JPS6122328A - 光双安定素子 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光計算機等の論理回路や記憶回路を構成できる
光双安定素子に係り、特に製造が容易で性能の良い光双
安定素子に関する。

〔発明の背景〕

これまで光双安定素子としてはＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶０
エタロンを用いたもの（Ｈ，Ｍ、Ｇｉｂｂｓ　ｅｔ、ａ
ｌ、　。

“０ｐｔｉｃａｌ　　ｂｉｓｔａｂｉｌｉｔｙ　　ｉｎ
　　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、３５（６）、１５，５ｅｐｔ、１
９７９．ｐ４５１−４５３参照）、あるいはＩｎＳｂ単
結晶エタロンを用いたもの（Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｍｉｌｌｅｒ
　ｅｔ、ａｌ、”Ｔｗｏ　ｂｅａｍ　ｏｐｔｊｃａｌｓ
ｉｇｎａｌ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｊ、ｏｎ　ａｎｄ　
ｂｉｓｔａｂｊｌｉｔｙ　ｉｎ　ＴｎＳｂ”０ｐｔｉｃ
ｓ　　Ｃｏｗ＋ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　　Ｖｏｌ、３
１．＆１．Ｏｃ七、、１９７９゜ｐ１０１〜１０４参照
）が報告されている。しかし、これらの光双安定素子は
１２０°にの低温でしか動作しなかった。その後、Ｇ　
ａ　Ａ　ｓとＡ　Ｑ　Ａ　ｓによる超格子を用いた光双
安定素子が室温で動作した（Ｈ，Ｎ、Ｇｉｂｂｓ　　ｅ
七、ａｌ、”Ｒｏｏｍ　　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　
ｅｘｃｉ七ｏｎｊｃｏｐｔｉｃａｌ　　ｂｉｓｔａｂｉ
ｌｉｔｙ　　ｉｎ　　ａ　　ＧａＡｓ−ＧａＡ　Ｑ　Ａ
ｓｇｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ　　ｅｔａｌｏｎ”Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、４１（３）、ＩＡｕｇ、１
９ｇ２．ｐ２２１〜２２２参照）。このような室温にお
ける動作は、超格子構造にすることにより励起子の結合
エネルギーが増加し、その結果励起子が安定に存在する
ことによる。励起子の存在は屈折率の増加をもたらす。

第１図に示すように基板ｌの上に形成されたエタロン２
に第２図に示すように光を入射すると、入射光３と反射
光３′がエタロン２の内部で干渉する。エタロン２の厚
さを入射光の波長の整数倍にしておくと、入射光３と反
射光３′のピークが重なりエタロン内部の光量は増加す
る。このとき入射光３の量が少ない場合は励起子の量は
少なく、したがって屈折率も大きくならない。その結果
、入射光３の大部分はエタロン２を通過して、出射する
が、その出射光４の光量は当然少ない。

入射光の量が多い場合には励起子が多く励起されるため
屈折率が増加する。その結果、反射光３′の量も増加し
、それが入射光３と干渉して重なり、ますますエタロン
内の光量は増加する。したがって励起子の量もますます
増加し、屈折率も増加してエタロン内の光量は更に増加
する。すなわち入射光の量は一定でもエタロン内の光量
は入射時より増加する。この光の一部はエタロンの外に
出射するが、その光量は入射光量が少ない場合に較べて
はるかに大きい。また、この状態では入射光を減少させ
てもエタロン内の光量の減少は少なく、入射光３と出射
光３′の関係は第３図に示すごとく、いわゆる双安定性
を示す。この特性が論理機能や記憶機能と関連すること
はここで述べるまでもない。

