JPH0922033A - Nonlinear optical device - Google Patents
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Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光スイッチなど
に利用される共振器構造を有する非線形光デバイスに関
し、さらに詳しくは、光吸収作用を有する非線形光学材
料を共振器型の非線形光デバイスに用いて、前記非線形
光学材料の光学非線形性を最も有効に利用することので
きる非線形光デバイスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-linear optical device having a resonator structure used in an ultrahigh-speed optical switch or the like, and more specifically, a non-linear optical device of a resonator type made of a non-linear optical material having an optical absorption function. The present invention relates to a non-linear optical device capable of making the most effective use of the optical non-linearity of the non-linear optical material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】非線形光デバイスは、超高速光スイッ
チ、光メモリー、光変調器、光リミッター、光論理素子
などに利用されている（例えば、神谷武志編「光情報材
料」丸善（１９８８）第６章、ｐｐ．１５３〜１８２、
および第８章、ｐｐ．２０９〜２４６）。特に、光で光
のスイッチングを行う素子は全光型光スイッチと呼ば
れ、電気回路のようなＣＲ時定数による帯域の制限がな
く高速化が可能なことや、電気回路では行えない３次元
空間を利用した並列処理が行えることから、光通信や光
情報処理の分野での活用が期待されている。2. Description of the Related Art Nonlinear optical devices are used in ultra-high-speed optical switches, optical memories, optical modulators, optical limiters, optical logic devices, etc. (for example, Takeshi Kamiya, "Optical Information Materials" Maruzen (1988) No. Chapter 6, pp.153-182,
And Chapter 8 pp. 209-246). In particular, an element that performs optical switching with light is called an all-optical type optical switch, and it is possible to speed up without limiting the band due to the CR time constant like an electric circuit, and to use a three-dimensional space that cannot be done with an electric circuit. It is expected to be used in the fields of optical communication and optical information processing because it can perform parallel processing using.
【０００３】非線形光デバイスの形態を大きく分ける
と、導波路型、光ファイバー型および面型に分けること
ができる。いずれの場合も、光の強度に依存する非線形
光学材料の屈折率変化や光吸収係数の変化の効果を利用
してスイッチングを行う。The forms of the nonlinear optical device can be roughly classified into a waveguide type, an optical fiber type, and a surface type. In either case, switching is performed by utilizing the effect of a change in the refractive index of the nonlinear optical material or a change in the light absorption coefficient depending on the intensity of light.
【０００４】例えば、導波路型では、非線形光学材料を
用いて図５に示すような光結合器を作製し、入力側のポ
ート５１ａから入力する光の強度により、光結合部５３
（２本の光導波路が接近している部分）での、導波路あ
るいは導波路間の媒質の屈折率を変化させることによっ
て、出力先のポートが切り替わることを利用して光スイ
ッチングを行っている。For example, in the case of the waveguide type, an optical coupler as shown in FIG. 5 is manufactured using a non-linear optical material, and the optical coupling portion 53 is formed by the intensity of light input from the input side port 51a.
Optical switching is performed by utilizing the fact that the output port is switched by changing the refractive index of the waveguide or the medium between the waveguides in the portion (where the two optical waveguides are close to each other). .
【０００５】また、光ファイバー型の非線形光デバイス
では、通常石英ガラスファイバーの光非線形性が利用さ
れている。例えば図６に示すように、光カプラ６１ａを
用いて光ループを形成し、そのループの途中から入力さ
れる制御光により光ファイバーの屈折率を変化させて、
入力ポート６２から入力した光が、左右に分かれてルー
プを一周するときの位相差が変化することを利用して、
出力ポート６３から出力される光のスイッチングを行う
ことができる。Optical fiber type nonlinear optical devices usually utilize the optical nonlinearity of silica glass fiber. For example, as shown in FIG. 6, an optical loop is formed by using the optical coupler 61a, and the refractive index of the optical fiber is changed by the control light input from the middle of the loop.
Utilizing the fact that the light input from the input port 62 splits into the left and right and the phase difference when going around the loop changes,
The light output from the output port 63 can be switched.
【０００６】面型の非線形光デバイスは、例えば図２の
ように、デバイスの膜面に対してある角度を持って光が
入射するデバイスである。その最も一般的な構造として
は、非線形光学材料を２枚のミラーで挟んだ、いわゆる
光共振器構造が使用されている。面型の非線形光デバイ
スは、導波路型やファイバー型と比べて、空間的並列化
が容易であるので、二次元情報処理用の空間変調器等に
利用されている（以下、面型の非線形光デバイスのう
ち、光共振器構造を有するものを、共振器型の非線形光
デバイスと呼ぶこととする）。A surface type non-linear optical device is a device in which light enters at a certain angle with respect to the film surface of the device, as shown in FIG. As the most general structure, a so-called optical resonator structure in which a nonlinear optical material is sandwiched between two mirrors is used. Compared to the waveguide type and fiber type, the surface type nonlinear optical device is easier to be spatially parallelized, and thus is used in a spatial modulator for two-dimensional information processing (hereinafter, the surface type nonlinear optical device). Among optical devices, one having an optical resonator structure is called a resonator-type nonlinear optical device).
【０００７】非線形光デバイスは、非線形光学材料（光
によりその材料の屈折率や光吸収係数が変化する材料）
と、それ以外の部分からなっている。非線形光学材料と
して、例えば、 ・光ファイバー、 ・３族と５族の元素からなる半導体超格子、 ・ＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）などの強誘電体結晶、 ・液晶，色素，ＭＮＡ（メチルニトロアニリン）などの
π電子共役系有機化合物、 ・ＰＤＡ（ポリジアセチレン）などのポリマー、 ・硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化セレン（ＺｎＳｅ）などの
半導体結晶、 ・硫化カドミウム（ＣｄＳ）や硫化セレン（ＣｄＳｅ）
からなるカルコゲナイドガラス、 など様々な材料が使用される。A non-linear optical device is a non-linear optical material (a material whose refractive index and optical absorption coefficient are changed by light).
And other parts. Non-linear optical materials include, for example, optical fibers, semiconductor superlattices composed of elements of groups 3 and 5, ferroelectric crystals such as BSO (Bi 12 SiO 20 ), liquid crystals, dyes, MNA (methylnitroaniline) Π-electron conjugated organic compounds such as: · Polymers such as PDA (polydiacetylene) · Semiconductor crystals such as zinc sulfide (ZnS) and selenium sulfide (ZnSe) · Cadmium sulfide (CdS) and selenium sulfide (CdSe)
Various materials such as chalcogenide glass are used.
【０００８】半導体超微粒子や金属超微粒子をガラス中
に分散させた材料も、非線形光学材料の一種である。こ
こで言う超微粒子とは、その粒径が１００ｎｍ以下の粒
子である（以下、この材料を単に超微粒子分散ガラスと
呼ぶこととする）。A material in which semiconductor ultrafine particles and metal ultrafine particles are dispersed in glass is also a kind of nonlinear optical material. The ultrafine particles referred to here are particles having a particle size of 100 nm or less (hereinafter, this material is simply referred to as ultrafine particle dispersed glass).
【０００９】これらの非線形光学材料を用いて非線形光
デバイスを構成するときは、個々の材料の特性を考慮し
てデバイス形状が決定される。特に、材料の光非線形性
の大きさと、光損失の大きさが重要な要因である。例え
ば、光ファイバーでは、光非線形性は小さいが、光の損
失が非常に小さいので、場合によっては数ｋｍ以上の長
さのファイバー中に光を伝搬させて、光スイッチングな
どを行うことができる。When a non-linear optical device is constructed using these non-linear optical materials, the device shape is determined in consideration of the characteristics of each material. In particular, the magnitude of the optical nonlinearity of the material and the magnitude of the optical loss are important factors. For example, an optical fiber has a small optical non-linearity but a very small optical loss. Therefore, in some cases, optical switching can be performed by propagating the light into a fiber having a length of several km or more.
