JPS61129621A - 放射エネルギ−の透過制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射エネルギーの透過を制御する方法及び装
置に係わる。特に、本発明は適当な媒質を通過する光束
またはその他の放射エネルギーの透過を、トランジスタ
のような利得が達成されるように第２放射エネルギー束
またはそのフェージング域によって制御する方法及び装
置に係わる０本発明装置の用途として、繊維光学、光学
的集積回路、通信、感知及び制御用巨視的光学装置、光
学的計算、画像処理、などが考えられる。

現代の工業技術には、媒質中を透過する過程で放射エネ
ルギーをなんらかの方法で変化させる装置及びシステム
に関連するものが少なくない０例えば、通信システムで
は、放射エネルギーの搬送波の波長をアナログまたはデ
ジタル的に変化させて情報を表現する方法を利用できる
０通信システムに依存する工業技術分野は益々広がりつ
つあり、通信システムはエネルギー特性が多様化するに
従って。

次第に複雑さを増し、このような多様性は個々の制御素
子ごとに異なることが考えられるから、累積的な結果と
して計算が複雑になる、かって、この種の通信システム
は周波数が比較的低いエネルギー、多くの場合、ＤＣに
依存したが、最近では使用エネルギーの周波数が次第に
高くなる傾向がある。この傾向は。

遠赤外線から可視スペクトルを通って紫外線に至る広い
範囲に渡る波長口Ｅｃｗ　（持続波またはパルス放射を
発生させることもできるレーザ発振器の発明及び開発に
刺激されている。

媒質中で吸収作用を誘起することによって単数または複
数波長のエネルギーを得ることは公知である。吸収を誘
起することにより、例えば、情報を表わす変化を挿入す
るためのスイッチングや変調などの操作が可能となる、
　Ｂｅ１ｌ　Ｔｅ１ｅｐｈｏｎｅ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒ
ｉｅｓに譲渡された米国特許第４，２０８，８９０号は
極めて高速のシャッタ、スイッチ、変調器またはパルス
・シャーブナとして動作できる装置を開示している。

しかし、繊維または集積光学回路設計の分野には、電子
回路におけるトランジスタと類似の作用をすることので
きる光学的増幅システムに対する必要性が依然としであ
る。誘導放出またはパラメトリック増幅による光子増倍
に基づく光学増幅は公知であるが、本発明の目的は励起
状態吸収を利用して可変光学抵抗または吸収を発生させ
る光学増幅器を開示することである。その結果得らえる
ものがスイッチング特性でトランジスタに似た利得を持
つことを特徴とする装置である。

本発明では、制御放射エネルギー束からの１個光子の変
化で信号束中の光子２個以上が変化するように制御束か
らの光子が放射エネルギーの信号束を変調する光学トラ
ンジスタが提供される。

本発明ではさらに、他の目的は第１制御束中の光子が１
個増えると信号束中の光子が２個以上減少し、第２制御
東中の光子が１個増えると信号束中の光子が２個以上増
えるように第１及び第２制御放射束を利用する光学トラ
ンジスタが提供される。

本発明は、透光性媒質中の放射エネルギー透過を制御す
る方法及びこの方法を実施するための装置を提供する。

この方法はエネルギーＥを有する第　１光子束またはそ
のフェーシング・フィールドを、エネルギー・レベル２
及びエネルギー・レベル３を有してこの両レベル間のエ
ネルギー・ギャップが前記第１光子東エネルギーに相当
するようなエネルギー・レベル特性を見せる前記質中に
、前記第１光子束またはそのフェージング・フィールド
が前記媒質を透過する過程で前記第１光束がほとんど減
衰しないように導入する段階と、第２光子束またはその
フェージング・フィーｊ　　　　ルドを前記媒質に随意
導入することによって前記第１光子束を減衰させると共
に前記媒質のエネルギー・レベル２をポピュレートし、
前記第　１束の一部が吸収され、レベル３をポピュレー
トし、レベル３の一部が再びレベル２に戻って前記第１
束をさらに減衰させることにより、励起状態がレベル３
からレベル　　　２に戻らなかった場合よりも前記第２
光子束による前記第１光子束を透過制御が高まるように
する段階を含む。

以　　下　　余　　白 本発明は、放射エネルギーの透過制御装置において、エ
ネルギーＥを有する第１光子束またはそのフェージング
・フィールドを導入する手段と連通し、両エネルギー・
レベル２及びエネルギー・レベル３を有し、両エネルギ
ー・レベル間のエネルギー・ギャプが前記第１光子束の
エネルギーＥと一致するようなエネルギー・レベル特性
を有し、前記第１光子束またはそのフェージング・フィ
ールドをほとんど減衰させえることなく通過させる透光
媒質と；　前記媒質に第２光子束またはフェージング・
フィールドを随意導入することによって前記第１光子束
を減衰させ、前記第２光子束が前記媒質のエネルギーΦ
レベル２をポピュレートし、前記第１束の一部が吸収さ
れてレベル３をポピュレートし、レベル３のこのポピユ
レーションの一部がレベル２に復旧して前記第１束を一
段と減衰させるように作用し、前記第２光子束による前
記第１光子束の透過制御がレベル３からレベル２への励
起状態復旧が起こらなかった場合よりも効果的になるよ
うにするため、前記媒質と連通させた第２光子束導入手
段と： 前記第２束またはそのフェージング・フィールドの］１
１１個の光子が導入されると前記第１束のｎ１個の光子
が吸収され、τｐ−ｔが前記第２束のパルス繰返し、τ
２−１がレベル２からの自然発生減衰速度、ｋが前記媒
質の稠密化するレベル２に吸収される前記第２束の部分
、τ＝−１がレベル３からレベル１への直接転移におけ
る減衰速度、τクー電がレベル３からの全体的な自然発
生減衰速度、γσｎがレベル２からレベル３への転移を
誘発させる際の前記第１束に対する有効吸収断面積、前
記第１束が直接前記媒質に導入されればγ−１、前記第
１束のフェージング・フィールドが前記媒体に導入され
ればγ＜１、Ｓｆが前記第１束またはそのフェージング
・フィー、ルドが前記媒質を通過した後の、前記第１束
中の最終光子個数／ｄ／ｓｅｃであるとして、τｐ−１
〉〉　で　２　−’　　　、　　　　ｋ＞　　０．１３
０　、　　τ　３１−１７　　　で　３−凰　　＞　　
０．８０、及びτ２−１バγσ２３Ｓｆ）　＜０．０１
である場合にｎ２＞ｎＩであることと； 前記第２束またはそのフェージング・フィールドを導入
すると前記第１束のｎ２個の光子が吸収され、τｐ−ｔ
＞＞τ２−１　、　　ｋ＞０ＪＯ１τ４−１／τ３−１
＞０．８０、及びτｐ　−ｒバ”）’　Ｃｒ　ｕ　Ｓｒ
）　＜　Ｏ，Ｑｌならばｎ２＞ｎｌであることを特徴と
する放射エネルギー透過制御装置。

