場合には被制御光の入射強度が前記の非線
形光学材料に非線形光学応答を生じさせる強度となるよ
うに当該被制御光の入射強度を調整する。
【００５１】あるいは、非線形光学材料に非線形光学応
答を生じさせない入射光強度のバイアスポンピング光
（定常入力光）と、このバイアスポンピング光と同一波
長のトリガーポンピング光（パルス光）とを非線形光素
子に入射させ、非線形光素子からの出射光強度をオフ状
態にしたい場合には、バイアスポンピング光とトリガー
ポンピング光とが重畳された光の入射強度が前記の非線
形光学材料に非線形光学応答を生じさせない強度となる
ようにバイアスポンピング光またはトリガーポンピング
光の入射強度を調整し、非線形光素子からの出射光強度
をオン状態にしたい場合には、バイアスポンピング光と
トリガーポンピング光とが重畳された光の入射強度が前
記の非線形光学材料に非線形光学応答を生じさせる強度
となるようにバイアスポンピング光またはトリガーポン
ピング光の入射強度を調整する。
答を生じさせない入射光強度のバイアスポンピング光
（定常入力光）と、このバイアスポンピング光と同一波
長のトリガーポンピング光（パルス光）とを非線形光素
子に入射させ、非線形光素子からの出射光強度をオフ状
態にしたい場合には、バイアスポンピング光とトリガー
ポンピング光とが重畳された光の入射強度が前記の非線
形光学材料に非線形光学応答を生じさせない強度となる
ようにバイアスポンピング光またはトリガーポンピング
光の入射強度を調整し、非線形光素子からの出射光強度
をオン状態にしたい場合には、バイアスポンピング光と
トリガーポンピング光とが重畳された光の入射強度が前
記の非線形光学材料に非線形光学応答を生じさせる強度
となるようにバイアスポンピング光またはトリガーポン
ピング光の入射強度を調整する。
【００５２】
【作用】マトリックスに微粒子を分散させてなる非線形
光学材料に所定波長の光、すなわち、当該非線形光学材
料に非線形光学応答が発現する波長の光を入射させる
と、当該光の入射に伴って微粒子内に熱が発生し、この
熱が微粒子に蓄えられることによって遅い応答（応答時
間が１００ｐｓ秒以上の非線形光学応答）が生じる。
光学材料に所定波長の光、すなわち、当該非線形光学材
料に非線形光学応答が発現する波長の光を入射させる
と、当該光の入射に伴って微粒子内に熱が発生し、この
熱が微粒子に蓄えられることによって遅い応答（応答時
間が１００ｐｓ秒以上の非線形光学応答）が生じる。
【００５３】本発明の非線形光学材料は、マトリックス
上に形成されたか、またはマトリックスの外に一部が露
出するようにして当該マトリックス内に形成された１枚
または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を備
え、かつ、マトリックスに分散されている微粒子の実質
的に全てが、前記の薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以
内の距離で近接している。したがって、光の入射に伴っ
て微粒子内に発生した熱は当該微粒子から前記の薄膜へ
伝導し、当該薄膜から非線形光学材料の外に放散する。
その結果として、マトリックス中に微粒子を分散させた
だけの従来の非線形光学材料に比べて、光の入射に伴っ
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
が抑制されるので、遅い応答の比率が低減し、また、遅
い応答がより高速化されて、非線形光学応答が高速化さ
れる。
上に形成されたか、またはマトリックスの外に一部が露
出するようにして当該マトリックス内に形成された１枚
または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜を備
え、かつ、マトリックスに分散されている微粒子の実質
的に全てが、前記の薄膜と接するかまたは１００ｎｍ以
内の距離で近接している。したがって、光の入射に伴っ
て微粒子内に発生した熱は当該微粒子から前記の薄膜へ
伝導し、当該薄膜から非線形光学材料の外に放散する。
その結果として、マトリックス中に微粒子を分散させた
だけの従来の非線形光学材料に比べて、光の入射に伴っ
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
が抑制されるので、遅い応答の比率が低減し、また、遅
い応答がより高速化されて、非線形光学応答が高速化さ
れる。
【００５４】また、本発明の非線形光素子では、本発明
の非線形光学材料によって光路の一部または全部が形成
されており、この非線形光学材料の非線形光学特性を利
用して光制御するわけであるが、当該非線形光学材料の
非線形光学応答の速度は上述のように高速であるので、
高速での光制御が可能になる。
の非線形光学材料によって光路の一部または全部が形成
されており、この非線形光学材料の非線形光学特性を利
用して光制御するわけであるが、当該非線形光学材料の
非線形光学応答の速度は上述のように高速であるので、
高速での光制御が可能になる。
【００５５】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ まず、シリカガラス基板（厚さ１ｍｍ）上に、市販のマ
イクロ波ＣＶＤ装置（ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置）を用
いて、厚さ約５０ｎｍのダイヤモンド薄膜（熱伝導率：
２０００Ｗ／ｍＫ）を形成した。このとき、原料ガスと
しては０．５％ＣＨ4 −９９．５％Ｈ2 ガスを用い、原
料ガスの流量を１００ミリリットル／分，原料ガスの圧
力（雰囲気圧）を４０Torr，マイクロ波出力を４００