【００１０】半導体超格子では、光非線形性も光損失も
前記光ファイバーに比べて、非常に大きくなっている。
したがって、光路長の短い面型のデバイス構成で使用さ
れる場合と、使用する光の波長を材料の光学吸収端より
もわずかに長波長側に設定し、導波路型のデバイス構成
で使用される場合の２つの場合がある。In the semiconductor superlattice, the optical non-linearity and the optical loss are much larger than those of the optical fiber.
Therefore, it is used in a surface-type device configuration with a short optical path and in a waveguide-type device configuration by setting the wavelength of the light to be used to a wavelength slightly longer than the optical absorption edge of the material. There are two cases.
【００１１】図２、図３および図４は、光吸収作用を有
する材料を使用した共振器型の非線形光デバイスとし
て、従来用いられている構成例である。2, FIG. 3 and FIG. 4 show examples of structures conventionally used as a resonator type non-linear optical device using a material having a light absorbing function.
【００１２】図２は、超微粒子分散ガラスを用いた例で
あり、誘電体多層膜ミラー２１ａおよび２１ｂの間に半
導体超微粒子分散ガラス２２が設置されいる（参考文
献、Ｊ．Ｙｕｍｏｔｏ、Ｓ．Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ、ａｎ
ｄ Ｋ．Ｋｕｂｏｄｅｒａ、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ Ｖｏｌ．１２、１９８７年、ｐ．８３２）。半導
体超微粒子分散ガラス２２の厚さは３００μｍで、その
両面に無反射コーティング２３ａおよび２３ｂが施され
ている。それぞれのミラーの反射率は９０％で、ミラー
間隔を６００μｍとしている。2 is an example using ultrafine particle dispersed glass, in which semiconductor ultrafine particle dispersed glass 22 is installed between dielectric multilayer mirrors 21a and 21b (reference document, J. Yumoto, S. Fukushima). , An
dK. Kubodera, Optics Letter
rs Vol. 12, 1987, p. 832). The semiconductor ultrafine particle dispersed glass 22 has a thickness of 300 μm, and antireflection coatings 23a and 23b are provided on both surfaces thereof. The reflectance of each mirror is 90%, and the mirror interval is 600 μm.
【００１３】図３は、ＺｎＳｅおよびＴｈＦ4 を用いた
例であり、ＺｎＳｅ（３１）とＴｈＦ4 （３２）の交互
多層膜でミラーを構成し、共振器構造を実現している
（参考文献、Ｓ．Ｄ．Ｓｍｉｔｈ他、ＯＰＴＩＣＡＬ
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．２６、１９８７年、
ｐｐ．４５〜５１）。この非線形光デバイスでは、光の
入射による温度変化に起因する材料の屈折率変化を利用
している。FIG. 3 shows an example using ZnSe and ThF 4 , and a resonator structure is realized by forming a mirror with alternating multilayer films of ZnSe (31) and ThF 4 (32) (references, SD Smith et al., OPTICAL
ENGINEERING Vol. 26, 1987,
pp. 45-51). This non-linear optical device utilizes the change in the refractive index of the material caused by the change in temperature due to the incidence of light.
【００１４】図４は、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系の超格
子を用いた例であり、基板を除去した超格子４１の両面
に、誘電体ミラー４２を蒸着して共振器構造を実現して
いる（参考文献、Ｈ．Ｍ．Ｇｉｂｂｓ他、Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．４１、
１９８２年、ｐ．２２１）。このときのミラー間隔は約
４．５μｍであり、使用する光の波長の数倍の厚さがあ
る。FIG. 4 shows an example in which a GaAs / GaAlAs-based superlattice is used, and dielectric mirrors 42 are vapor-deposited on both surfaces of the superlattice 41 from which the substrate is removed to realize a resonator structure (reference). Reference, HM Gibbs et al., Applie
d Physics Letters, Vol. 41,
1982, p. 221). The mirror interval at this time is about 4.5 μm, and the thickness is several times the wavelength of the light used.
【００１５】これらの従来の非線形光デバイスの構成例
では、いずれの場合も光入射による非線形光学材料の屈
折率変化や光吸収係数の変化を利用し、光スイッチング
動作あるいは光双安定動作を実現している。In any of these conventional non-linear optical device configuration examples, the optical switching operation or the optical bistable operation is realized by utilizing the change of the refractive index or the optical absorption coefficient of the non-linear optical material due to the incidence of light. ing.
【００１６】[0016]
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、これ
ら従来の非線形光デバイスには、以下のような問題点が
あり、光吸収のある非線形光学材料の性能を十分に利用
しているとは言いがたい。However, these conventional non-linear optical devices have the following problems, and it cannot be said that they make full use of the performance of non-linear optical materials having optical absorption. I want to.
【００１７】まず、図２の例では、非線形光学材料の厚
さが光波長の数百倍もあるので、光が入射側のミラー２
１ａから、出力側のミラー２１ｂまで進む間に減衰して
しまい、共振器内部での光の電場振幅の増大（いわゆる
光の共振器内への閉じこめ効果）が十分に得られていな
い。また、ミラー２１と非線形光学材料表面に形成され
た無反射コーティング膜２３ｂとの間に空間があるの
で、その空間とミラー２１ｂあるいは無反射コーティン
グ膜２３ｂとの界面で、光が散乱され効率が悪くなって
いる。さらに、２つのミラー２１ａ、２１ｂの平行度や
間隔の精密な制御が必要なことも問題となっている。First, in the example of FIG. 2, since the thickness of the non-linear optical material is several hundred times as large as the wavelength of light, the mirror 2 on the light incident side is shown.
It is attenuated while proceeding from 1a to the output side mirror 21b, and the increase of the electric field amplitude of light inside the resonator (so-called confinement effect of light into the resonator) is not sufficiently obtained. Further, since there is a space between the mirror 21 and the antireflection coating film 23b formed on the surface of the nonlinear optical material, light is scattered at the interface between the space and the mirror 21b or the antireflection coating film 23b, resulting in poor efficiency. Has become. Another problem is that precise control of the parallelism and spacing between the two mirrors 21a and 21b is required.
【００１８】図３の例では、ミラー間隔が最初から固定
されているので、使用時のミラー間隔の制御を行う必要
はない。しかし、非線形光デバイスの特性への寄与が小
さいミラーにおいても光吸収作用を有する材料を使用し
ているので、その部分での光吸収損失が発生してしま
う。In the example of FIG. 3, since the mirror interval is fixed from the beginning, it is not necessary to control the mirror interval during use. However, since a material having a light absorbing function is used even in a mirror that has a small contribution to the characteristics of a nonlinear optical device, light absorbing loss occurs at that portion.
【００１９】図４の例では、ミラー間隔が最初から固定
されているので、使用時のミラー間隔の制御は必要な
く、ミラーにも光吸収作用を有さない材料を使用してい
る。しかし、非線形光学材料の厚さが光波長の数倍もあ
るので、光が入射側のミラー４２ａから、出力側のミラ
ー４２ｂまで進む間に減衰してしまい、共振器内部での
光の電場振幅の増大効果（いわゆる光の共振器内への閉
じこめ効果）が、十分に得られていないことになる。In the example of FIG. 4, since the mirror spacing is fixed from the beginning, it is not necessary to control the mirror spacing at the time of use, and a material having no light absorbing action is also used for the mirror. However, since the thickness of the nonlinear optical material is several times as large as the wavelength of light, the light is attenuated while traveling from the mirror 42a on the incident side to the mirror 42b on the output side, and the electric field amplitude of the light inside the resonator is reduced. Is not sufficiently obtained (the so-called optical confinement effect in the resonator).