以下余白 以下、添付の図面を参照しながら、本発明の以上に述べ
た、またその他の特徴と利点を詳細に説明する。

＾トランジスタ　　　メカニズム 以下、光学トランジスタと呼称する本発明装置は、装置
内を進行する光子束（以下、信号束と呼称する）の透過
が第２光子束（以下、制御束またはそのフェージング・
フィールドと呼称する）によって制御されるように、結
晶体、ガラス、液体、蒸気、有機物質または無機物質の
ような適当な物質を含む。

また、これらの光子束またはそのフェージング・フィー
ルドと前記物質との相互作用から、少数の制御束光子ｎ
１が多数の信号光子ｎ２の透過を制御するという”利得
”効果が生れる。少数の制御光子による多数の信号光子
の制御というこの現象は電気的トランジスタにおける小
さいベース電流による大きいコレクタ電流の変調に似て
おり、光学トランジスタと呼称する理由もここにある。

光学トランジスタの作用メカニズムは、適当な寿命、分
岐比、及び吸収断面積を有するエネルギー中レベル中に
誘導吸収が起こるような材料を必要とする。−膜化した
エネルギー・レベル図である１８　ｔｔｇはこのプロセ
スを図解したものである。簡略化するため、光学束と前
記材料との直接的な相互作用だけを示しであるが、フェ
ージング、フィールドによる相互作用も起こり得る。レ
ベル１は基底状態であり、レベル２，３及び４は室温で
はポピユレーションはほとんど存在しない、信号束Ｓｏ
はレベル２及び３のエネルギー差と一致するから、常態
ではほとんど減衰せずに材料中を通過する。制御束Ｃ，
はレベル４をポピュレートし、レベル４は急速に準安定
状態、即ち、レベル２へ緩和する。レベル２からレベル
ｌへの減衰もある程度起こるが、信号束が吸収されて励
起状態をレベル２からレベル３へ移行させることができ
る。レベル３におけるいくつかの励起状態はレベル２と
の間の転移率が適正なら、制御光子を増やさなくても信
号光子の吸収個数増大に寄与する。もし、レベル２から
レベル３への移行率がレベル２からの減衰速度よりもは
るかに大きければ、ｎ１個の制御光子を導入することで
ｎ２個の信号光子が吸収され（ｎ２＞　　ｎｔ）、利得
効果が達成される。

第１図に示す債々のレベルはいずれも多重レベルまたは
連続帯であってもよい、下向転移は放射性でも非放射性
でもよい、レベル３はレベル４より高い゛エネルギーで
あってもよいし、レベル４と同レベルでもよく、制御束
がレベル２をレベルｌから直接ポピュレートするならレ
ベル４はなくてもよい、また、トランジスタΦメカニズ
ムに直接関与しないエネルギー・レベル、または励起状
態を急速に下向きに多段転移させるためのエネルギー・
レベルがシステム中に別に存在してもよい。

光学トランジスタの利得は の形で表わされ、ｄＳｆは所与の制御束変化ｄＣ，に対
応する最終信号束の変化を表わす。

Ｃ１が増大すればＳｒが減少するから、絶対値を用いる
。

上記エネルギー・レベル図を簡単な定常反応速度式で分
析すると となる、ただし、Ｓｆは最終信号束（光子数／ｄ　＠５
ｅａ）　、　　ｋは制御束のうちトランジスタ・プロセ
スにおいて吸収される部分、Ｃ３１はシステム中での自
然発生的な崩壊速度によって与えられる材料パラメータ
、τ−凰はレベル２の自然発生的減衰速度、σｎはレベ
ル２→３吸収の断面積であり、束が物質と直接作用する
ならτ！１．フェージング・フィールドの相互作用する
ならγ〈ｌであって、（γσｎ）はフェージング・フィ
ールド相互作用の場合の有効断面積となる。光学トラン
ジスタを通過する過程に起こる信号束変化Ｓ＠＝Ｓｆは ａｎ　（Ｓｏ　−５ｆ）　　−１／τ２　ｙσａｌｎ（
Ｓｆ／　Ｓ６　）ｍｋｃ。

で与−えられる。

レベル　　　′モード 上記装置の応答時間は、システム中の最も長い関連寿命
と仮定される準安定レベルの寿命τ２によって制限され
る。第２図に示すよ本 うに第５レベルがあればこの制約を克服す嚢ことができ
る。この場合、第２制御束Ｃ′　。

はレベル２とレベル及び５のエネルギー差とマツチし、
誘導放出によってレベル２を急速に空にする。

”　１　ランジス ここに述べる光学トランジスタという概念はこれに類似
する電気的トランジスタとは、増幅出力〔最終信号束）
が制御入力〔制御束）とは波長を簀にするという点でや
や異なる、電気的トランジスタのコレクタ゛電流及びベ
ース電流中の電子はすべて同種であるのに対して、光学
トランジスタでは２つの異なるとなる波長の光子を扱わ
ねばならない、この問題は第３図に示すような”相補形
”エネルギーレベル構成を有する材料から成る光学トラ
ンジスタ対を使用することによって克服することができ
る。（第３図では簡略化のためレベル４を省略してあり
、基底状態から直接レベル２がポピュレートされる。）
ここでは第入芝の第２トランジスタ制御束となる。なぜ
工 なら、ば入！−λｌだからである。相補形エネルギー・
レベル構成が成立つためには、トランジスタ　２におけ
る信号がトランジスタ　−に一　　　　　Ｇ おける制御束と同波長、即ち、λｌ−λＦでこの方式の
意義としては、このように対にした１組の光学トランジ
スタを、比較的複雑なアナグロ及びデジタル光学回路中
のユニット構成ブロックとして利用し、　１つのユニッ
トからの光子出力を１つまたは２つ以上の他のユニット
の入力として直接利用することかできることがある。こ
の場合、この光学ユニットは電気回路に使用されるトラ
ンジスタとそつくりである。

社−」七−」Ｌ−豆 光学トランジスタの利得は によって与えられる。この式から明らかなように、理論
上の最大利得はに→１（制御束が完全吸収される）及び
τ２→ａｏ（レベル２における寿命が無限大）の時に得
られる。従って、理論上の最大利得は Ｇｎａｗ　　ｍ　　　１／ａｚｓ　　？　　！　　−’
　　／　　τ　３．　−皿即ち、レベル３からの全体的
な自然発生的減衰速度τゴ°１とレベル３から１への直
接的減衰速度でコ、−１との比である。（この展開は厳
密には上記エネルギー−レベル方式に適用されるが、結
果は適当な変更を加えることによってその他のエネルギ
ー・レベル及びこれに含まれる転移図式に広く適用でき
る。）理論上の最大利得てニー→Ｏまたはその逆を最適
化するにはレベル１ではなくレベル２への励起状態復旧
を最適化しなければならない、これが光学トランジスタ
における利得を最大にするための最も重要な材料条件で
ある。