Ｗ，基板温度を８００℃として成膜を行った。
イクロ波ＣＶＤ装置（ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置）を用
いて、厚さ約５０ｎｍのダイヤモンド薄膜（熱伝導率：
２０００Ｗ／ｍＫ）を形成した。このとき、原料ガスと
しては０．５％ＣＨ4 −９９．５％Ｈ2 ガスを用い、原
料ガスの流量を１００ミリリットル／分，原料ガスの圧
力（雰囲気圧）を４０Torr，マイクロ波出力を４００
Ｗ，基板温度を８００℃として成膜を行った。
【００５６】次に、市販のスパッタ装置を用いて上記の
ダイヤモンド薄膜上にＡｕを島状に堆積させて、Ａｕ微
粒子を形成した。さらに、同じスパッタ装置を用いて、
前記のＡｕ微粒子を被覆するようにして厚さ約２００ｎ
ｍのシリカガラス層を形成した。そして、ダイヤモンド
薄膜の形成、Ａｕ微粒子の形成およびシリカガラス層の
形成を前記のシリカガラス基板の所定面上において計５
回繰り返して、目的とする非線形光学材料（厚さ約２μ
ｍ；シリカガラス基板の厚さを含まない。）を得た。こ
の非線形光学材料の概略を図１に示す。
ダイヤモンド薄膜上にＡｕを島状に堆積させて、Ａｕ微
粒子を形成した。さらに、同じスパッタ装置を用いて、
前記のＡｕ微粒子を被覆するようにして厚さ約２００ｎ
ｍのシリカガラス層を形成した。そして、ダイヤモンド
薄膜の形成、Ａｕ微粒子の形成およびシリカガラス層の
形成を前記のシリカガラス基板の所定面上において計５
回繰り返して、目的とする非線形光学材料（厚さ約２μ
ｍ；シリカガラス基板の厚さを含まない。）を得た。こ
の非線形光学材料の概略を図１に示す。
【００５７】図１に示したように、この非線形光学材料
１は、ダイヤモンド薄膜２の形成と、このダイヤモンド
薄膜２上へのＡｕ微粒子３の形成と、このＡｕ微粒子３
を被覆するシリカガラス層４の形成とを、シリカガラス
基板５の所定面上において計５回繰り返すことによって
形成したものであり、各シリカガラス層４がマトリック
スに相当する。そして、各ダイヤモンド薄膜２はその四
方の側面をマトリックスの外に露出させており、各Ａｕ
微粒子３は各ダイヤモンド薄膜２のいずれかと接してい
る。透過型電子顕微鏡によりこの非線形光学材料１を観
察したところ、各Ａｕ微粒子３はほぼ球形を呈し、その
平均サイズは４５ｎｍであった。また、非線形光学材料
１に占めるＡｕ微粒子３の割合は１８体積％であった。
１は、ダイヤモンド薄膜２の形成と、このダイヤモンド
薄膜２上へのＡｕ微粒子３の形成と、このＡｕ微粒子３
を被覆するシリカガラス層４の形成とを、シリカガラス
基板５の所定面上において計５回繰り返すことによって
形成したものであり、各シリカガラス層４がマトリック
スに相当する。そして、各ダイヤモンド薄膜２はその四
方の側面をマトリックスの外に露出させており、各Ａｕ
微粒子３は各ダイヤモンド薄膜２のいずれかと接してい
る。透過型電子顕微鏡によりこの非線形光学材料１を観
察したところ、各Ａｕ微粒子３はほぼ球形を呈し、その
平均サイズは４５ｎｍであった。また、非線形光学材料
１に占めるＡｕ微粒子３の割合は１８体積％であった。
【００５８】上記の非線形光学材料についての大気中、
室温下での非線形光学応答を、ポンプ−プローブ方式の
測定装置を用いて測定した（以下、この測定を「測定
Ｉ」という）。このとき、ポンプ光としては波長５２０
ｎｍ，パルス幅１００ｆｓ，入射光強度２ｍＪ／ｃｍ2
の単色の単パルス光を用い、プローブ光としてはパルス
幅１００ｆｓ，入射光強度０．０１ｍＪ／ｃｍ2 の白色
の単パルス光を用いた。また、非線形光学応答は透過光
の強度変化（吸収変化）から測定した。その結果、上記
条件下での非線形光学応答は、図２中に実線で示すよう
に応答時間が２ｐｓ以下という高速のものであり、２ｐ
ｓを超える非線形光学応答は観測されなかった。
室温下での非線形光学応答を、ポンプ−プローブ方式の
測定装置を用いて測定した（以下、この測定を「測定
Ｉ」という）。このとき、ポンプ光としては波長５２０
ｎｍ，パルス幅１００ｆｓ，入射光強度２ｍＪ／ｃｍ2
の単色の単パルス光を用い、プローブ光としてはパルス
幅１００ｆｓ，入射光強度０．０１ｍＪ／ｃｍ2 の白色
の単パルス光を用いた。また、非線形光学応答は透過光
の強度変化（吸収変化）から測定した。その結果、上記
条件下での非線形光学応答は、図２中に実線で示すよう
に応答時間が２ｐｓ以下という高速のものであり、２ｐ
ｓを超える非線形光学応答は観測されなかった。
【００５９】また、上記のポンプ光およびプローブ光を
それぞれパルス間隔１０ｐｓで上記の非線形光学材料に
入射させ、上記と同様にして非線形光学応答を測定した
（以下、この測定を「測定II」という）。その結果、上
記の測定Ｉと同様の結果が得られた。このことから、当
該非線形光学材料は１００ギガビット／秒の高帯域デジ
タル光信号のスイッチング動作が可能であると推定され
る。
それぞれパルス間隔１０ｐｓで上記の非線形光学材料に
入射させ、上記と同様にして非線形光学応答を測定した
（以下、この測定を「測定II」という）。その結果、上
記の測定Ｉと同様の結果が得られた。このことから、当
該非線形光学材料は１００ギガビット／秒の高帯域デジ
タル光信号のスイッチング動作が可能であると推定され
る。
【００６０】実施例２ ダイヤモンド薄膜の厚さを約５００ｎｍとした以外は実
施例１と同様にして、厚さ約４μｍの非線形光学材料を
得た。透過型電子顕微鏡によりこの非線形光学材料を観
察したところ、各Ａｕ微粒子はほぼ球形を呈し、その平
均サイズは４５ｎｍであった。また、この非線形光学材
料に占めるＡｕ微粒子の割合は８体積％であった。この
非線形光学材料について、実施例１での測定Ｉと同様に