【００２０】これらの問題点は、光吸収作用を有する非
線形光学材料を、共振器型の非線形光デバイスとして使
用する際に必要な最適条件を満たしていないことに起因
する。These problems result from the fact that the non-linear optical material having a light absorbing effect does not satisfy the optimum conditions required when it is used as a resonator type non-linear optical device.
【００２１】この最適条件を求める際に、非線形光学材
料の種類（材料の屈折率や光吸収係数）によらない条件
を設定しておくことが、デバイス設計を容易にする上で
必要不可欠である。When obtaining the optimum conditions, it is essential to set conditions that do not depend on the type of the nonlinear optical material (refractive index or optical absorption coefficient of the material) in order to facilitate device design. .
【００２２】これまでにも、光吸収作用を有する材料を
用いた光共振器の最適化に関する研究はいくつかある
（例えば、Ｄ．Ａ．Ｂ．Ｍｉｌｌｅｒ、ＩＥＥＥ Ｊ．
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．Ｑ
Ｅ−１７、１９８１年、ｐ．３０６）。しかしながら、
前記研究の中では理論計算を簡単に行うために、共振器
内部の光電場として平均値を使用しており、共振器内部
での光電場の分布は考慮されていない。There have been several studies on the optimization of an optical resonator using a material having an optical absorption function (for example, DA Miller, IEEE J. et al.
Quantum Electronics, Vol. Q
E-17, 1981, p. 306). However,
In the above research, the average value is used as the photoelectric field inside the resonator in order to simplify the theoretical calculation, and the distribution of the photoelectric field inside the resonator is not taken into consideration.
【００２３】光吸収作用を有する材料では、非線形光学
材料の光軸方向の厚さを、λ／（２×ｎ）にしたとき
に、共振器の性能がもっとも引き出されるが、このとき
には、共振器内部の電場分布まで考慮する必要があるの
で、光電場の平均値を用いた上記の理論計算は、前提条
件からして、λ／（２×ｎ）のミラー間隔を持つ共振器
に適用できるかどうか疑問が持たれるところである。In the case of a material having a light absorbing function, the performance of the resonator can be maximized when the thickness of the nonlinear optical material in the optical axis direction is set to λ / (2 × n). Since it is necessary to consider the internal electric field distribution, is it possible to apply the above theoretical calculation using the average value of the photoelectric field to a resonator having a mirror spacing of λ / (2 × n) based on the preconditions? This is where questions are raised.
【００２４】[0024]
【課題を解決するための手段】本発明は、２枚のミラー
と、前記２枚のミラーの間に位置し光吸収作用を有する
光非線形材料とからなる共振器型の非線形光デバイスに
おいて、前記光非線形材料の光軸方向の厚さｔは、使用
する光の波長をλ、該光非線形性を有する材料の屈折率
をｎとしたとき、ｔ＝λ／（２×ｎ）であり、かつ前記
ミラーの反射率が一定である場合に、前記共振器に共鳴
した光波長における光透過率が、０．５〜０．８である
非線形光デバイスである。The present invention provides a resonator type non-linear optical device comprising two mirrors and an optical non-linear material located between the two mirrors and having an optical absorption function. The thickness t of the optical nonlinear material in the optical axis direction is t = λ / (2 × n), where λ is the wavelength of the light used and n is the refractive index of the material having the optical nonlinearity, and The nonlinear optical device has a light transmittance of 0.5 to 0.8 at a light wavelength resonating with the resonator when the reflectance of the mirror is constant.
【００２５】また、２枚のミラーと、前記２枚のミラー
の間に位置し光吸収作用を有する光非線形材料とからな
る共振器型の非線形光デバイスにおいて、前記光非線形
材料の光軸方向の厚さｔは、使用する光の波長をλ、該
光非線形性を有する材料の屈折率をｎとしたとき、ｔ＝
λ／（２×ｎ）であり、かつ前記非線形光学材料の光学
定数が一定である場合に、前記共振器に共鳴した光波長
における光透過率が、０．１〜０．４である非線形光デ
バイスである。Further, in a resonator type non-linear optical device consisting of two mirrors and an optical non-linear material having a light absorbing function, which is located between the two mirrors, in the optical axis direction of the optical non-linear material. The thickness t is t =, where λ is the wavelength of light used and n is the refractive index of the material having the optical nonlinearity.
Nonlinear light having a light transmittance of 0.1 to 0.4 at a light wavelength resonated in the resonator when λ / (2 × n) and the optical constant of the nonlinear optical material is constant. Is a device.
【００２６】さらに、上述のの非線形光デバイスにおい
て、前記ミラーは誘電体多層膜ミラーであり、かつ前記
２枚のミラーと前記光学非線形材料が順次積層した構造
を有する非線形光デバイスである。Further, in the above-mentioned nonlinear optical device, the mirror is a dielectric multilayer mirror, and the nonlinear optical device has a structure in which the two mirrors and the optical nonlinear material are sequentially laminated.
【００２７】[0027]
【作用】まず上述したように、前提条件として非線形光
学材料の光軸方向の厚さを λ／（２×ｎ） となるように設定することで、このデバイス内に入射し
た光の共振器内での電場振幅が、２枚のミラーの中央部
のみで、あるいは２枚のミラーと非線形光学材料の２つ
の界面の２カ所で最大となるようにすることができる。First, as described above, by setting the thickness of the nonlinear optical material in the optical axis direction as λ / (2 × n) as a precondition, the inside of the resonator of the light incident on this device is set. The electric field amplitude at can be maximized only in the central portion of the two mirrors or at two points of the two interfaces between the two mirrors and the nonlinear optical material.
【００２８】そこで、本発明の非線形光デバイスで、前
記ミラーの反射率が固定されている場合には、前記共振
器に共鳴した光波長における光透過率を０．５〜０．
８、より好ましくは０．６〜０．７、とすることで、最
も有効に該非線形光学材料の特性を利用することができ
る。Therefore, in the nonlinear optical device of the present invention, when the reflectance of the mirror is fixed, the light transmittance at the light wavelength resonated in the resonator is 0.5 to 0.
By setting it to 8, and more preferably to 0.6 to 0.7, the characteristics of the nonlinear optical material can be utilized most effectively.
【００２９】一方、前記非線形光学材料の光学定数が固
定されている場合は、前記共振器に共鳴した光波長にお
ける光透過率を０．１〜０．４、より好ましくは０．２
〜０．３とすることで、最も有効に該非線形光学材料の
特性を利用することができる。On the other hand, when the optical constant of the nonlinear optical material is fixed, the light transmittance at the wavelength of light resonating in the resonator is 0.1 to 0.4, more preferably 0.2.
By setting it to 0.3, the characteristics of the nonlinear optical material can be most effectively used.
【００３０】上記の非線形光デバイスにおいて、前記ミ
ラーとして、誘電体多層膜ミラーを使用することで、ミ
ラーでの光損失をさらに低減させることができる。In the above-mentioned nonlinear optical device, by using a dielectric multilayer film mirror as the mirror, it is possible to further reduce the optical loss in the mirror.
【００３１】さらに本発明は、前記誘電体多層膜ミラー
と前記光学非線形性を有する材料との間に間隙を設けな
い、すなわち同一基板上に第一の誘電体多層膜ミラーと
前記非線形光学材料と第二の誘電体多層膜が順次積層し
た構造を有している。このことで、前記第一の誘電体多
層膜ミラーと前記非線形光学材料、および前記第二の誘
電体多層膜ミラーと前記非線形光学材料の界面での、光
損失を低減させることができる。Further, according to the present invention, no gap is provided between the dielectric multilayer mirror and the material having the optical nonlinearity, that is, the first dielectric multilayer mirror and the nonlinear optical material are provided on the same substrate. It has a structure in which a second dielectric multilayer film is sequentially laminated. As a result, it is possible to reduce the optical loss at the interface between the first dielectric multilayer film mirror and the nonlinear optical material, and the interface between the second dielectric multilayer film mirror and the nonlinear optical material.