分母の第２項τ２−１／γσ１Ｓｔは固有利得を理論上
の最大利得以下の値に制限する。（原理的には、利得式
の分子によって基本的な制限が導入されないようにｋａ
ｔを設定することができる。）この項はレベル２からの
自然発生的下向き転移τ２−１と誘導される上向き　２
→３転移（γσゎＳｆ）との比を表わす。

上向き転移速度が崩壊速度よりも大きくなると、即ち、
（γσ２３Ｓｆ）＞＞τ２−１となると理論上の利得に
近づく。

従って、固有利得が Ｇ≧１０ の光学トランジスターであるためには ａ３１≦０．０８ 及び　　７’　（ｒ　２２　Ｓｆ＞　＞　Ｔ　２−’で
なげればならない。

以上、定常動作に必要な条件、即ち、システム中のいか
なる寿命よりも変調時間がはるかに長くなければならな
いという条件を述べた。高速パルス・システムにあって
は、レベ。

ル２からの減衰速度よりはむしろパルス繰返し数τｐ”
１が制限要因であるから、鏡当式は、γσｎｓｒ＞　＞
τｐ−ｒとなる。また、レベルからレベル２への減衰は
パルスよりもはるかに短かい時間で進行しなければなら
ない（τ３　２−”　＞　）でｐ　−’　）　　＠ＵＯ
２ｉｎ−裏−」Ｌ−カ この項ではＩＪＯ７＋ドープ形バリウム・クラウン・グ
ラスファイバから成る光学トランジスタの実施例を紹介
し、所与のシステム・パラメータにおける装置の応答を
説明する。光学トランジスタの作用は第４図に示すシス
テムで実証することができる。

光学トランジスタ自体はＵ０１ドープ型バリウム会クラ
ウンガラスからなる直径１Ｇ４腸のコアを有する長さ５
ｃ朧のファイバである。ガラス組成を表１に示した。こ
のガラス・コアは総計が３０１ＬｍとなるようにＥｐｏ
−ｔｅｋ３９４で被覆されている。　Ｅｐｏ−ｔｅｋ３
９４及び微粒炭素粉（油煙）から成る外被で総計は１２
５μ層となる（第５図）、吸収性外被はコア中にではな
く外被中に伝播するいかなるモードをも除くことにより
モード・ストリッパとして作用する、ファイバの径と一
致するＡ■ｐｈｅｎｏｌ　９０５シリーズ繊維光学コネ
クタにファイバを取付けるＳｉ０２　　　　　　　　　
　５７．８　　ＺＢａｏ　　　　　　　　　　　　　２
５．０　　ＺＫ２０　　　　　　　　　　　１５．０！
５ｂ２０ｓ　　　　　　　　　　　１．Ｏ！ＵＯ２１，
４Ｘ 以下余白 ５３０ｎ■信号束はＮｄ：　ＹＡＧダブルΦレーザ２１
によって供給され、４６Ｏｎ層制御束はダイ拳レーザ２
３によって供給される。これらの束はマイクロメータ取
付は部に設けたレンズ２５によってそれぞれ独立に焦点
整合されてから、ビームΦスプリッタ２７に入射する。

これにより、各ビームのファイバと衝突する部分の極め
て正確な焦点整合が容易になり、ファイバ・コア１３に
入る際にこれらの入射ビームは確実検知される。動作中
に双方の束が存在すれば、狭帯域フィルタを使用するこ
とによって透過中の制御束ＣＦとは別に透過中の信号束
Ｓｆを検知することができる。

ＩＪＯｉ光学トランジスタの定常利得は上記システムで
実証することができる。利得はで表わされるから、最も
簡単な測定方法として、原理的には制御束Ｓｆが全く存
在しない状態で、次いで制御束Ｓ′の存在において最終
信号を測定すれば Ｓｆ−Ｓ’　ｆ Ｇ。

となる、Ｓｆ及びＳ’　ｆは容易に測定できるが、繊維
コアに入射してトランジスタープロセスに関与する制御
束Ｇｏの値を得るのは困難である。繊維への入射ビーム
のごく一部が繊維表面で反射し、一部分がコアではなく
被覆中へも入射する可能性がある。（吸収性の外被はこ
れらのモードが検知器まで伝播するのを妨げる。）正し
く繊維コアに入射する束の一部が繊維の傷で散乱したり
、吸収されたりするおそれもある。このような損失メカ
ニズムは直接測定できないから、Ｇｏの正確な値を得る
ことは困難である。ただし、最終制御束Ｃｒは容易に測
定され、下記の式によって固有利得に関連させることが
できる。

ただし、ｋは制御ビームのうちの吸収される分である。

適当なυ０蔓吸収断面積の規定のドーピング濃度及び繊
維長ならば、制御束の８８％が吸収される。従ってここ
に述べるｕＯ寥光学トランジスタ実施例では しｒ Ｓ’ｆ及びＣｆは互いに独立ではなく、光学トランジス
タの基本メカニズムの項においてトランジスタ作用を説
明するために挙げた式で表わされるように互いに関連す
る０例えば、　（Ｌ７５１ｍＷ信号の２％変調には有効
制御束Ｇ。

＝ｅ、ｓｔ、ｗが必要である。このような条件下では２
３Ｓｆ＝　Ｏ，？５１ｍＷ、Ｓ’　ｆ　−０，７３８ｍ
Ｗ、　Ｃｆｍ０．０８８　ＩＬｗという測定値から２．
２の利得が求められる。即ち、繊維中の実際のレーザ出
力及び光子密度に対し、ＵＯ１学トランジスタで固有利
得〉２が得られる。

以上に述べたのが比較的低い固有利得を有し、短い波長
で動作するＵＯ蓋における光学トランジスタ効果の例証
である。適当な性質を有する他の材料は繊維光学システ
ムまたは集積光学システム中の外因性損失が存在しても
利得を生み、公知のレーザ・ダイオード光源から供給さ
れる波長で動作する。

丈１ｄ【座Ｊ口虻懇 光学トランジスタのいくつかの光学繊維式実施例を第６
〜８図に示した。第６図の場合、受動性被覆４７のｍ＃
Ｉコアに活性トランジス夕材料４１が収納されており、
信号と制御束は同じ繊維に沿って活性域中へ伝播する。

第７図は繊維被覆４７の一部を形成する活性材料を示す
、２本の束のエネルギーはコア中を伝播するが、それぞ
れのフェージング・フィールドは被覆中に達し、制御束
による被覆の活性化が信号束の透過に影響する。第６図
は別の繊維によって活性被覆中へ案内される制御束を示
す、この制御束は第３図から明らかなように、案内され
る束でなくてもよい、第６図の場合、制御束は繊維コア
の一部を活性化するランプによって供給される。これと
同じ構成で繊維被覆を活性化することもできる。第６〜
９図は活性トランジスタ材料が固体材料から成る繊維光
学実施例を示す、ただし、第６図及び第６図の活性繊維
城の代りに液体または気体の毛細管を採用することも可
能である０束は、被覆繊維内にあるから毛細管内にむか
って全反射せず、毛細管は俯角入射させるように光を有
効に案内する。