して非線形光学応答を測定したところ、非線形光学応答
は応答時間が約２ｐｓという高速のものであり、これよ
り遅い非線形光学応答は観測されなかった。また、実施
例１での測定IIと同様にして非線形光学応答を測定した
ところ、上記と同様の結果が得られた。このことから、
当該非線形光学材料は１００ギガビット／秒の高帯域デ
ジタル光信号のスイッチング動作が可能であると推定さ
れる。
施例１と同様にして、厚さ約４μｍの非線形光学材料を
得た。透過型電子顕微鏡によりこの非線形光学材料を観
察したところ、各Ａｕ微粒子はほぼ球形を呈し、その平
均サイズは４５ｎｍであった。また、この非線形光学材
料に占めるＡｕ微粒子の割合は８体積％であった。この
非線形光学材料について、実施例１での測定Ｉと同様に
して非線形光学応答を測定したところ、非線形光学応答
は応答時間が約２ｐｓという高速のものであり、これよ
り遅い非線形光学応答は観測されなかった。また、実施
例１での測定IIと同様にして非線形光学応答を測定した
ところ、上記と同様の結果が得られた。このことから、
当該非線形光学材料は１００ギガビット／秒の高帯域デ
ジタル光信号のスイッチング動作が可能であると推定さ
れる。
【００６１】比較例１ ダイヤモンド薄膜を形成しなかった以外は実施例１と同
様にして、厚さ約１μｍのＡｕ微粒子分散シリカガラス
を得た。透過型電子顕微鏡によりこのＡｕ微粒子分散シ
リカガラスを観察したところ、各Ａｕ微粒子はほぼ球形
を呈し、その平均サイズは４２ｎｍであった。また、こ
のＡｕ微粒子分散シリカガラスに占めるＡｕ微粒子の割
合は１２体積％であった。このＡｕ微粒子分散シリカガ
ラスについて、実施例１での測定Ｉと同様にして非線形
光学応答を測定したところ、図２中に破線で示すよう
に、応答時間が約２ｐｓという高速の非線形光学応答の
他に、応答時間が約２００ｐｓという遅い非線形光学応
答も観測され、有効応答時間τe は約１６０ｐｓであっ
た。また、実施例１での測定IIと同様にして非線形光学
応答を測定しようとしたところ、ノイズレベルが高く、
非線形応答信号を測定することができなかった。
様にして、厚さ約１μｍのＡｕ微粒子分散シリカガラス
を得た。透過型電子顕微鏡によりこのＡｕ微粒子分散シ
リカガラスを観察したところ、各Ａｕ微粒子はほぼ球形
を呈し、その平均サイズは４２ｎｍであった。また、こ
のＡｕ微粒子分散シリカガラスに占めるＡｕ微粒子の割
合は１２体積％であった。このＡｕ微粒子分散シリカガ
ラスについて、実施例１での測定Ｉと同様にして非線形
光学応答を測定したところ、図２中に破線で示すよう
に、応答時間が約２ｐｓという高速の非線形光学応答の
他に、応答時間が約２００ｐｓという遅い非線形光学応
答も観測され、有効応答時間τe は約１６０ｐｓであっ
た。また、実施例１での測定IIと同様にして非線形光学
応答を測定しようとしたところ、ノイズレベルが高く、
非線形応答信号を測定することができなかった。
【００６２】比較例２ 厚さ約５０ｎｍのダイヤモンド薄膜に代えて厚さ約２０
００ｎｍのダイヤモンド膜を形成した以外は実施例１と
同様にして、Ａｕ微粒子が分散したダイヤモンド膜−シ
リカガラス複合材料（厚さ約２０μｍ）を得た。透過型
電子顕微鏡によりこの複合材料を観察したところ、各Ａ
ｕ微粒子はほぼ球形を呈し、その平均サイズは４８ｎｍ
であった。また、この複合材料に占めるＡｕ微粒子の割
合は１６体積％であった。この複合材料の光透過率を測
定したところ、波長４００〜６００ｎｍの範囲の光透過
率は４０％以下であり、反射および散乱が多く認められ
た。そして、当該複合材料について実施例１での測定Ｉ
と同様にして非線形光学応答を測定しようとしたとこ
ろ、散乱光が多く、非線形応答信号は認められなかっ
た。
００ｎｍのダイヤモンド膜を形成した以外は実施例１と
同様にして、Ａｕ微粒子が分散したダイヤモンド膜−シ
リカガラス複合材料（厚さ約２０μｍ）を得た。透過型
電子顕微鏡によりこの複合材料を観察したところ、各Ａ
ｕ微粒子はほぼ球形を呈し、その平均サイズは４８ｎｍ
であった。また、この複合材料に占めるＡｕ微粒子の割
合は１６体積％であった。この複合材料の光透過率を測
定したところ、波長４００〜６００ｎｍの範囲の光透過
率は４０％以下であり、反射および散乱が多く認められ
た。そして、当該複合材料について実施例１での測定Ｉ
と同様にして非線形光学応答を測定しようとしたとこ
ろ、散乱光が多く、非線形応答信号は認められなかっ
た。
【００６３】比較例３ Ａｕ微粒子の平均サイズを０．５ｎｍとした以外は実施
例１と同様にして、Ａｕ微粒子が分散したダイヤモンド
膜−シリカガラス複合材料（厚さ約２μｍ）を得た。こ
の複合材料に占めるＡｕ微粒子の割合は５体積％であっ
た。この複合材料について実施例１での測定Ｉと同様に
して非線形光学応答を測定しようとしたところ、散乱光
が多く、非線形応答信号が微弱で測定不能であった。
例１と同様にして、Ａｕ微粒子が分散したダイヤモンド
膜−シリカガラス複合材料（厚さ約２μｍ）を得た。こ
の複合材料に占めるＡｕ微粒子の割合は５体積％であっ
た。この複合材料について実施例１での測定Ｉと同様に
して非線形光学応答を測定しようとしたところ、散乱光
が多く、非線形応答信号が微弱で測定不能であった。
【００６４】比較例４ ダイヤモンド薄膜の形成とＡｕ微粒子の形成との２つの
工程の間に、スパッタ装置を用いてダイヤモンド薄膜上
に厚さ約２００ｎｍのシリカガラス層を形成する工程を
追加した以外は実施例１と同様にして、Ａｕ微粒子が分
散したダイヤモンド膜−シリカガラス複合材料（厚さ約
３μｍ）を得た。透過型電子顕微鏡によりこの複合材料
を観察したところ、各Ａｕ微粒子はほぼ球形を呈し、そ
の平均サイズは４４ｎｍであった。また、この複合材料