【００３２】以上のように、本発明の非線形光デバイス
では、光吸収作用を有する非線形光学材料の性能を十分
に発揮させることができる。As described above, in the nonlinear optical device of the present invention, the performance of the nonlinear optical material having a light absorbing function can be sufficiently exhibited.
【００３３】[0033]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に、本発明の非線形光デバイスの概略図を示
す。基板上に、第一の誘電体多層膜ミラー１ａが形成さ
れ、そのミラー上に直接非線形光学材料２が形成され、
さらにその上に直接第二の誘電体多層膜ミラー１ｂが形
成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of the nonlinear optical device of the present invention. The first dielectric multilayer mirror 1a is formed on the substrate, and the nonlinear optical material 2 is directly formed on the mirror.
Further, the second dielectric multilayer film mirror 1b is directly formed thereon.
【００３４】基板としては、非線形光デバイスの透過光
を利用する場合には、例えばガラス等の透明な材料が使
用される。一方、非線形光デバイスの反射光を利用する
場合には、光吸収があっても良いので、例えばシリコン
基板等も使用できる。When the transmitted light of the nonlinear optical device is used as the substrate, a transparent material such as glass is used. On the other hand, when the reflected light of the non-linear optical device is used, light absorption may occur, so that a silicon substrate or the like can be used, for example.
【００３５】誘電体多層膜ミラー１ａおよび１ｂの構造
としては、異なる屈折率を有する２種類の誘電体の光学
膜厚（誘電体の屈折率と物理的な膜厚の積）を、使用す
る光の波長をλとするとき、それぞれλ／４（ただし、
λは使用する光の波長）となるようにし、それぞれを交
互に積層したものを基本とする。しかし場合によって
は、ガラス基板と誘電体多層膜ミラーの界面、あるいは
第二の誘電体多層膜ミラーと空気との界面に、λ／８程
度の光学膜厚を有する誘電体を付加する場合もある。ま
た、２種類以上の誘電体を含む誘電体多層膜ミラーも、
本発明にある非線形光デバイスに使用できる。As the structure of the dielectric multilayer mirrors 1a and 1b, the optical film thickness (product of the refractive index of the dielectric and the physical film thickness) of two kinds of dielectrics having different refractive indexes is used. , Where λ / 4 (where
λ is the wavelength of the light to be used), and is basically formed by alternately stacking each. However, in some cases, a dielectric having an optical film thickness of about λ / 8 may be added to the interface between the glass substrate and the dielectric multilayer film mirror or the interface between the second dielectric multilayer film mirror and the air. . Also, a dielectric multilayer film mirror including two or more types of dielectrics,
It can be used in the nonlinear optical device of the present invention.
【００３６】第一および第二の誘電体多層膜ミラー１ａ
および１ｂの反射率は、必ずしも等しくする必要はな
い。例えば、前記デバイスの反射光を利用するデバイス
では、光が入射しない側のミラーの反射率を上げること
で、さらなる性能の向上を図ることもできる。First and second dielectric multilayer mirrors 1a
The reflectances of and 1b do not necessarily have to be equal. For example, in a device that uses reflected light from the device, it is possible to further improve the performance by increasing the reflectance of the mirror on the side where light does not enter.
【００３７】非線形光学材料２の光学膜厚は、λ／２と
なるように制御されている。次に、本発明の非線形光デ
バイスにおいて、共振器の共鳴した波長での光透過率
（以下では単に透過率と呼ぶこととする）を制御する方
法について説明する。The optical film thickness of the nonlinear optical material 2 is controlled to be λ / 2. Next, in the nonlinear optical device of the present invention, a method of controlling the light transmittance (hereinafter, simply referred to as transmittance) at the resonant wavelength of the resonator will be described.
【００３８】共振器型の非線形光デバイスの透過率を変
化させる方法としては、非線形光学材料２の光吸収係数
を変化させる方法と、誘電体多層膜ミラー１ａおよび１
ｂの反射率を変化させる方法とがある。これらの二つの
方法のうちどちらの方法を使用するかは、非線形光学材
料の種類や、ミラーの種類あるいはミラーの精度（例え
ば製造時の膜厚の制御性）などにより異なる。As a method of changing the transmittance of the resonator type non-linear optical device, a method of changing the light absorption coefficient of the non-linear optical material 2 and the dielectric multilayer mirrors 1a and 1 are used.
There is a method of changing the reflectance of b. Which of these two methods is used depends on the type of the nonlinear optical material, the type of the mirror, the precision of the mirror (for example, the controllability of the film thickness during manufacturing), and the like.
【００３９】例えば、本実施例で使用したような誘電体
多層膜ミラーでは、成膜時の膜厚の制御性により、ある
値以上にミラーの反射率を上げることができないという
状況がたびたび起こりうる。このようなときには、ミラ
ーの反射率をある値一定であるとして、非線形光学材料
の光吸収係数を変化させて、所望の透過率に制御すると
よい。For example, in the dielectric multi-layer film mirror used in the present embodiment, it is often possible that the mirror reflectance cannot be increased above a certain value due to the controllability of the film thickness during film formation. . In such a case, it is advisable to change the light absorption coefficient of the non-linear optical material and control it to a desired transmittance, assuming that the reflectance of the mirror is constant.
【００４０】また、一般に、非線形光学材料には、光学
定数の制御が可能なものと、不可能なものがあるので、
もともと光学定数が変更できない非線形光学材料では、
第二の方法すなわちミラーの反射率を変化させる方法
で、所望の透過率に制御するとよい。In general, there are non-linear optical materials whose optical constants can be controlled and those whose optical constants cannot be controlled.
For non-linear optical materials whose optical constants cannot be changed,
The second method, that is, the method of changing the reflectance of the mirror, may be used to control the desired transmittance.
【００４１】光学定数が変更できない材料としては、半
導体材料や結晶材料があり、光学定数が可変な材料とし
ては、超微粒子分散ガラスや、有機ポリマー中の色素な
どがある。これらの材料では、超微粒子や色素の濃度を
制御することで、材料の屈折率や光吸収係数をコントロ
ールすることができる。Materials whose optical constants cannot be changed include semiconductor materials and crystal materials, and materials whose optical constants can be changed include ultrafine particle dispersed glass and dyes in organic polymers. In these materials, the refractive index and light absorption coefficient of the material can be controlled by controlling the concentration of the ultrafine particles and the dye.
【００４２】誘電体多層膜ミラーの反射率を変化させる
ためには、よく知られているように、誘電体の層数を変
更すればよいことになる。ただし、この方法では、誘電
体多層膜の反射率を連続的に変化させることができない
ので、非線形光デバイスの透過率も不連続的に変化して
しまうことになる。そのため、本発明の非線形光デバイ
スを実現することが不可能な場合もあり得る。In order to change the reflectance of the dielectric multilayer film mirror, it is necessary to change the number of dielectric layers, as is well known. However, with this method, the reflectance of the dielectric multilayer film cannot be continuously changed, so that the transmittance of the nonlinear optical device also changes discontinuously. Therefore, it may be impossible to realize the nonlinear optical device of the present invention.
【００４３】このような場合は、本発明の非線形光デバ
イスとは異なるが、非線形媒質の光学膜厚を、λ／２の
整数倍とすることで、透過率を制御すれば擬似的に最適
なデバイス構成を実現することができる。ただし、この
場合は、共振器中の光の電場強度は本発明の非線形光デ
バイスに比べて小さくなってしまう。In such a case, although different from the nonlinear optical device of the present invention, if the transmittance is controlled by setting the optical film thickness of the nonlinear medium to an integral multiple of λ / 2, it is pseudo optimal. A device configuration can be realized. However, in this case, the electric field intensity of light in the resonator becomes smaller than that of the nonlinear optical device of the present invention.