前述のようにＧ　ａ　Ａ　ｓとＡ　Ｑ　Ａ　ｓによる超
格子が室温において光双安定性を示したが、超格子は製
造方法が複雑で、かつ高度の技術を要するという欠点が
あり、その実用化は極めて難かしいと云える。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、室温で動作し、かつ構造が簡単で製造
が容易な光双安定素子を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者は、励起子の結合エネルギー（束縛エネルギー
と呼ばれることもある）が大きいと想定され、かつ構造
が簡単な物質について光双安定性の研究を行った結果、
ＨｇＩ２．ＰｂＩ２あるいはＧ　ａ　Ｓ　ｅの薄膜結晶
で構成されたエタロンが安定な光双安定性を有すること
を見出した。これらの物質の結晶構造は層状構造で、層
間が弱いｌ／ａｎｄｅｒ　Ｗａａｌ、ｓ力で結合してい
る。このような物質は物理学的考察から励起子の結合エ
ネルギーが大きいと判断した。またこのような物質の薄
膜結晶の蒸着法などの簡単な方法で製作でき、かつ基板
の結晶性にもよらないことがわかった。

さらにこの薄膜結晶は基板面の垂直な方向がＣ軸となる
ように成長、形成されるので極めて使い易い光双安定素
子ができる。

第４図に本発明の光双安定素子の構造を示す。

基板１は光双安定素子の動作に必要な波長の光を透過す
る物質で、−例としてガラスがある。

基板１の上にＨｇＩ、、ＰｂＩ２．Ｇａ５５などの励起
子の結合エネルギーの大きい物質（以下励起子物質と記
す）の薄膜結晶１２を形成する。

第５図に示すように薄膜結晶１２のＣ軸２２は基板１の
面と垂直になり、この方向に光を入射した時に光双安定
特性が得られた。すなわち第６図に示すように光双安定
素子２１にほぼ垂直に入射光３を入射すると入射光３と
出射光４の間に第３図に示した光双安定特性が得られた
。

第７図に示すように励起子物質の薄膜結晶１２の両面に
反射率の大きい物質の薄膜５を付着すると、より少ない
光量で光双安定特性が実現した。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第８図により説明する。

純度９９．９９９％のＨｇＩ、を真空蒸着装置のボート
に入れ、ボートを８００℃に加熱してシリカガラス基板
１１上に薄膜結晶１２を形成し、光双安定素子を製作し
た。薄膜結晶１２の厚さは２．６５μｍとした。この薄
膜結晶に基板１１側から波長５３０ｎｍのレーザ光（Ｎ
、光励起色素レーザ光）をスポット径５μｍで入射した
。次に入射光の強度と出射光の関係を室温（２０℃）に
て測定したところ、第９図のように双安定特性を示した
。

ＨｇＩ２の代りに、ＰｂＩ２またはＧａＳｅの薄膜結晶
を形成させた素子によっても同様の光双安定特性が示さ
れた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、構造が極めて簡単で製造が容易な、か
つ室温で動作する光双安定素子が製作できるので、実用
的効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はエタロンの構成図、第２図は光双安定特性を説
明する図、第３図は光双安定特性の屋形図、第４図は本
発明の構成図、第５図は薄膜結晶のＣ軸を示す図、第６
図は入射光および出射光を示す図、第７図は本発明の一
実施態様図、第８図は実施例を説明する図、第９図は実
施例の光双安定特性を示す図、である。 １・・・基板、２・・・エタロン、３・・・入射光、３
′・・・反射光、４・・・出射光、５・・・反射膜、６
・・・ボート、７・・・ボート支持電極、８・・・電源
、１１・・・シリカガラス基板、１２・・・励起子物質
の薄膜結晶、２１・・・光第　１　図 第２　図 第３０ 入射光量 ％ｇ　　図 警　９　図 人力光グ煮麿（π１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励起子吸収をするＨｇＩ＿２、ＰｂＩ＿２あるいは
   ＧａＳｅのうちのいずれかをその励起子吸収波長を透過
   する基板上に膜厚が前記励起子吸収波長のほぼ整数倍と
   なるように膜形成をしたことを特徴とする光双安定素子
   。 ２、上記基板をガラスとすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光双安定素子。 ３、上記膜形成を蒸着法によつて行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光双安定素子。