に占めるＡｕ微粒子の割合は９体積％であった。この複
合材料について、実施例１での測定Ｉと同様にして非線
形光学応答を測定したところ、応答時間が約１ｐｓとい
う高速の非線形光学応答の他に、応答時間が約１８０ｐ
ｓという遅い非線形光学応答も観測され、有効応答時間
τe は約１５０ｐｓであった。また、実施例１での測定
IIと同様にして非線形光学応答を測定しようとしたとこ
ろ、ノイズレベルが高く、非線形応答信号を測定するこ
とができなかった。
工程の間に、スパッタ装置を用いてダイヤモンド薄膜上
に厚さ約２００ｎｍのシリカガラス層を形成する工程を
追加した以外は実施例１と同様にして、Ａｕ微粒子が分
散したダイヤモンド膜−シリカガラス複合材料（厚さ約
３μｍ）を得た。透過型電子顕微鏡によりこの複合材料
を観察したところ、各Ａｕ微粒子はほぼ球形を呈し、そ
の平均サイズは４４ｎｍであった。また、この複合材料
に占めるＡｕ微粒子の割合は９体積％であった。この複
合材料について、実施例１での測定Ｉと同様にして非線
形光学応答を測定したところ、応答時間が約１ｐｓとい
う高速の非線形光学応答の他に、応答時間が約１８０ｐ
ｓという遅い非線形光学応答も観測され、有効応答時間
τe は約１５０ｐｓであった。また、実施例１での測定
IIと同様にして非線形光学応答を測定しようとしたとこ
ろ、ノイズレベルが高く、非線形応答信号を測定するこ
とができなかった。
【００６５】実施例３ ダイヤモンド薄膜に代えて厚さ約４ｎｍのＡｌ薄膜をス
パッタ装置を用いて形成した以外は実施例１と同様にし
て、厚さ約２μｍの非線形光学材料を得た。透過型電子
顕微鏡によりこの非線形光学材料を観察したところ、各
Ａｕ微粒子はほぼ球形を呈し、その平均サイズは４１ｎ
ｍであった。また、この非線形光学材料に占めるＡｕ微
粒子の割合は１２体積％であった。上記の非線形光学材
料について、実施例１での測定Ｉと同様にして非線形光
学応答を測定したところ、非線形光学応答は応答時間が
２ｐｓ以下という高速のものであり、２ｐｓを超える非
線形光学応答は観測されなかった。また、実施例１での
測定IIと同様にして非線形光学応答を測定したところ、
上記と同様の結果が得られた。このことから、当該非線
形光学材料は１００ギガビット／秒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と推定される。
パッタ装置を用いて形成した以外は実施例１と同様にし
て、厚さ約２μｍの非線形光学材料を得た。透過型電子
顕微鏡によりこの非線形光学材料を観察したところ、各
Ａｕ微粒子はほぼ球形を呈し、その平均サイズは４１ｎ
ｍであった。また、この非線形光学材料に占めるＡｕ微
粒子の割合は１２体積％であった。上記の非線形光学材
料について、実施例１での測定Ｉと同様にして非線形光
学応答を測定したところ、非線形光学応答は応答時間が
２ｐｓ以下という高速のものであり、２ｐｓを超える非
線形光学応答は観測されなかった。また、実施例１での
測定IIと同様にして非線形光学応答を測定したところ、
上記と同様の結果が得られた。このことから、当該非線
形光学材料は１００ギガビット／秒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と推定される。
【００６６】実施例４〜実施例１５ 微粒子の材料および熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上の薄膜の
材料としてそれぞれ表１に示すものを用いた以外は実施
例２と同様にして、非線形光学材料を得た。そして、こ
れらの非線形光学材料について、表２に示すポンプ光
（単パルス光）を用いた以外は実施例１での測定Ｉと同
様にして非線形光学応答時間を測定した。これらの結果
を表１に示す。
材料としてそれぞれ表１に示すものを用いた以外は実施
例２と同様にして、非線形光学材料を得た。そして、こ
れらの非線形光学材料について、表２に示すポンプ光
（単パルス光）を用いた以外は実施例１での測定Ｉと同
様にして非線形光学応答時間を測定した。これらの結果
を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】表１に示したように、実施例４〜実施例１
５で得られた各非線形光学材料での非線形光学応答は応
答時間が３ｐｓ以下という高速のものであり、３ｐｓを
超える非線形光学応答はいずれの非線形光学材料におい
ても観測されなかった。また、表１に示したポンプ光を
用いた以外は実施例１での測定IIと同様にして非線形光
学応答を実施例毎に測定したところ、表１に示したと同
様の結果が得られた。このことから、実施例４〜実施例
１５で得られた各非線形光学材料は１００ギガビット／
秒の高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能で
あると推定される。
５で得られた各非線形光学材料での非線形光学応答は応
答時間が３ｐｓ以下という高速のものであり、３ｐｓを
超える非線形光学応答はいずれの非線形光学材料におい
ても観測されなかった。また、表１に示したポンプ光を
用いた以外は実施例１での測定IIと同様にして非線形光
学応答を実施例毎に測定したところ、表１に示したと同
様の結果が得られた。このことから、実施例４〜実施例
１５で得られた各非線形光学材料は１００ギガビット／
秒の高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能で
あると推定される。
【００６９】実施例１６ まず、シリカガラス基板（厚さ１ｍｍ）上に、市販のス
パッタ装置を用いて、厚さ１００ｎｍのＭｇＯ薄膜（熱
伝導率：４８Ｗ／ｍＫ）と厚さ３０ｎｍのシリカガラス