【００４４】以上述べてきた２つの透過率制御法、すな
わち非線形光学材料の光吸収係数を変化させる方法と、
ミラーの反射率を変化させる方法の両方が可能な場合も
あるが、このときは、両者の制御性の良さで、どちらの
方法を採用するかを決定するとよい。望ましくは、試料
の光吸収係数をできるだけ小さくして、ミラーの層数を
変えて透過率を制御するのが望ましい。The two transmittance control methods described above, that is, the method of changing the light absorption coefficient of the nonlinear optical material,
There are cases where both methods of changing the reflectance of the mirror are possible, but in this case, which method is to be adopted may be determined by the good controllability of both. Desirably, the light absorption coefficient of the sample is made as small as possible, and the number of mirror layers is changed to control the transmittance.
【００４５】どちらの方法を使用するかで、非線形光学
材料の性能を最も有効に利用するための条件が異なる
が、これについては実験結果をもとに後で説明する。The conditions for making the most effective use of the performance of the nonlinear optical material differ depending on which method is used, which will be described later on the basis of experimental results.
【００４６】（具体例１）次に、実際の非線形光デバイ
スの作製法を説明する。まず、基板３としては、ＢＫ７
ガラスを使用した。第一の誘電体多層膜ミラー１ａは、
電子ビーム蒸着法により作製した。まず２種類の誘電体
（ＳｉＯ2（屈折率１．４６）およびＴｉＯ2（屈折率
２．３５））を交互に、膜厚をモニターしながら基板上
に堆積させた。このときの基板温度は３９０℃とした。(Specific Example 1) Next, a method for manufacturing an actual nonlinear optical device will be described. First, as the substrate 3, BK7
Glass was used. The first dielectric multilayer mirror 1a is
It was manufactured by the electron beam evaporation method. First, two kinds of dielectrics (SiO 2 (refractive index 1.46) and TiO 2 (refractive index 2.35)) were alternately deposited on the substrate while monitoring the film thickness. The substrate temperature at this time was 390 ° C.
【００４７】つぎにその上に、超微粒子分散ガラス２を
堆積させた。本具体例１では、ＣｄＴｅ超微粒子分散ガ
ラスを使用した。ＣｄＴｅ超微粒子をガス中レーザー加
熱蒸発法により作製し、その超微粒子を分散させるマト
リックスガラスはテトラメトキシシランを原料ガスとす
るプラズマＣＶＤ法（プラズマを利用した化学的気相合
成法）により作製した。Next, the ultrafine particle dispersed glass 2 was deposited on it. In Specific Example 1, CdTe ultrafine particle dispersed glass was used. CdTe ultrafine particles were produced by a laser heating evaporation method in a gas, and the matrix glass in which the ultrafine particles were dispersed was produced by a plasma CVD method (a chemical vapor phase synthesis method using plasma) using tetramethoxysilane as a raw material gas.
【００４８】ＣｄＴｅ超微粒子とマトリックスガラス
は、超微粒子分散ガラスの光学膜厚が、λ／２になるま
で交互にミラー上に堆積させた。超微粒子濃度の制御
は、マトリックスガラスを堆積させる時間、すなわちプ
ラズマＣＶＤの放電時間を変化させることで行うことが
できる。CdTe ultrafine particles and matrix glass were alternately deposited on the mirror until the optical film thickness of the ultrafine particle dispersed glass became λ / 2. The ultrafine particle concentration can be controlled by changing the time for depositing the matrix glass, that is, the discharge time of plasma CVD.
【００４９】つぎにその上に、第２の誘電体多層膜ミラ
ー１ｂを第一の誘電体多層膜ミラーと同様な作製手順で
堆積させる。Next, the second dielectric multilayer mirror 1b is deposited thereon by the same manufacturing procedure as the first dielectric multilayer mirror.
【００５０】本具体例１で用いた超微粒子分散ガラスの
作製法は、一般的な方法ではないので作製法を詳しく説
明しておく。真空容器内に、超微粒子原料であるＣｄＴ
ｅターゲット、プラズマ発生用の電極、基板ホルダーな
どが設置されたものを作製装置として使用した。この真
空容器には、ガラス原料であるテトラメトキシシランの
供給装置、アルゴンガス供給系、およびプラズマ発生用
の高周波電源等が接続されている。The method for producing the ultrafine particle-dispersed glass used in this Example 1 is not a general method, and therefore the production method will be described in detail. CdT which is a raw material for ultrafine particles
An e-target, a plasma generating electrode, a substrate holder, and the like were used as a manufacturing apparatus. A supply device for tetramethoxysilane, which is a glass raw material, an argon gas supply system, a high-frequency power source for plasma generation, and the like are connected to the vacuum container.
【００５１】レーザー加熱蒸発用のターゲットとして、
直径５ｃｍ厚さ０．５ｃｍのディスク状の多結晶ＣｄＴ
ｅを使用した。レーザー光源として、Ｎｄ：ＹＡＧパル
スレーザーの第２高調波を使用した。このときのレーザ
ー光波長は５３２ｎｍ、パルス幅は１０ｎｓｅｃであ
り、ターゲット表面でのレーザー光強度は２５Ｊ／ｃｍ
2 であった。As a target for laser heating evaporation,
Disc-shaped polycrystalline CdT with a diameter of 5 cm and a thickness of 0.5 cm
e was used. The second harmonic of an Nd: YAG pulse laser was used as the laser light source. At this time, the laser light wavelength was 532 nm, the pulse width was 10 nsec, and the laser light intensity on the target surface was 25 J / cm.
Was 2 .
【００５２】この条件で、ＣｄＴｅターゲットにレーザ
ーを照射すると、そのターゲットの正面に設置された基
板上には、直径が３〜１０ｎｍ程度の球形のＣｄＴｅ微
粒子が付着する。超微粒子の密度や大きさは、超微粒子
を作製する際に導入する不活性ガスの圧力や、照射する
レーザー光強度、照射するレーザー光パルスの数、ター
ゲットから基板ホルダーの距離、および基板の温度等に
依存している。When a CdTe target is irradiated with a laser under these conditions, spherical CdTe fine particles having a diameter of about 3 to 10 nm adhere to the substrate placed in front of the target. The density and size of ultrafine particles are the pressure of the inert gas introduced when producing ultrafine particles, the intensity of the laser light to be emitted, the number of laser light pulses to be emitted, the distance from the target to the substrate holder, and the temperature of the substrate. Etc.
【００５３】マトリクスガラスは、テトラメトキシシラ
ンと酸素の混合ガスを真空容器に導入し、ガス流量コン
トローラでガス流量を制御し、真空容器内の圧力を０．
０５Ｔｏｒｒに制御した状態で、電極に高周波電圧を印
加して、プラズマを発生させ、このプラズマによりＴＭ
ＯＳガスを分解、重合させることにより作製した。この
ときのガラス膜厚は、印加する電力や導入した反応ガス
のガス圧、テトラメトキシシランガスと酸素ガスの混合
比、電極形状、電極と基板ホルダーの距離などに依存し
ている。In the matrix glass, a mixed gas of tetramethoxysilane and oxygen is introduced into a vacuum vessel, the gas flow rate is controlled by a gas flow rate controller, and the pressure in the vacuum vessel is adjusted to 0.
A high-frequency voltage is applied to the electrodes in a state of being controlled to 05 Torr to generate plasma, and this plasma causes TM
It was prepared by decomposing and polymerizing OS gas. The glass film thickness at this time depends on the applied power, the gas pressure of the introduced reaction gas, the mixing ratio of the tetramethoxysilane gas and the oxygen gas, the electrode shape, the distance between the electrode and the substrate holder, and the like.