光学トランジスタ材料は薄膜状導波手段に組込むことも
できる。第１０図は活性材料が薄膜から成る場合をしめ
る。この実施例では信号束が薄膜にエツジ結合され、制
御束がプリズム結合されているが、図中再来を入れ換え
るか、または再来を別々にまたは一緒に同じ態様で薄膜
に結合し、再来が薄膜への入射点で一致するように構成
することも可能である、　また、活性トランジスタ材料
を帝王の薄膜に狭ばめて再来がこれを通って伝播するよ
うに構成するか、ベース材中にあって、案内される束の
フェージング・フィールドを介して相互作用するように
構成してもよい。

薄膜実施例によって形成される平面的な領域は数本の信
号及び制御束を第１１図に示すように互いに直角を形成
する通路上で相互作用させることによって利用すること
もできる（第１１図では簡略化のためエツジ結合だけを
示しである）、信号束は単−制御束の大きさ及び変化に
よって制御されるだけでなく、信号束の通路に沿って選
択的に活性化させることのできる複数の制御束によって
も制御される。第１１図は薄膜状導波手段から成る活性
トランジスタ材料を示す、ここでも導波手段自体は受働
的でもよく、活性材料はベース中に存在すればよい。

また、信号及び制御束を活性トランジスタ材から成る薄
膜と、受働的材料からな成る薄膜との２つの異なる薄膜
中を伝播させてもよい、第１２図は信号束及び制御束が
互いに直交方向に２つの異なる薄膜中を伝播する場合を
示すが、第１０図のように同一線上を進む場合にもその
まま応用できる。第１２図では信号束４３が活性薄Ｍ８
３中を伝播し、制御束４５は受働薄膜８５中を伝播する
が、逆の関係にしてもよい。上方薄膜の屈折率が低くけ
れば２層の薄膜の相対位置を逆にしてもよい。

束が２層以上の薄膜中を伝播する場合のために光学トラ
ンジスタを上下方向に積み重ねる方法が必要となる。第
１３図は２層の活性トランジスタ薄膜を使用する薄膜実
施例を示す、下方薄膜８７中を制御束Ｃ，及び信号束ｓ
ｌが伝播する。上方薄１１１Ｈ中の８２の透過はフェー
ジング・フィールドによって制御される。従って、Ｓｌ
はＳ２に対する制御束となる、この構成では装置入力Ｃ
１及び出力Ｓ、をある種の用途には望ましいことである
が同一波長にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及びｉｌＢ図は本発明の光学トランジスタの作
用メカニズムを略示するエネルギー−レベル・ダイヤグ
ラム、第２Ａ及び第２６図は本発明の光学トランジスタ
における放射エネルギーの第１及び第２制御束の使用メ
カニズムを略示するエネルギー・レベルΦダイヤグラム
：第３図は　１対の互いに連携する光学トランジスタに
おける相補的エネルギー・レベル方式を略示するエネル
ギー・レベル・ダイヤグラム；第４図は光学トランジス
タの実験に利用される装置を略示する構成図；第５図は
繊維光学素線に組込まれた光学トランジスタの断面図：
第６図は活性トランジスタ材が繊維コアの一部に含まれ
る繊維光学素線を利用する光学トランジスタの実施例の
縦断面図：第７図は活性トランジスタ材が繊維光学被覆
の一部に含まれる光学トランジスタの他の実施例の縦断
面図；第６図は制御束が別の繊維によって活性被覆一部
中に案内される光学トランジスタの他の実施例の縦断面
図：第６図は制御束源が光学繊維中に含まれる活性トラ
ンジスタ材とは独立である光学トランジスタの他の実施
例の縦断面図：第１θ図は光学トランジスタを薄膜状導
波手段に組込んだ光学トランジスタの他の実施例を略示
する斜視図；第１１図は数本の信号束が信号束の通路に
沿、　　　って選択的に活性化される数本の制御束によ
って制御される薄膜状光学トランジスタの他の実施例を
略示する斜視図；第１３図は２層の活性トランジスタ薄
膜を使用する他の実施例の構成図である。 一−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−一−−−二＝−−レベ゛、し／　４ＦＩＧ、１
Ａ ＦＩＧ、ＩＢ ＦＩＧ、２Ａ レベ１．し　４ □し心（３ ＳｏＳ０＾−Ｉリ− ＦＩＧ、２６ 手　　　続　　　補　　　正　　　書　（方　式）昭和
６０年１上月工Ｏ日 １、事件の表示　　　昭和６０年特許ＨＮ１９４１１ｏ
号２、発明の名称　　　放射エネルギーの透過制御方法
及び装置３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピ
ッツバーグ。 ゲイトウェイ・センター（番地ナシ） 名　称（７１１１ウエスチングハウス・エレクトリック
・国　籍　　　　アメリカ合衆国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性媒質中の放射エネルギー透過を制御する方法
   において、 エネルギーＥを有する第１光子束またはそ のフェージング・フィールドを、エネルギー・レベル２
   及びエネルギー・レベル３を有してこの両レベル間のエ
   ネルギー・ギャプが前記第１光子束のエネルギーに相当
   するようなエネルギー・レベル特性を具える前記媒質中
   に、前記第１光子束またはそのフェージング・フィール
   ドが前記媒質を通過する過程で前記第１光子束がほとん
   ど減衰しないように導入する段階と； 第２光子束またはそのフェージング・フィ ールドを前記媒質に随時導入することによって前記第１
   光子束を減衰させると共に前記媒質のエネルギー・レベ
   ル２をポピュレートし、前記第１束の一部が吸収されて
   レベル３をポピュレートし、レベル３の一部が再びレベ
   ル２に戻って前記第１束をさらに減衰させることにより
   、励起状態がレベル３からレベル２に戻らなかった場合
   よりも前記第２光子束による前記第１光子束透過制御効
   果が高まるようにする段階とを含むことを特徴とする放
   射エネルギー透過制御方法。 ２、前記第２束またはそのフェージング・フィールドの
   ｎ＿１個の光子を導入すると前記第１束のｎ＿２個の光
   子が吸収され、τｐ＾−＾１が前記第２束のパルス繰返
   えし数、τ＿２＾−＾１がレベル２からの自然発生的減
   衰速度、ｋが前記媒質のポピュレートするレベル２に吸
   収される前記第２束の部分、τ＿３＿１＾−＾１がレベ
   ル３からレベル１への直接転移減衰速度、τ＿３＾−＾
   １がレベル３からの全体的な自然発生減衰速度、γσ＿
   ２＿３がレベル２からレベル３への転移を誘発させる際
   の前記第１束に対する有効吸収断面積、前記第１束が直
   接前記媒質へ導入されればγ＝１、前記第１束のフェー
   ジング・フィールドが前記媒質へ導入されればγ＜１、
   Ｓｆが前記第１束またはそのフェージング・フィールド
   が前記媒質を通過した後の前記第１束中の最終光子個数
   １ｃｍ＾２／ｓｅｃであるとして、τｐ＾−＾１≫τ＿
   ２＾−＾１、ｋ≧０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ＿
   ３＾−＾１≧０．８０、及びτ＿２＾−＾１／（γσ＿
   ２＿３Ｓｆ）＜０．０１ならばｎ＿２＞ｎ＿１であるこ
   と；前記第２束またはそのフェージング・フィ ールドを導入すると前記第１束のｎ＿２個の光子が吸収
   され、τｐ＾−＾１≪τ＿２＾−＾１、ｋ＞０．９０、
   τ＿３＿１＾−＾１／τ＿３＾−＾１＞０．８０、及び
   τｐ＾−＾１／（γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１ならば
   ｎ＿２＞ｎ＿１であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ３、第３光子束またはそのフェージング・フィールドを
   前記媒質に随意導入して前記第１光子束の減衰を軽減し
   、前記第３光子束がレベル２のポピュレーションを抑え
   て、前記第１光子束の減衰の原因となるレベル２及び３
   間の励起状態の有効な移行を阻止することにより、前記
   第３光子束による前記第１光子束の減衰抑制が、レベル
   ２からレベル３への励起状態復旧が起こらなかった場合
   よりも効果的に行われるようにする段階をも含むことと
   前記第３束またはそのフェージング・フィ ールドのｎ＿３個の光子導入により前記第１束のｎ＿４
   個の光子の透過に変化が生じ、τｐ＾−＾１≫τ＿２＾
   −＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ＿３＾
   −＾１＞０．８０、及びτ＿２＾−＾１／（γσ＿２＿
   ３Ｓｆ）＜０．０１である場合、及びτｐ＾−＾１≪τ
   ＿２＾−＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ
   ＿３＾−＾１＞０．８０、及びτｐ＾−＾１／（γσ＿
   ２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合にｎ＿４＞ｎ＿３で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ４、前記第２光子束またはそのフェージング・フィール
   ドが導入される前に、レベル２の寿命よりも短く、かつ
   レベル２の寿命とは無関係の、かつ前記第２光子束また
   はそのフェージング・フィールドの除去に対する前記第
   ３光子束の導入タイミングによって制御される時間に前
   記第１光子束の透過が元の透過レベルに復旧するような
   前記第２光子束またはそのフェージング・フィールドの
   除去に対するタイミングで、前記第３光子束またはその
   フェージング・フィールドを随意前記媒質に導入するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５、前記第１媒質のレベル２及び３のエネルギー・ギャ
   プに等しく、前記第１光子束のエネルギーＥと一致する
   レベル１′及び２′間エネルギー・ギャプが存在するよ
   うなエネルギー・レベル構造を有する第２透光性媒質を
   前記第１媒質と連携させ、前記第２媒質のレベル２′お
   よビ３′間のエネルギー・ギャプと一致するエネルギー
   Ｅ′を有する光子束 １′またはそのフェージング・フィールドを、前記光子
   束１′またはそのフェージング・フィールドが前記第２
   媒質を通過しながらほとんど減衰しないように前記第２
   媒質へ随意導入することと； 前記第媒質を通過した前記第１束またはそ のフェージング・フィールドの透過出力を前記第２媒質
   に随意導入し、前記第１束が前記第２媒質のエネルギー
   ・レベル２′をポピュレートすることによって前記束１
   ′を減衰させ、前記束１′の一部が吸収されてレベル ３′をポピュレートし、このレベル３′のポピュレーシ
   ョンがレベル２′に復帰して前記束１′をさらに減衰さ
   せるように作用し、前記第１媒質と前記第１及び第２束
   に関連して特許請求の範囲第１項に記載した態様で前記