層とを順次形成した。次に、市販のイオン注入装置を用
いて、上記のシリカガラス層へＣｕ+ イオンを注入し
た。このとき、加速エネルギーを１６０ｋｅＶとし、ド
ーズ量を１×１０17イオン／ｃｍ2 とした。このイオン
注入により、上記のシリカガラス層内およびＭｇＯ薄膜
内にＣｕ微粒子が析出し、非線形光学材料が得られた。
透過型電子顕微鏡によりこの非線形光学材料を観察した
ところ、シリカガラス層の表面から２０〜４０ｎｍの深
さまでＣｕ微粒子の析出が認められ、各Ｃｕ微粒子はほ
ぼ球形を呈し、その平均サイズは１２ｎｍであった。ま
た、この非線形光学材料に占めるＣｕ微粒子の割合は１
２体積％であった。
パッタ装置を用いて、厚さ１００ｎｍのＭｇＯ薄膜（熱
伝導率：４８Ｗ／ｍＫ）と厚さ３０ｎｍのシリカガラス
層とを順次形成した。次に、市販のイオン注入装置を用
いて、上記のシリカガラス層へＣｕ+ イオンを注入し
た。このとき、加速エネルギーを１６０ｋｅＶとし、ド
ーズ量を１×１０17イオン／ｃｍ2 とした。このイオン
注入により、上記のシリカガラス層内およびＭｇＯ薄膜
内にＣｕ微粒子が析出し、非線形光学材料が得られた。
透過型電子顕微鏡によりこの非線形光学材料を観察した
ところ、シリカガラス層の表面から２０〜４０ｎｍの深
さまでＣｕ微粒子の析出が認められ、各Ｃｕ微粒子はほ
ぼ球形を呈し、その平均サイズは１２ｎｍであった。ま
た、この非線形光学材料に占めるＣｕ微粒子の割合は１
２体積％であった。
【００７０】上記の非線形光学材料について、ポンプ光
として波長５８０ｎｍ，パルス幅１２０ｆｓ，入射光強
度２ｍＪ／ｃｍ2 の単色の単パルス光を用い、プローブ
光としてパルス幅１２０ｆｓ，入射光強度０．０１ｍＪ
／ｃｍ2 の白色の単パルス光を用いた以外は実施例１で
の測定Ｉと同様にして非線形光学応答を測定したとこ
ろ、非線形光学応答は応答時間が３ｐｓ以下という高速
のものであり、３ｐｓを超える非線形光学応答は観測さ
れなかった。また、上記のポンプ光およびプローブ光を
用いた以外は実施例１での測定IIと同様にして非線形光
学応答を測定したところ、上記と同様の結果が得られ
た。このことから、当該非線形光学材料は１００ギガビ
ット／秒の高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が
可能であると推定される。
として波長５８０ｎｍ，パルス幅１２０ｆｓ，入射光強
度２ｍＪ／ｃｍ2 の単色の単パルス光を用い、プローブ
光としてパルス幅１２０ｆｓ，入射光強度０．０１ｍＪ
／ｃｍ2 の白色の単パルス光を用いた以外は実施例１で
の測定Ｉと同様にして非線形光学応答を測定したとこ
ろ、非線形光学応答は応答時間が３ｐｓ以下という高速
のものであり、３ｐｓを超える非線形光学応答は観測さ
れなかった。また、上記のポンプ光およびプローブ光を
用いた以外は実施例１での測定IIと同様にして非線形光
学応答を測定したところ、上記と同様の結果が得られ
た。このことから、当該非線形光学材料は１００ギガビ
ット／秒の高帯域デジタル光信号のスイッチング動作が
可能であると推定される。
【００７１】実施例１７ 実施例１６と同様にして非線形光学材料（以下「非線形
光学材料Ｉ」という）を得、この非線形光学材料Ｉを構
成しているシリカガラス層へ市販のイオン注入装置を用
いてＡｇ+ イオンをドーズ量が１×１０16イオン／ｃｍ
2 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時間熱処理を行って、目的とする非線
形光学材料（以下「非線形光学材料II」という）を得
た。この非線形光学材料IIを透過型電子顕微鏡により観
察したところ、微粒子の表面はＡｇになっており、微粒
子の平均サイズは２３ｎｍであった。また、光吸収ピー
ク位置は５８５ｎｍであった。これらのことから、この
非線形光学材料II中に分散している微粒子は、Ｃｕから
なるコアをＡｇからなるシェルで被覆してなる複合微粒
子であることが確認された。なお、非線形光学材料IIに
占める複合微粒子の割合は８体積％であった。
光学材料Ｉ」という）を得、この非線形光学材料Ｉを構
成しているシリカガラス層へ市販のイオン注入装置を用
いてＡｇ+ イオンをドーズ量が１×１０16イオン／ｃｍ
2 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時間熱処理を行って、目的とする非線
形光学材料（以下「非線形光学材料II」という）を得
た。この非線形光学材料IIを透過型電子顕微鏡により観
察したところ、微粒子の表面はＡｇになっており、微粒
子の平均サイズは２３ｎｍであった。また、光吸収ピー
ク位置は５８５ｎｍであった。これらのことから、この
非線形光学材料II中に分散している微粒子は、Ｃｕから
なるコアをＡｇからなるシェルで被覆してなる複合微粒
子であることが確認された。なお、非線形光学材料IIに
占める複合微粒子の割合は８体積％であった。
【００７２】上記の非線形光学材料IIについて、ポンプ
光の波長を５８５ｎｍとした以外は実施例１６での測定
Ｉと同様にして非線形光学応答を測定したところ、非線
形光学応答は応答時間が３ｐｓ以下という高速のもので
あり、３ｐｓを超える非線形光学応答は観測されなかっ
た。また、ポンプ光の波長を５８５ｎｍとした以外は実
施例１６での測定IIと同様にして非線形光学応答を測定
したところ、上記と同様の結果が得られた。このことか
ら、当該非線形光学材料IIは１００ギガビット／秒の高
帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能であると
推定される。
光の波長を５８５ｎｍとした以外は実施例１６での測定