【００５４】本具体例１で採用したマトリックス作製条
件は、ＴＭＯＳ流量２００ｓｃｃｍ、酸素流量１０ｓｃ
ｃｍ、真空容器圧力０．０５Ｔｏｒｒ、印加電力５０
Ｗ、電極と基板ホルダーの距離２ｃｍである。このとき
の基板ホルダー上でのガラス膜堆積速度は、０．５ｎｍ
／秒であった。また、使用した高周波電源の周波数は１
３．５６ＭＨｚである。The matrix manufacturing conditions adopted in this example 1 are: TMOS flow rate 200 sccm, oxygen flow rate 10 sc.
cm, vacuum vessel pressure 0.05 Torr, applied power 50
W, the distance between the electrode and the substrate holder is 2 cm. At this time, the glass film deposition rate on the substrate holder was 0.5 nm.
/ Sec. Also, the frequency of the high frequency power supply used is 1
3.56 MHz.
【００５５】以上の２つの工程、すなわち、超微粒子を
基板上に堆積させる工程と、化学的気相堆積法によりマ
トリックスを作製する工程とを、交互に繰り返すことに
より、超微粒子分散ガラスを作製することができる。The above two steps, that is, the step of depositing ultrafine particles on the substrate and the step of producing a matrix by the chemical vapor deposition method are alternately repeated to produce ultrafine particle dispersed glass. be able to.
【００５６】本具体例１では、ＣｄＴｅ超微粒子分散ガ
ラスを非線形光学材料として使用する場合について述べ
るが、これに限られることなく、薄膜として作製される
様々な非線形光学材料を用いて、本発明の非線形光デバ
イスを作製することができる。そのような非線形光学材
料として、例えば、ゾルゲル法で作製した超微粒子分散
ガラス、スパッタ法で作製した超微粒子分散ガラス、半
導体超格子材料などが使用できる。In this specific example 1, the case where the CdTe ultrafine particle-dispersed glass is used as the nonlinear optical material is described, but the present invention is not limited to this, and various nonlinear optical materials prepared as thin films can be used to realize the present invention. A nonlinear optical device can be manufactured. As such a nonlinear optical material, for example, ultrafine particle-dispersed glass produced by the sol-gel method, ultrafine particle-dispersed glass produced by the sputtering method, semiconductor superlattice material, or the like can be used.
【００５７】図７は、第一および第二の誘電体多層膜ミ
ラーの層数を９層とし、非線形光学材料（本具体例で
は、ＣｄＴｅ超微粒子分散ガラス）の光学定数を変化さ
せたときの、非線形光デバイスの動作特性の実測結果で
ある。上述した作製法により非線形光デバイスを作製
し、その非線形光デバイスから出射する位相共役光の強
度を比較したものである。ただし、共振器の共鳴波長は
６００ｎｍとなるように、膜構成を制御した。FIG. 7 shows the case where the number of layers of the first and second dielectric multilayer film mirrors is 9, and the optical constant of the nonlinear optical material (in this specific example, CdTe ultrafine particle dispersed glass) is changed. , Is the measurement result of the operating characteristics of the nonlinear optical device. A non-linear optical device is manufactured by the above-described manufacturing method, and the intensities of phase conjugate light emitted from the non-linear optical device are compared. However, the film structure was controlled so that the resonance wavelength of the resonator was 600 nm.
【００５８】すなわち、誘電体多層膜ミラーの一層の光
学膜厚は１５０ｎｍ、非線形光学材料の光学膜厚は３０
０ｎｍとした。位相共役光は、２本のポンプ光を同時に
試料の同じ面から入射させ、そのポンプ光の１本が自己
回折して、非線形光デバイスの反対側の面から出射して
くる光の強度として測定した。That is, the optical film thickness of one layer of the dielectric multilayer film mirror is 150 nm, and the optical film thickness of the nonlinear optical material is 30.
It was set to 0 nm. The phase-conjugated light is measured as the intensity of the light that is emitted from the opposite surface of the nonlinear optical device by self-diffracting one of the pump lights by simultaneously injecting two pump lights from the same surface of the sample. did.
【００５９】図７の横軸は、非線形光学材料の消衰係数
ｋである。この消衰係数は当然ながら非線形光学材料の
光吸収係数に比例する。図中の実線は共振器の共鳴波長
（６００ｎｍ）での透過率であり、波線はその波長のレ
ーザー光を用いて測定した位相共役光の強度である。た
だし、位相共役光の強度は、ポンプ光強度に依存するの
で、これを規格化するために、第一のポンプ光の強度を
Ｉ1 、第二のポンプ光の強度をＩ2、観測された位相共
役光の強度をＩSとして次の補正を行っている。 Ｉ＝ＩS／（Ｉ1 2Ｉ2） このＩが図７の右縦軸である。The horizontal axis of FIG. 7 is the extinction coefficient k of the nonlinear optical material. This extinction coefficient is naturally proportional to the light absorption coefficient of the nonlinear optical material. The solid line in the figure is the transmittance at the resonance wavelength (600 nm) of the resonator, and the wavy line is the intensity of the phase conjugate light measured using the laser light of that wavelength. However, since the intensity of the phase conjugate light depends on the intensity of the pump light, the intensity of the first pump light was I 1 and the intensity of the second pump light was I 2 in order to standardize the intensity. The following correction is performed with the intensity of the phase conjugate light as I S. I = I S / (I 1 2 I 2 ) This I is the right vertical axis in FIG. 7.
【００６０】位相共役光の強度は、非線形光デバイスの
共鳴波長での光透過率が、０．６から０．７のとき最大
となっていることがわかる。ただし、その範囲の前後す
なわち光透過率が０．５から０．８でも、最大値の５０
％以上の位相共役光が発生しており、この範囲でも十分
に非線形光デバイスとして使用することができる。It can be seen that the intensity of the phase conjugate light becomes maximum when the light transmittance at the resonance wavelength of the nonlinear optical device is 0.6 to 0.7. However, even before or after that range, that is, even when the light transmittance is 0.5 to 0.8, the maximum value of 50
% Or more of the phase conjugate light is generated, and it can be sufficiently used as a nonlinear optical device even in this range.
【００６１】以上の結果、本発明の非線形光デバイスを
用いれば、前記非線形光学材料の性能を最も有効に利用
できることが確かめられた。From the above results, it was confirmed that the performance of the nonlinear optical material can be utilized most effectively by using the nonlinear optical device of the present invention.
【００６２】（具体例２）上述の作製法により、非線形
光学材料が同一の光学特性を有しミラー層数が異なる非
線形光デバイスを作製し、その非線形光デバイスから出
射する位相共役光の強度を比較したものである。ただ
し、第一および第二の誘電体多層膜ミラーの層数は同じ
とし、共振器の共鳴波長が６００ｎｍとなるように、膜
構成を制御した。(Specific Example 2) By the above-mentioned manufacturing method, a nonlinear optical device in which the nonlinear optical material has the same optical characteristics and the number of mirror layers is different is manufactured, and the intensity of the phase conjugate light emitted from the nonlinear optical device is adjusted. It is a comparison. However, the number of layers of the first and second dielectric multilayer mirrors was the same, and the film configuration was controlled so that the resonance wavelength of the resonator was 600 nm.
【００６３】すなわち、誘電体多層膜ミラーの一層の光
学膜厚は１５０ｎｍ、非線形光学材料の光学膜厚は３０
０ｎｍとした。位相共役光は、２本のポンプ光を共に試
料の同じ面から入射させ、そのポンプ光の１本が自己回
折して、非線形光デバイスの反対側の面から出射してく
る光の強度として測定した。That is, the optical film thickness of one layer of the dielectric multilayer film mirror is 150 nm, and the optical film thickness of the nonlinear optical material is 30.
It was set to 0 nm. The phase conjugate light is measured as the intensity of the light that is emitted from the surface on the opposite side of the nonlinear optical device after one pump light is incident on the same surface of the sample and one of the pump light is self-diffracted. did.