   光子束１′の透過を前記第１光子束の透過出力によって
   制御することと； 前記束１′またはそのフェージング・フィ ールドが前記第２媒質を通過する過程で前記束１′の透
   過を制御する前記透過第１光子束を、前記第２光子束ま
   たはそのフェージング・フィールドを前記第１媒質に導
   入することによって制御することと； これにより、前記束１′の透過を直接制御 する前記第１束の透過を直接制御する前記第２束によっ
   て前記束１′の透過を間接制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６、前記媒質が単数または複数の薄膜状導波手段及び基
   板材を上下方向に重ねた平面的な構造に組込まれ、薄膜
   状導波手段の１つまたはベース材から成り、前記薄膜上
   導波手段の１つに、前記平面的構造の一方の側に沿って
   前記第１光子束を随意導入して隣接する側と平行に伝播
   させると共に、前記薄膜状導波手段の１つに、平面的構
   造の他方の側に沿って前記第２光子束を導入し、前記再
   光子束の通路が互いに直角を形成し、前記両光子束が同
   一の薄膜中を伝播するとして直接交差するか、または交
   差しないで両光子束の互いに直角を形成する通路が別々
   の薄膜中を進むようにすることと； 前記第１束の光子エネルギーに等しい光子 エネルギーを有するｎ＿１本の光子束を前記平面的構造
   の所与の薄膜状導波手段の一方の側に沿って導入して別
   々の、しかし互いに平行な通路に従って伝播させると共
   に、前記第２束の光子エネルギーに等しい光子エネルギ
   ーを有するｎ＿２本の光子束を前記平面的構造の他方の
   側に沿って、前記ｎ＿１本の光子束と同じ薄膜状導波手
   段または別の薄膜状導波手段に導入して別々の、しかし
   互いに平行な通路に従って伝播させ、ｎ＿１及びｎ＿２
   を１から前記平面的構造の大きさに適応できる数値まで
   の範囲内で設定することと； 前記第１束と同じタイプのｎ＿１本の光子束の透過を、
   前記第２束と同じタイプのｎ＿２本の光子束によって制
   御し、前記第１束タイプのｎ＿１本の光子束の透過制御
   が、前記媒質中でレベル３からレベル２への励起状態復
   旧が起こらなかった場合よりも効果的に行われるように
   することと； 前記第２束タイプのｎ＿２本の光子束から ｎ＿１個の光子全部が導入されると前記第１束タイプの
   所与の光子束のｎ＿２個の光子透過に変化が生じ、ｋ′
   が前記第１束タイプの前記所与の光子束またはそのフェ
   ージング・フィールドが通過する前記媒質の容積中に、
   直接的な相互作用またはフェージング・フィールドを介
   して吸収される前記第２束タイプの ｎ＿２本の光子束の部分であり、Ｓｆが平面的構造を通
   過した後の前記所与の光子束中の最終光子個数／ｃｍ＾
   ２／ｓｅｃであるとして、τｐ＾−＾１≫τ＿２＾−＾
   １、ｋ′＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ＿３＾−
   ＾１＞０．８０、及びτ＿２＾−＾１／（γσ＿２＿３
   Ｓｆ）ｇ≦０．０１である場合、及びτｐ＾−＾１≪τ
   ＿２＾−＾１、ｋ′＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／
   τ＿３＾−＾１＞０．８０、及びτｐ＾−＾１／（γσ
   ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合にｎ＿２＞ｎ＿１
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 ７、第３束タイプとしての補足的な光子束を前記第２タ
   イプのｎ＿２本の光子束と共に随意導入し、これらの光
   子束が同一の薄膜状導波手段中を伝播するなら、前記補
   足光子束がこれと対応する前記第２タイプの光子束の通
   路と一致する通路に従って伝播し、別々の薄膜状導波手
   段中を伝播するなら共線関係の、しかし別の通路に従っ
   て伝播するようにし、前記第２束タイプのｎ＿２本の光
   子束と共に導入される前記第３束タイプのｎ＿２本の光
   子束が前記媒質レベル２のポピュレーションを減少させ
   ることにより前記第１束タイプの前記光子束の減衰を軽
   減することで、前記第１束タイプ光子束の減衰の原因と
   なる前記媒質のレベル２及び３間の励起状態の有効な移
   行を阻止し、前記第３タイプ光子束による前記第１束タ
   イプ光子束の減衰軽減が前記媒質のレベル２からレベル
   ３への励起状態復旧が起こらなかった場合よりも効果的
   に行われるようにるする段階をも含むことと； 前記第３タイプのｎ＿２本の光子束から合計ｎ＿３個の
   光子が導入されると前記第１束タイプの所与の光子束の
   ｎ＿４個の光子の透過に変化が生じ、ｋ′が前記第１束
   タイプの前記所与の光子束またはそのフェージング・フ
   ィールドが通過する前記媒質の容積中に、直接的な相互
   作用またはフェージング・フィールドを介して吸収され
   る前記第２束タイプのｎ＿２本の光子束の部分であり、
   Ｓｆが平面的構造を通過した後の前記所与の光子束中の
   最終光子個数／ｃｍ＾２／ｓｅｃであるとして、τｐ＾
   −＾１≫τ＿２＾−＾１、ｋ′＞０．９０、τ＿３＿１
   ＾−＾１／τ＿３＾−＾１＞０．８０、及びτ＿２＾−
   ＾１／（γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合、及
   びτｐ＾−＾１≪τ＿２＾−＾１、ｋ′＞０．９０、τ
   ＿３＿１＾−＾１／τ＿３＾−＾１＞０．８０、及びτ
   ｐ＾−＾１／（γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場
   合にｎ＿４＞ｎ＿３であることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項に記載の方法。 ８、第３光子束またはそのフェージング・フィールドを
   前記第１媒質中に随意導入することによって前記第１光
   子束の減衰を軽減すると共に、レベル２のポピュレーシ
   ョンを減少させることによってレベル２及び３間の励起
   状態の有効な移行を阻止する段階をも含むことと： 上記段階により、前記第１束の減衰を軽減 し、前記第１束の大部分またはそのフェージング・フィ
   ールドを前記第２媒質に導入することによって前記第２
   媒質の前記レベル２′のポピュレーションを増加させ、
   結果的に前記束１′の減衰を増大させ、前記第３光子束
   による前記第１光子束の減衰軽減が前記第１媒質のレベ
   ル２からレベル３への励起状態復旧が起こらなかった場
   合よりも効果的であり、前記束１′の減衰増大が前記第
   ２媒質のレベル３′からレベル２′への励起状態復旧が
   起こらなかった場合よりも効果的であることと； 前記第３束またはそのフェージング・フィ ールドのｎ＿３個の光子が導入されると前記束１′のｎ
   ＿４個の光子の透過に変化が乗じ、前記第１及び第２媒
   質の双方に適用されるように、τｐ＾−＾１≫τ＿２＾
   −＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ＿３＾
   −＾１＞０．８０、及びτ＿２＾−＾１（γσ＿２＿３
   Ｓｆ）＜０．０１である場合、及びτｐ＾−＾１≪τ＿
   ２＾−＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ＿
   ３＾−＾１＞０．８０、及びτｐ＾−＾１／（γσ＿２
   ＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合にｎ＿４＞ｎ＿３であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法
   。 ９、前記透過第１束またはそのフェージング・フィール
   ドが導入される前に、前記束１′の透過が、レベル２′
   の寿命よりも短く、レベル２′の寿命とは無関係な、か
   つ前記透過第１束またはそれぞれのフェージング・フィ
   ールドの除去に対する第３光子束導入のタイミングによ
   って制御される時間で元の透過レベルに復旧するような
   、前記第２媒質からの前記透過第１束またはそのフェー
   ジング・フィールドの除去に対するタイミングで前記第
   ３光子束またはそのフェージングを前記第２媒質に随意
   導入することを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   の方法。 １０、前記第２光子束が元のレベルからレベル２への直
   接励起によってレベル２をポピュレートすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １１、前記第２光子束が先ずレベル２よりも高いエネル
   ギー・レベルのポピュレーションを発生させることによ
   ってレベル２をポピュレートし、次いでこのポピュレー
   ションの一部がレベル２にまで減衰することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １２、前記第２光子束がドーパントからのエネルギー伝
   達によってレベル２をポピュレートし、前記ドーパント
   が前記レベル２及び３を含むエネルギー・レベル構成に
   よって特徴づけられる構成要素とは異なることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １３、前記第２透光媒質が前記第２束中の光子エネルギ
   ーに相当する前記レベル２′及び ３′間のエネルギー・ギャプによっても特徴づけられる
   ことと； レベル２′及び３′間のエネルギー・ギャ プが前記束１′のエネルギーＥ′とも一致するから、前
   記第２束及び前記束１′の波長が同じであることと； 従って、互いに連携し合う前記両媒質の全 透過出力が、前記第２束との関連で使用される前記両媒
   質の初期制御入力と同じ波長で現われることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項に記載の方法。 １４、前記第３光子束が高エネルギー・レベルへの移転
   を誘発させることによってレベル２のポピュレーション
   を減少させることを特徴とする特許請求の範囲３に記載
   の方法。 １５、前記第３光子束が低エネルギー・レベルへの移転
   を誘発することによってレベル２のポピュレーションを
   減少させることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載の方法。 １６、放射エネルギーの透過制御装置において、エネル
   ギーＥを有する第１光子束またはそのフェージング・フ
   ィールドを導入する手段と連通し、両エネルギー・レベ
   ル２及びエネルギー・レベル３を有し、両エネルギー・
   レベル間のエネルギー・ギャプが前記第１光子束のエネ
   ルギーＥと一致するようなエネルギー・レベル特性を有
   し、前記第１光子束またはそのフェージング・フィール
   ドをほとんど減衰させえることなく通過させる透光媒質
   と前記媒質に第２光子束またはフェージン グ・フィールドを随意導入することによって前記第１光
   子束を減衰させ、前記第２光子束が前記媒質のエネルギ
   ー・レベル２をポピュレートし、前記第１束の一部が吸
   収されてレベル３をポピュレートし、レベル３のこのポ
   ピュレーションの一部がレベル２に復旧して前記第１束
   を一段と減衰させるように作用し、前記第２光子束によ
   る前記第１光子束の透過制御がレベル３からレベル２へ
   の励起状態復旧が起こらなかった場合よりも効果的にな
   るようにするため、前記媒質と連通させた第２光子束導
   入手段と； 前記第２束またはそのフェージング・フィ ールドのｎ＿１個の光子が導入されると前記第１束のｎ
   ＿２個の光子が吸収され、τｐ＾−＾１が前記第２束の
   パルス繰返し、τ＿２＾−＾１がレベル２からの自然発
   生減衰速度、ｋが前記媒質の稠密化するレベル２に吸収
   される前記第２束の部分、τ＿３＿１＾−＾１がレベル
   ３からレベル１への直接転移における減衰速度、τ＿３
   ＾−＾１がレベル３からの全体的な自然発生減衰速度、
   γσ＿２＿３がレベル２からレベル３への転移を誘発さ
   せる際の前記第１束に対する有効吸収断面積、前記第１
   束が直接前記媒質に導入されればγ＝１、前記第１束の
   フェージング・フィールドが前記媒体に導入されればγ
   ＜１、Ｓｆが前記第１束またはそのフェージング・フィ
   ールドが前記媒質を通過した後の、前記第１束中の最終
   光子個数／ｃｍ＾２／ｓｅｃであるとして、τｐ＾−＾
   １≫τ＿２＾−＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾
   １／τ＿３＾−＾１＞０．８０、及びτ＿２＾−＾１／
   （γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合にｎ＿２＞
   ｎ＿１であることと； 前記第２束またはそのフェージング・フィ ールドを導入すると前記第１束のｎ＿２個の光子が吸収
   され、τｐ＾−＾１≫τ＿２＾−＾１、ｋ＞０．９０、
   τ＿３＿１＾−＾１／τ＿３＾−＾１＞０．８０、及び
   τｐ＾−＾１／（γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１ならば
   ｎ＿２＞ｎ＿１であることを特徴とする放射エネルギー
   透過制御装置。 １７、第３光子束またはそのフェージング・フィールド
   を前記媒質に随意導入することにより前記第１光子束の
   減衰を軽減すると共に、前記第３光子束によってレベル
   ２のポピュレーションを減少させて前記第１光子束の減
   衰の原因となるレベル２及び３間の励起状態の有効な移
   行を阻止し、前記第３光子束による前記第１光子束の減
   衰軽減がレベル２からレベル３への励起状態復旧状態が
   起こらなかった場合よりも効果的になるようにするため
   前記媒質と連通させた手段を含み、 前記第３束またはそのフェージング・フィ ールドのｎ＿３個の光子が導入されると前記第１束のｎ
   ＿４個の光子の透過に変化が生じ、τｐ＾−＾１≫τ＿
   ２＾−＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１／τ＿
   ３＾−＾１＞０．８０、及びτ＿２＾−＾１／（γσ＿
   ２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合、及びτｐ＾−＾１
   ≪τ＿２＾−＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３＿１＾−＾１
   ／τ＿３＾−＾１＞０．８０、及びτｐ＾−＾１／（γ
   σ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合にｎ＿４＞ｎ＿
   ３であることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記
   載の装置。 １８、第２透光媒質を設け、これを光子束１′またはそ
   のフェージング・フィールドを導入する手段と連通させ
   ると共に、前記第１媒質を通過した後の前記第２光子束
   またはそのフェージング・フィールドの透過出力を導入
   する手段と連通させたことと； 前記第２媒質及び前記光子束１′が、併用 される２つの媒質の全体的な透過出力が前記第２光子束
   の初期制御入力と同じ波長で現われることと； 前記第２媒質が、前記第１光子束のエネル ギーＥに相当する前記第１媒質のレベル２及び３間エネ
   ルギー・ギャップに等しいレベル１′及び２′間エネル
   ギー・ギャップが存在するようなエネルギー・レベル構
   造を有し、前記光子束１′が前記第２媒質のレベル２′
   及び３′間エネルギーギャップに相当するエネルギーＥ
   ′を有し、前記光子束１′またはそのフェージング・フ
   ィールドが前記第２媒質をほとんど減衰せずに通過し、
   前記第１媒質を通過した前記第１束またはそのフェージ
   ング・フィールドの透過出力を前記第２媒質に随意導入
   すると、前記第１束が前記第２媒質のエネルギー・レベ
   ル２′をポピュレートし、前記束１′の一部が吸収され
   て、レベル３′をポピュレートし、このレベル３′をポ
   ピュレーションの一部がレベル２′に復旧して前記束１
   ′を一段と減衰させるように作用し、前記光子束１′の
   透過が前記第１媒質及び前記第１、第２束に関連して特
   許請求の範囲第１項に記載した態様で前記第１光子束の
   透過出力によって制御されることと； 前記第２媒質を通過する過程で前記束１′ またはそのフェージング・フィールドの透過を制御する
   前記透過第１光子束が前記第１媒質への前記第２光子束
   またはそのフェージング・フィールドの導入によって制
   御されることと； 前記束１′の透過を直接制御する前記第２ 束光子により、前記束１′の透過が間接制御されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８、単数または複数の薄膜状導波手段及び基板材を上
   下方向に重ねて形成した平面的な構造に組込まれ、薄膜
   状導波手段の１つまたは基板材から成る前記媒質と； 前記第１光子束を平面的構造の一方の側に 沿って薄膜状導波手段の１つに導入し、他方の側と平行
   に伝播させるため前記平面的構造と連通させた手段と； 前記第２光子束を前記平面的構造の他方の 側に沿って薄膜状導波手段の１つに導入し、前記両光子
   束の通路が互いに直角を形成し、もし両光子束が同一の
   薄膜状導波手段中を伝播するなら互いに直交し、別々の
   薄膜中を伝播するなら交差せずに直角通路をそれぞれ進
   行するように前記平面的構造と連通させた手段と； 前記第１束の光子エネルギーに等しい光子 エネルギーを有するｎ＿１本の光子束を前記平面的構造
   の所与の薄膜導波手段の一方の側に沿って導入して、別
   々の、しかし互いに平行な通路に従って伝播させる手段
   と； ｎ＿１及びｎ＿２を１から前記平面的構造の大きさに適