Ｉと同様にして非線形光学応答を測定したところ、非線
形光学応答は応答時間が３ｐｓ以下という高速のもので
あり、３ｐｓを超える非線形光学応答は観測されなかっ
た。また、ポンプ光の波長を５８５ｎｍとした以外は実
施例１６での測定IIと同様にして非線形光学応答を測定
したところ、上記と同様の結果が得られた。このことか
ら、当該非線形光学材料IIは１００ギガビット／秒の高
帯域デジタル光信号のスイッチング動作が可能であると
推定される。
【００７３】実施例１８ 実施例１と同様にしてシリカガラス基板（厚さ１ｍｍ）
上に非線形光学材料（厚さ約２μｍ）を形成し（以下、
このものを「非線形光学材料形成シリカガラス基板」と
いう。）、この非線形光学材料形成シリカガラス基板の
両面に誘電体多層膜からなる厚さ２μｍの反射防止膜を
蒸着した後、ミラーの反射率９０％、共振器長１．５ｍ
ｍのファブリ・ペロー共振器に挿入して、ファブリ・ペ
ロー共振器型の光双安定スイッチ素子を作製した。この
光双安定スイッチ素子の概略を図３に示す。図３に示し
たように、この光双安定スイッチ素子１０は、反射率が
９０％である２枚のミラー１１を共振器長が１．５ｍｍ
となるように互いに対向させ配置してなるファブリ・ペ
ロー共振器に、両面に反射防止膜１２が蒸着された非線
形光学材料１３を挿入したものであり、前記の非線形光
学材料１３はその厚さ方向に光が透過するように２枚の
ミラー２の間に配置されている。
上に非線形光学材料（厚さ約２μｍ）を形成し（以下、
このものを「非線形光学材料形成シリカガラス基板」と
いう。）、この非線形光学材料形成シリカガラス基板の
両面に誘電体多層膜からなる厚さ２μｍの反射防止膜を
蒸着した後、ミラーの反射率９０％、共振器長１．５ｍ
ｍのファブリ・ペロー共振器に挿入して、ファブリ・ペ
ロー共振器型の光双安定スイッチ素子を作製した。この
光双安定スイッチ素子の概略を図３に示す。図３に示し
たように、この光双安定スイッチ素子１０は、反射率が
９０％である２枚のミラー１１を共振器長が１．５ｍｍ
となるように互いに対向させ配置してなるファブリ・ペ
ロー共振器に、両面に反射防止膜１２が蒸着された非線
形光学材料１３を挿入したものであり、前記の非線形光
学材料１３はその厚さ方向に光が透過するように２枚の
ミラー２の間に配置されている。
【００７４】次に、大気中、室温下で上記の光双安定ス
イッチ素子１０に波長５２０ｎｍ，パルス幅１５０ｆ
ｓ，入射光強度５ｍＪ／ｃｍ2 の単色の単パルス光を入
射させ、入射光と共振器からの出射光について時間波形
を比較した。その結果、光双安定スイッチ動作が観測さ
れ、スイッチに要する時間はオン・オフともに３ｐｓで
あった。このことから、この光双安定スイッチ素子は極
めて高速のスイッチ性能を有することが判明した。ま
た、上記単色の単パルス光を１０ｐｓ間隔で入射させた
以外は上記と同様にして光双安定スイッチ動作を観察し
たところ、上記の測定の場合と同様のスイッチ性能が確
認された。このことから、上記の光双安定スイッチ素子
１０は１００ギガビット／秒の高帯域デジタル信号のス
イッチング動作が可能であることが実証された。
イッチ素子１０に波長５２０ｎｍ，パルス幅１５０ｆ
ｓ，入射光強度５ｍＪ／ｃｍ2 の単色の単パルス光を入
射させ、入射光と共振器からの出射光について時間波形
を比較した。その結果、光双安定スイッチ動作が観測さ
れ、スイッチに要する時間はオン・オフともに３ｐｓで
あった。このことから、この光双安定スイッチ素子は極
めて高速のスイッチ性能を有することが判明した。ま
た、上記単色の単パルス光を１０ｐｓ間隔で入射させた
以外は上記と同様にして光双安定スイッチ動作を観察し
たところ、上記の測定の場合と同様のスイッチ性能が確
認された。このことから、上記の光双安定スイッチ素子
１０は１００ギガビット／秒の高帯域デジタル信号のス
イッチング動作が可能であることが実証された。
【００７５】実施例１９ Ｓｉ基板上に、ＣＶＤ法によって厚さ１０μｍのシリカ
ガラス層と厚さ４μｍの９５モル％ＳｉＯ2 −５モル％
ＧｅＯ2 組成のガラス層とを順次形成した後、反応性イ
オンエッチング法による加工およびシリカガラスによる
厚さ５０μｍのオーバーコートを行って、線路幅（コア
幅）５μｍのマッハツェンダー型導波路を形成した。こ
のマッハツェンダー型導波路に精密ダイヤモンドカッタ
ーを用いて幅５μｍの溝を形成し、所定厚みのシリカガ
ラス基板上に実施例１と同様にして非線形光学材料を形
成した後にシリカガラスガラス基板を所定の厚さまで研
磨したもの（厚さ４μｍ；以下、このものを「非線形光
学材料形成シリカガラス基板」という。）を前記の溝に
挿入し、光学接着剤で固定して、図４に示すマッハツェ
ンダー型非線形導波路素子を作製した。
ガラス層と厚さ４μｍの９５モル％ＳｉＯ2 −５モル％
ＧｅＯ2 組成のガラス層とを順次形成した後、反応性イ
オンエッチング法による加工およびシリカガラスによる
厚さ５０μｍのオーバーコートを行って、線路幅（コア
幅）５μｍのマッハツェンダー型導波路を形成した。こ
のマッハツェンダー型導波路に精密ダイヤモンドカッタ
ーを用いて幅５μｍの溝を形成し、所定厚みのシリカガ
ラス基板上に実施例１と同様にして非線形光学材料を形
成した後にシリカガラスガラス基板を所定の厚さまで研
磨したもの（厚さ４μｍ；以下、このものを「非線形光
学材料形成シリカガラス基板」という。）を前記の溝に
挿入し、光学接着剤で固定して、図４に示すマッハツェ
ンダー型非線形導波路素子を作製した。
【００７６】図４に示したように、このマッハツェンダ
ー型非線形導波路素子２０では、分岐した２つの光導波
路２１ａ，２１ｂのうちの一方２１ｂの一部が上述した
非線形光学材料形成シリカガラス基板２２からなり、光