【００６４】図８は、本具体例の非線形光デバイスの動
作特性の実測結果である。図８の横軸は、第一あるいは
第二の誘電体ミラーの層数である。図中の実線は共振器
の共鳴波長（６００ｎｍ）での透過率であり、波線はそ
の波長のレーザー光を用いて測定した位相共役光の強度
である。ただし、位相共役光の強度は、具体例１と同様
の補正を行っている。FIG. 8 shows the measurement results of the operating characteristics of the nonlinear optical device of this example. The horizontal axis of FIG. 8 is the number of layers of the first or second dielectric mirror. The solid line in the figure is the transmittance at the resonance wavelength (600 nm) of the resonator, and the wavy line is the intensity of the phase conjugate light measured using the laser light of that wavelength. However, the intensity of the phase conjugate light is corrected in the same manner as in Concrete Example 1.
【００６５】図８から、位相共役光は非線形光デバイス
の光透過率が、０．２から０．３のとき最も強度が大き
くなることがわかる。ただし、その範囲の前後すなわち
光透過率が０．１から０．４でも、最大値の５０％以上
の位相共役光が発生しており、この範囲でも十分に非線
形光デバイスとして使用することができる。It can be seen from FIG. 8 that the phase conjugate light has the highest intensity when the light transmittance of the nonlinear optical device is 0.2 to 0.3. However, even before or after the range, that is, even when the light transmittance is 0.1 to 0.4, 50% or more of the maximum value of the phase conjugate light is generated, and it can be sufficiently used as a nonlinear optical device even in this range. .
【００６６】以上の結果、本発明の非線形光デバイスを
用いれば、前記非線形光学材料の性能を最も有効に利用
することができることが確かめられた。From the above results, it was confirmed that the performance of the above-mentioned nonlinear optical material can be utilized most effectively by using the nonlinear optical device of the present invention.
【００６７】（具体例３）次に、共振器型の非線形光デ
バイスにおいて、ミラーとして誘電体多層膜ミラーを使
用し、かつ、前記２枚のミラーと光学非線形性を有する
材料との間に間隙がない構造を有している。すなわち、
同一基板上に第一の誘電体多層膜ミラーと前記非線形光
学材料と第二の誘電体多層膜が順次積層した構造であ
り、それぞれの誘電体間はもとより、前記第一の誘電体
多層膜と前記非線形光学材料および前記第二の誘電体多
層膜と前記非線形光学材料も密着した構造を有してい
る。このような構造を有する非線形光デバイスにおい
て、前記非線形光学材料の性能が、さらに有効に利用発
揮されることを確かめた例について説明する。(Specific Example 3) Next, in a resonator-type nonlinear optical device, a dielectric multilayer film mirror is used as a mirror, and a gap is provided between the two mirrors and a material having optical nonlinearity. There is no structure. That is,
A structure in which a first dielectric multilayer mirror, the nonlinear optical material, and a second dielectric multilayer are sequentially laminated on the same substrate, and not only between the respective dielectrics but also the first dielectric multilayer. The non-linear optical material and the second dielectric multilayer film also have a structure in which the non-linear optical material is in close contact. An example in which it is confirmed that the performance of the nonlinear optical material can be more effectively utilized and exhibited in the nonlinear optical device having such a structure will be described.
【００６８】異なる構成の３種類の非線形光デバイスに
ついて、発生する位相共役光の強度を比較する。その３
種類の非線形光デバイスは、それぞれ以下の構成を持っ
ている。The intensities of the phase conjugate lights generated will be compared for three types of non-linear optical devices having different configurations. Part 3
Each type of nonlinear optical device has the following configuration.
【００６９】第一および第二のミラーとして、誘電体
多層膜ミラーを使用し、かつ、前記２枚のミラーと前記
光学非線形性を有する材料との間に間隙がない、すなわ
ち同一基板上に第一の誘電体多層膜ミラーと前記非線形
光学材料と第二の誘電体多層膜が順次積層した構造を有
し、それぞれの誘電体間はもとより、前記第一の誘電体
多層膜と前記非線形光学材料および前記第二の誘電体多
層膜と前記非線形光学材料も密着した構造を有する非線
形光デバイス。Dielectric multilayer mirrors are used as the first and second mirrors, and there is no gap between the two mirrors and the material having the optical nonlinearity, that is, the first and second mirrors are formed on the same substrate. It has a structure in which one dielectric multilayer film mirror, the non-linear optical material, and a second dielectric multilayer film are sequentially stacked, and the first dielectric multilayer film and the non-linear optical material as well as between the respective dielectrics. And a nonlinear optical device having a structure in which the second dielectric multilayer film and the nonlinear optical material are in close contact with each other.
【００７０】非線形光学材料および第二の誘電体多層
膜ミラーの各々はと同様な構成であるが、非線形光学
材料と第二の誘電体多層膜ミラーの間に空気層があり、
さらに第二の誘電体多層膜ミラーの外側にＢＫ７基板が
ある非線形光デバイス。Each of the nonlinear optical material and the second dielectric multilayer mirror has the same structure as the above, but there is an air layer between the nonlinear optical material and the second dielectric multilayer mirror.
Furthermore, a non-linear optical device having a BK7 substrate outside the second dielectric multilayer mirror.
【００７１】非線形光学材料はと同様な構成である
が、誘電体多層膜ミラーの代わりに金属蒸着により作製
したミラーを使用した非線形光デバイス。A non-linear optical device having the same structure as the non-linear optical material, but using a mirror produced by metal deposition instead of the dielectric multilayer mirror.
【００７２】[0072]
【表１】 [Table 1]
【００７３】表１において比較されているとおり、の
非線形光デバイスにおいて、使用した非線形光学材料の
性能が最も発揮されていることがわかる。これは、の
試料では非線形光学材料と空気層の界面での光散乱が、
の試料では、金属ミラー部における光吸収が損失とな
り、非線形光デバイスの性能を低下させているためであ
る。As can be seen from the comparison in Table 1, in the non-linear optical device, the performance of the non-linear optical material used is maximized. This is because the light scattering at the interface between the nonlinear optical material and the air layer is
This is because light absorption in the metal mirror portion becomes a loss in the sample (3), which deteriorates the performance of the nonlinear optical device.
【００７４】[0074]
【発明の効果】本発明の非線形光デバイスでは、超高速
光スイッチ、光メモリー、光変調器、光リミッター、光
論理素子などに利用する際に、非線形光学材料の性能を
十分に利用することができるが、それ以外にも以下のよ
うな効果も有している。INDUSTRIAL APPLICABILITY In the non-linear optical device of the present invention, the performance of the non-linear optical material can be fully utilized when it is used for an ultra-high-speed optical switch, an optical memory, an optical modulator, an optical limiter, an optical logic element and the like. However, it also has the following effects.
【００７５】・非線形光学材料の厚さは必要最低限の厚
さでよいので、これを製造するのに要する時間が短かく
てすむ。 ・非線形光デバイスとして使用するのではなく、物質の
光非線形性を評価するために使用する場合も、非常に薄
い非線形光学材料からの信号光を検出できることにな
る。したがって、例えば、ラングミュア−ブロジェット
法により作製した単分子薄膜のように、非常に薄い材料
の光非線形性が測定できるようになる。このとき、本発
明の非線形光デバイスと同様に、透過率を制御すること
でもっとも高感度な測定が実現できる。 ・誘電体多層膜ミラーと非線形光学材料を順次積層し
て、非線形光デバイスを構成することにより、ミラー間
隔を制御する必要がなくなる。従来の技術でも説明した
とおり、ミラーと非線形光学材料の間に空間があると、
これが光散乱の原因となるだけでなく、ミラーの間隔や
平行度の微妙な制御が必要となる。本発明の非線形光デ
バイスでは、製造段階でミラー間隔が制御・固定される
ので、後のミラー調整が全く不要である。Since the thickness of the non-linear optical material may be the minimum necessary thickness, the time required to manufacture it can be short. -When it is used for evaluating the optical nonlinearity of a substance instead of being used as a nonlinear optical device, the signal light from a very thin nonlinear optical material can be detected. Therefore, it becomes possible to measure the optical nonlinearity of a very thin material such as a monomolecular thin film produced by the Langmuir-Blodgett method. At this time, similarly to the nonlinear optical device of the present invention, the most sensitive measurement can be realized by controlling the transmittance. -By constructing a nonlinear optical device by sequentially laminating a dielectric multilayer mirror and a nonlinear optical material, it is not necessary to control the mirror spacing. As explained in the prior art, if there is a space between the mirror and the nonlinear optical material,
This not only causes light scattering, but also requires delicate control of the mirror spacing and parallelism. In the nonlinear optical device of the present invention, the mirror spacing is controlled / fixed at the manufacturing stage, so that the subsequent mirror adjustment is completely unnecessary.
【００７６】非線形光デバイスの性能は、位相共役光の
発生効率だけではなく、光スイッチングに必要なエネル
ギーの最低値や、双安定動作を行う際の低透過状態と高
透過状態の透過率の差などでも定義される。The performance of the non-linear optical device depends not only on the generation efficiency of the phase conjugate light, but also on the minimum value of the energy required for optical switching and the difference in the transmittance between the low transmission state and the high transmission state during bistable operation. Is also defined.
【００７７】図９は、本発明の非線形光デバイス（透過
率が０．２５のもの）と、本発明以外の非線形光デバイ
ス（透過率が０．０５のもの）の双安定動作を比較した
例である。本発明の非線形光デバイスでは、低い入射光
強度で大きなオン−オフ比が得られている。すなわち、
本発明の非線形光デバイスにより、同じ非線形光学材料
を使用するという条件のもとでは、その材料の光非線形
性を最も有効に利用することができるようになる。FIG. 9 shows an example in which the bistable operation of the nonlinear optical device of the present invention (having a transmittance of 0.25) and the nonlinear optical device other than the present invention (having a transmittance of 0.05) are compared. Is. In the nonlinear optical device of the present invention, a large on-off ratio is obtained with a low incident light intensity. That is,
The nonlinear optical device of the present invention makes it possible to most effectively use the optical nonlinearity of the material under the condition that the same nonlinear optical material is used.
【図１】本発明の非線形光デバイスの構成を示す模式図
である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a nonlinear optical device of the present invention.
【図２】従来の非線形光デバイスの構成の例を示す模式
図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a conventional nonlinear optical device.
【図３】従来の非線形光デバイスの構成の例を示す模式
図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a conventional nonlinear optical device.
【図４】従来の非線形光デバイスの構成の例を示す模式
図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a conventional nonlinear optical device.
【図５】従来の非線形光デバイス（導波路型）の構成例
を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional nonlinear optical device (waveguide type).
【図６】従来の非線形光デバイス（光ファイバー型）の
構成例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional nonlinear optical device (optical fiber type).
【図７】具体例１で示した本発明の非線形光デバイスの
非線形光デバイスの動作を確認した例である。FIG. 7 is an example in which the operation of the nonlinear optical device of the nonlinear optical device of the present invention shown in specific example 1 is confirmed.
【図８】具体例２で示した本発明の非線形光デバイスの
非線形光デバイスの動作を確認した例である。FIG. 8 is an example of confirming the operation of the nonlinear optical device of the nonlinear optical device of the present invention shown in specific example 2.
【図９】発明の効果の欄で示した本発明による非線形光
デバイスの双安定動作を確認したことを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing confirmation of bistable operation of the nonlinear optical device according to the present invention shown in the section of the effect of the invention.
１ａ，１ｂ：誘電体多層膜ミラー、 ２：非線形光学材料（ＣｄＴｅ超微粒子分散ガラス）、 ３：ガラス基板（ＢＫ７）、 ２１：ミラー、 ２２：非線形光学材料（半導体超微粒子分散ガラス）、 ２３：無反射コーティング膜、 ３１：ＺｎＳｅ、 ３２：ＴｈＦ4、 ３３：ガラス基板、 ４１：ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ超格子、 ４２：誘電体多層膜ミラー、 ４３：ＧａＡｓ基板、 ５１：入力ポート、 ５２：出力ポート、 ５３：光結合部、 ５４：光導波路、 ５５：基板、 ６１：光カプラ、 ６２：入力ポート、 ６３：出力ポート、 ６４：光ファイバー、1a, 1b: Dielectric multilayer film mirror, 2: Nonlinear optical material (CdTe ultrafine particle dispersed glass), 3: Glass substrate (BK7), 21: Mirror, 22: Nonlinear optical material (semiconductor ultrafine particle dispersed glass), 23: Anti-reflection coating film, 31: ZnSe, 32: ThF 4 , 33: glass substrate, 41: GaAs / GaAlAs superlattice, 42: dielectric multilayer film mirror, 43: GaAs substrate, 51: input port, 52: output port, 53: optical coupling part, 54: optical waveguide, 55: substrate, 61: optical coupler, 62: input port, 63: output port, 64: optical fiber,
Claims (5)
位置し光吸収作用を有する光非線形材料とからなる共振
器型の非線形光デバイスにおいて、 前記光非線形材料の光軸方向の厚さｔは、使用する光の
波長をλ、該光非線形性を有する材料の屈折率をｎとし
たとき ｔ＝λ／（２×ｎ） であり、かつ前記ミラーの反射率が一定である場合に、
前記共振器に共鳴した光波長における光透過率が、０．
５〜０．８であることを特徴とする非線形光デバイス。1. A resonator type non-linear optical device comprising two mirrors and an optical non-linear material having an optical absorption function, which is located between the two mirrors, wherein The thickness t is t = λ / (2 × n), where λ is the wavelength of the light used and n is the refractive index of the material having the optical nonlinearity, and the reflectance of the mirror is constant. In case,
The light transmittance at the light wavelength resonating with the resonator is 0.
A nonlinear optical device, characterized in that it is 5 to 0.8.
て、前記光透過率が、０．６〜０．７である非線形光デ
バイス。2. The nonlinear optical device according to claim 1, wherein the light transmittance is 0.6 to 0.7.
位置し光吸収作用を有する光非線形材料とからなる共振
器型の非線形光デバイスにおいて、 前記光非線形材料の光軸方向の厚さｔは、使用する光の
波長をλ、該光非線形性を有する材料の屈折率をｎとし
たとき ｔ＝λ／（２×ｎ） であり、かつ前記非線形光学材料の光学定数が一定であ
る場合に、前記共振器に共鳴した光波長における光透過
率が、０．１〜０．４であることを特徴とする非線形光
デバイス。3. A resonator type non-linear optical device comprising two mirrors and an optical non-linear material having an optical absorption function, which is located between the two mirrors, wherein The thickness t is t = λ / (2 × n), where λ is the wavelength of light used and n is the refractive index of the material having the optical nonlinearity, and the optical constant of the nonlinear optical material is constant. And a light transmittance at a light wavelength resonating with the resonator is 0.1 to 0.4.
て、前記光透過率が、０．２〜０．３である非線形光デ
バイス。4. The nonlinear optical device according to claim 3, wherein the light transmittance is 0.2 to 0.3.
において、前記ミラーは誘電体多層膜ミラーであり、か
つ前記２枚のミラーと前記光学非線形材料が順次積層し
た構造を有する非線形光デバイス。5. The nonlinear optical device according to claim 1, wherein the mirror is a dielectric multilayer film mirror and has a structure in which the two mirrors and the optical nonlinear material are sequentially laminated. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7170613A JPH0922033A (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Nonlinear optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7170613A JPH0922033A (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Nonlinear optical device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0922033A true JPH0922033A (en) | 1997-01-21 |
Family
ID=15908115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7170613A Pending JPH0922033A (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Nonlinear optical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0922033A (en) |
-
1995
- 1995-07-06 JP JP7170613A patent/JPH0922033A/en active Pending
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