   合する数値までの範囲から選んで、前記第２束の光子エ
   ネルギーに等しい光子エネルギーを有するｎ＿２本の光
   子束を前記平面的構造の他方の側に沿ってｎ＿１本の光
   束と同じ薄膜状導波手段または別の薄膜状導波手段に導
   入し、別々の、しかし互いに平行な通路に従って伝播さ
   せる手段と； 前記第１束と同じタイプのｎ＿１本の光束の透過を、前
   記第２束と同じタイプのｎ＿２本の光子束によって制御
   し、前記第１束タイプのｎ＿１本の光子束の透過制御が
   前記媒質中でレベル３からレベル２への励起状態復旧が
   起こらなかった場合よりも効果的に行われるようにする
   ことと； 前記第２束タイプのｎ＿２本の光子束から合計ｎ＿１個
   の光子が導入されると前記第１束タイプの所与の光子束
   のｎ＿２個の光子の透過に変化が生じ、ｋ′が前記第１
   束タイプの前記所与の光子束またはフェージング・フィ
   ールドが通過する前記媒質の容積中に、直接的な相互作
   用またはフェージング・フィールドを介して吸収される
   前記第２束タイプのｎ＿２本の光子束の部分であり、Ｓ
   ｆが平面的構造を通過した後の前記所与の光子束中の最
   終光子個数／ｃｍ＾２／ｓｅｃであるとして、τｐ＾−
   ＾１≫τ＿２＾−＾１、ｋ′＞０．９０、τ＿３＿１＾
   −＾−１／τ＿３＾−＾１＞０．８０及びτ＿２＾−＾
   １／（γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合、及び
   τｐ＾−＾１≪τ＿２＾−＾１、ｋ＞０．９０、τ＿３
   ＿１＾−＾１／τ＿３＾−＾１＞０．８０及びτｐ＾−
   ＾１／（γσ＿２＿３Ｓｆ）＜０．０１である場合ｎ＿
   ２＞ｎ＿１であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ６項に記載の装置。 ２０、前記透過第１束またはそのフェージング・フィー
   ルドが導入される前に、レベル２′の寿命よりも短く、
   レベル２′の寿命とは無関係の、かつ前記透過第１束ま
   たはそれぞれのフェージング・フィールドの除去に対す
   る第３光子束の導入タイミングによて制御される時間で
   前記束１′の透過が元の透過レベルに復旧するような前
   記透過第１束またはそのフェージング・フィールドの除
   去に対するタイミングで前記第３光子束またはそのフェ
   ージング・フィールドを第２媒質に導入する手段を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の装置
   。 ２１、前記透光媒質が単数または複数の希土類元素を含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載
   の装置。 ２２、前記希土類元素が２価ドーパントの形で前記媒質
   中に存在することを特徴とする特許請求の範囲第２１項
   に記載の装置。 ２３、希土類ドーパントをＤｙ＾２＾＋、Ｔｍ＾２＾＋
   、Ｅｒ＾２＾＋、及びＨｏ＾２＾＋から成るグループか
   ら選択することを特徴とする特許請求の範囲第２１項に
   記載の装置。 ２４、前記透光媒質が光学繊維コアの一部であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ２５、前記透光媒質が光学繊維被覆の一部であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載の装置。 ２６、前記透光媒質が毛細管状の液体または気体である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載の装置
   。 ２７、前記透光媒質が薄膜状導入導波手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ２８、前記透光媒質が薄膜状導波手段を支持する基板で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載の
   装置。 ２９、前記第１束またはそのフェージング・フィールド
   、及び前記第２束またはそのフェージング・フィールド
   を、光学繊維に沿った前記束の伝播を介して前記媒質中
   に導入することを特徴とする特許請求の範囲第１６項に
   記載の装置。 ３０、前記第１束またはそのフェージング・フィールド
   、及び前記第２束またはそのフェージング・フィールド
   を、２本の異なる光学繊維に沿った前記束の伝播を介し
   て前記媒質に導入することを特徴とする特許請求の範囲
   第１６項に記載の装置。 ３１、前記第２束を、光学繊維と同軸光反射手段との間
   の環状室間中に配量した非コヒーレント光源を介して前
   記媒質に導入することを特徴とする特許請求の範囲第１
   ６項に記載の装置。 ３２、前記第１束及び前記第２束、またはそのフェージ
   ング・フィールドを同一の薄膜状導波手段中の伝播を介
   して前記媒質に導入することを特徴とする特許請求の範
   囲第１６項に記載の装置。 ３３、前記第１及び第２束、またはこれらのいずれか一
   方または双方のフェージング・フィールドを、異なる薄
   膜状導波手段中の伝播を介して前記媒質に導入すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ３４、前記透光媒質が薄膜状導波手段であり、前記第１
   束または前記第２束、またはそのフェージング・フィー
   ルドを導入する手段がエッジ・カプリングを兼ねること
   を特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ３５、前記透光媒質が薄膜状手段であり、前記第１束ま
   たは前記第２束、またはそのフェージング・フィールド
   を導入する手段がプリズム・カプリングを兼ねることを
   特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の装置。 ３６、前記第２媒質の前記エネルギー・レベル２′及び
   ３′間のエネルギー・ギャップが前記第２光子束中の光
   子エネルギーと一致することと； 従って、レベル２′及び３′間エネルギー ・ギャップに一致するエネルギーＥ′を有する前記束１
   ′の波長が前記第２束の波長と対応することと； 従って、特許請求の範囲第６項に記載した 併用される前記２つの媒質の全体的な透過出力、即ち、
   束１′の透過部分が前記併用される２つの媒質の初期制
   御入力と同じ波長で現われることを特徴とする特許請求
   の範囲第１３項に記載の装置。 ３７、前記２つの媒質が光学繊維コアの隣接部分である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の装置
   。 ３８、前記２つの媒質が光学繊維被覆の隣接部分である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の装置
   。 ３９、前記２つの媒質を光学繊維の隣接部分に組込み、
   一方の媒質を繊維コアの一部に、他方の媒質を繊維被覆
   の一部にそれぞれ組込んだことを特徴とする特許請求の
   範囲第１８項に記載の装置。 ４０、前記２つの媒質が上下に重ねられた２層の薄膜か
   ら成り、前記第１及び第２束が一方の薄膜中を伝播し、
   前記束１′が他方の薄膜中を伝播し、前記束１′の透過
   が前記第１束のフェージング・フィールドによって制御
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載
   の装置。 ４１、単数または複数の前記束を導入する手段がエッジ
   ・カプリングを兼ねることを特徴とする特許請求の範囲
   第１９項に記載の装置。 ４２、単数または複数の前記束を導入する手段がプリズ
   ム・カプリングを兼ねることを特徴とする特許請求の範
   囲第１９項に記載の装置。 ４３、前記媒質が前記束を伝播させ、そのフェージング
   ・フィールドを介して前記媒質と相互作用させる薄膜状
   導波手段を支持するベースから成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１９項に記載の装置。 ４４、前記媒質が前記束を伝播させる薄膜状導波手段か
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記載
   の装置。 ４５、前記媒質が一方の前記束を伝播させる薄膜状導波
   手段から成り、他方の前記束が隣接の薄膜状導波手段中
   を伝播しながらそのフェージグ・フィールドを介して相
   互作用することを特徴とする特許請求の範囲第１９項に
   記載の装置。 ４６、前記媒質が他の２枚の薄膜状導波手段に挟まれた
   薄膜状導波手段から成り、前記他の２枚の薄膜のうちの
   １枚の薄膜中を一方の前記束が伝播し、他の１枚の薄膜
   中を他方の前記束が伝播し、すべての束がそれぞれのフ
   ェージング・フィールドを介して前記媒質と相互作用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記載の装
   置。