導波路２１ａ，２１ｂの他の部分は９５モル％ＳｉＯ2
−５モル％ＧｅＯ2 組成のガラスからなっている。
ー型非線形導波路素子２０では、分岐した２つの光導波
路２１ａ，２１ｂのうちの一方２１ｂの一部が上述した
非線形光学材料形成シリカガラス基板２２からなり、光
導波路２１ａ，２１ｂの他の部分は９５モル％ＳｉＯ2
−５モル％ＧｅＯ2 組成のガラスからなっている。
【００７７】上記のマッハツェンダー型非線形導波路素
子２０の入射ポート２３（図４参照）から波長５２０ｎ
ｍ，パルス幅１５０ｆｓの単パルス光を導波路中に入射
させ、出射ポート２４（図４参照）からの出射光の強度
を観察した。その結果、入射光強度８０ｋＷ／ｃｍ2 で
スイッチ動作が認められ、スイッチに要する時間はオン
・オフともに３ｐｓであった。また、上記の単パルス光
を１０ｐｓ間隔で入射させて上記と同様にしてスイッチ
動作を観察したところ、上記と同様のスイッチ性能が確
認された。このことから、上記のマッハツェンダー型非
線形導波路素子２０は１００ギガビット／秒の高帯域デ
ジタル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。
子２０の入射ポート２３（図４参照）から波長５２０ｎ
ｍ，パルス幅１５０ｆｓの単パルス光を導波路中に入射
させ、出射ポート２４（図４参照）からの出射光の強度
を観察した。その結果、入射光強度８０ｋＷ／ｃｍ2 で
スイッチ動作が認められ、スイッチに要する時間はオン
・オフともに３ｐｓであった。また、上記の単パルス光
を１０ｐｓ間隔で入射させて上記と同様にしてスイッチ
動作を観察したところ、上記と同様のスイッチ性能が確
認された。このことから、上記のマッハツェンダー型非
線形導波路素子２０は１００ギガビット／秒の高帯域デ
ジタル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。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
速の非線形光学応答を示す非線形光学材料を提供するこ
とが可能になるとともに、高速での光制御が可能な非線
形光素子を提供することが可能になる。
速の非線形光学応答を示す非線形光学材料を提供するこ
とが可能になるとともに、高速での光制御が可能な非線
形光素子を提供することが可能になる。
【図１】実施例１で得た非線形光学材料の概略を示す側
面図である。
面図である。
【図２】実施例１で得た非線形光学材料および比較例１
で得たＡｕ微粒子分散シリカガラスについての非線形光
学応答曲線である。
で得たＡｕ微粒子分散シリカガラスについての非線形光
学応答曲線である。
【図３】実施例１８で作製したファブリ・ペロー共振器
型の光双安定スイッチ素子の概略を示す側面図である。
型の光双安定スイッチ素子の概略を示す側面図である。
【図４】実施例１９で作製したマッハツェンダー型非線
形導波路素子の概略を示す平面図である。
形導波路素子の概略を示す平面図である。
１ 非線形光学材料 ２ ダイヤモンド薄膜 ３ Ａｕ微粒子 ４ シリカガラス層 ５ シリカガラス基板 １０ ファブリ・ペロー共振器型の光双安定スイッチ
素子 １１ ミラー １２ 反射防止膜 １３ 非線形光学材料形成シリカガラス基板 ２０ マッハツェンダー型非線形導波路素子 ２１ａ 光導波路 ２１ｂ 光導波路 ２２ 非線形光学材料形成シリカガラス基板 ２３ 入射ポート ２４ 出射ポート
素子 １１ ミラー １２ 反射防止膜 １３ 非線形光学材料形成シリカガラス基板 ２０ マッハツェンダー型非線形導波路素子 ２１ａ 光導波路 ２１ｂ 光導波路 ２２ 非線形光学材料形成シリカガラス基板 ２３ 入射ポート ２４ 出射ポート
Claims (8)
- 【請求項１】 光学的に透明なマトリックスと、このマ
トリックス中に分散された微粒子と、前記マトリックス
上に形成されているか、または前記マトリックスの外に
一部が露出するようにして該マトリックス内に形成され
ている１枚または複数枚の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上の
薄膜とを備え、前記微粒子の実質的に全てが、前記薄膜
と接するかまたは１００ｎｍ以内の距離で近接すること
を特徴とする非線形光学材料。 - 【請求項２】 微粒子が、(i) Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓ
ｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｆ
ｅ，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、
前記金属群より選ばれた金属同士の合金または前記金属
群より選ばれた金属の１種もしくは複数種を総量で８０
モル％以上含む合金からなるものであるか、(ii) Ｓ
ｉ，Ｇｅ，ＡｌＳｂ，ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，Ｚｎ
Ｓ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴ
ｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＳｅＴｅ，ＣｕＣ
ｌ，ＣｕＢｒ，ＣｕＩ，ＴｌＣｌ，ＴｌＢｒ，ＴｌＩ，
ＳｉxＧｅ(1- x)（０≦ｘ≦１），ＺｎxＣｄyＰｂ
(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)Ｃ
ｌyＢｒzＩ(1-y -z)（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ
≦１）からなる半導体群より選ばれた半導体からなるも
のであるか、または(iii) 前記金属群より選ばれた金属
単体、前記金属群より選ばれた金属同士の合金、前記金
属群より選ばれた金属の１種もしくは複数種を総量で８
０モル％以上含む合金または前記半導体群から選ばれた
半導体からなるコアの表面を該コアおよびマトリックス
とは異なる物質からなるシェルで被覆してなる複合微粒
子である、請求項１に記載の非線形光学材料。 - 【請求項３】 微粒子のサイズが１〜５００ｎｍであ
る、請求項１または請求項２に記載の非線形光学材料。 - 【請求項４】 薄膜が、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｃ
ｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｖ，Ｃｕ，
Ｇａ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，ダイヤモンド，
ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＹＡ
Ｇ，ＭｇＯまたはＹ2Ｏ3 からなる、請求項１〜請求項
３のいずれか１項に記載の非線形光学材料。 - 【請求項５】 薄膜の厚さが０．１〜１０００ｎｍであ
る、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の非線形
光学材料。 - 【請求項６】 複数枚の薄膜が互いに平行に形成されて
いる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の非線
形光学材料。 - 【請求項７】 薄膜がヒートシンクと接続している、請
求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の非線形光学材
料。 - 【請求項８】 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記
載の非線形光学材料によって光路の一部または全部が形
成されていることを特徴とする非線形光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7166503A JPH0915665A (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 非線形光学材料および非線形光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7166503A JPH0915665A (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 非線形光学材料および非線形光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0915665A true JPH0915665A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=15832572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7166503A Withdrawn JPH0915665A (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 非線形光学材料および非線形光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0915665A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006200009A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 金属微粒子分散複合体及びその製造方法 |
| JP2007188107A (ja) * | 2002-01-07 | 2007-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 面型光変調器 |
| JP2011257581A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光学材料 |
| JP2011257582A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイッチ |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP7166503A patent/JPH0915665A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007188107A (ja) * | 2002-01-07 | 2007-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 面型光変調器 |
| JP2006200009A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 金属微粒子分散複合体及びその製造方法 |
| JP2011257581A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光学材料 |
| JP2011257582A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイッチ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |