JPH0786627B2 - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPH0786627B2 JPH0786627B2 JP5169387A JP5169387A JPH0786627B2 JP H0786627 B2 JPH0786627 B2 JP H0786627B2 JP 5169387 A JP5169387 A JP 5169387A JP 5169387 A JP5169387 A JP 5169387A JP H0786627 B2 JPH0786627 B2 JP H0786627B2
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Landscapes
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光の非線形現象そのものをひき起こす非線形
光学定数の実効的な改善をもたらすものであり、非線形
現象の長距離にわたる伝搬を要する分野、及び非線形現
象の相互作用長を大きくとりたい場合に特に有効となる
光ファイバや基板上に形成された薄膜状光導波路等の光
導波路に関するものである。
光学定数の実効的な改善をもたらすものであり、非線形
現象の長距離にわたる伝搬を要する分野、及び非線形現
象の相互作用長を大きくとりたい場合に特に有効となる
光ファイバや基板上に形成された薄膜状光導波路等の光
導波路に関するものである。
光ファイバ等の光導波路における光の非線形効果を実効
的に高めるためには、非線形光学定数の大きい物質を
用いる、非線形光学媒質との相互作用長を大きくす
る、光のビーム径(光と非線形光学媒質との相互作用
断面積)を小さくする、非線形光学媒質に入射する光
の強度を大きくする、等が有効である。
的に高めるためには、非線形光学定数の大きい物質を
用いる、非線形光学媒質との相互作用長を大きくす
る、光のビーム径(光と非線形光学媒質との相互作用
断面積)を小さくする、非線形光学媒質に入射する光
の強度を大きくする、等が有効である。
従来、非線形光学媒質には、前記の非線形光学定数そ
のものが大きいGe,Si,GaAs,InSb,InAs,CdS,DdSe,HgCdT
e,CdSSe等の半導体をドープしたガラス板が、,の
例としては、コア径が小さく長距離導波が可能な通常の
単一モード光ファイバが、それぞれの大出力レーザ
(YAG,Ar,Kr,色素レーザ等)とともに用いられていた。
最近では、前記〜を同時に満たす媒質として、ファ
イバラマンレーザに代表されるような光アクティブ線路
の分野で、Nd3+,Er3+等のイオンをドープした光ファイ
バが試作されはじめている。ところが、では非線形光
学定数が大きいものの(バンドギャップエネルギー値近
傍の波長で、x(3)〜10-9MKSに及ぶものすら存在す
る)、光の損失が大きく、相互作用長を大きくすること
はできない。光ファイバについては、例えば1.5μm帯
において−0.2dB/Kmのものが実現されており、この点有
利であるが、x(3)〜1033MKSと極端に小さい非線形光学
定数を有しているにすぎない。このため前述のNd3+,Er
3+をドープすることが考案されたが、残念なことには、
これらには光ファイバの最小損失波長域(1.3μm、1.5
μm帯)におけるドープイオンのかなり大きな吸収が存
在しており、これが大きな損失となる。したがって、こ
のような光ファイバを用いて、非線形現象の相互作用
長、伝搬長を大きくすることは事実上不可能である。
のものが大きいGe,Si,GaAs,InSb,InAs,CdS,DdSe,HgCdT
e,CdSSe等の半導体をドープしたガラス板が、,の
例としては、コア径が小さく長距離導波が可能な通常の
単一モード光ファイバが、それぞれの大出力レーザ
(YAG,Ar,Kr,色素レーザ等)とともに用いられていた。
最近では、前記〜を同時に満たす媒質として、ファ
イバラマンレーザに代表されるような光アクティブ線路
の分野で、Nd3+,Er3+等のイオンをドープした光ファイ
バが試作されはじめている。ところが、では非線形光
学定数が大きいものの(バンドギャップエネルギー値近
傍の波長で、x(3)〜10-9MKSに及ぶものすら存在す
る)、光の損失が大きく、相互作用長を大きくすること
はできない。光ファイバについては、例えば1.5μm帯
において−0.2dB/Kmのものが実現されており、この点有
利であるが、x(3)〜1033MKSと極端に小さい非線形光学
定数を有しているにすぎない。このため前述のNd3+,Er
3+をドープすることが考案されたが、残念なことには、
これらには光ファイバの最小損失波長域(1.3μm、1.5
μm帯)におけるドープイオンのかなり大きな吸収が存
在しており、これが大きな損失となる。したがって、こ
のような光ファイバを用いて、非線形現象の相互作用
長、伝搬長を大きくすることは事実上不可能である。
本発明の目的は、前記従来の問題点を改善することにあ
り、損失を伴わない状態で非線形光学定数の増大を図
り、従来の非線形光学媒質と比較して、相互作用長、伝
盤長を大幅に大きくすることが可能な光ファイバ等の光
導波路を実現することである。
り、損失を伴わない状態で非線形光学定数の増大を図
り、従来の非線形光学媒質と比較して、相互作用長、伝
盤長を大幅に大きくすることが可能な光ファイバ等の光
導波路を実現することである。
一般にエネルギー準位に共鳴する波長付近では、比較的
大きな非線形光学定数が得られることが知られている。
なお、ここで言うエネルギー準位とは、原子、イオンの
遷移レベルのことを指すが、半導体の場合には、バンド
ギャップに相当することになる。また、励起子準位、不
純物準位もこれに当たる。
大きな非線形光学定数が得られることが知られている。
なお、ここで言うエネルギー準位とは、原子、イオンの
遷移レベルのことを指すが、半導体の場合には、バンド
ギャップに相当することになる。また、励起子準位、不
純物準位もこれに当たる。
しかし、このエネルギー準位間の遷移が吸収に寄与する
場合には、光強度に対して損失として作用する。このた
め、例えば100m〜10Kmという長距離にわたる非線形効果
を観測したい場合や、相互作用長を大きくとりたい場合
には、吸収を可能な限り小さくしなければならないとい
う必然性がでてくる。
場合には、光強度に対して損失として作用する。このた
め、例えば100m〜10Kmという長距離にわたる非線形効果
を観測したい場合や、相互作用長を大きくとりたい場合
には、吸収を可能な限り小さくしなければならないとい
う必然性がでてくる。
本発明は従来のものと異なり、使用する光の波長域で線
形吸収による損失増加を伴うことなく非線形光学定数の
増大をもたらすものである。特に光ファイバの最小損失
波長域(1.3μm,1.5μm帯)においても後述の実施例の
ように上記光ファイバが実現できる。
形吸収による損失増加を伴うことなく非線形光学定数の
増大をもたらすものである。特に光ファイバの最小損失
波長域(1.3μm,1.5μm帯)においても後述の実施例の
ように上記光ファイバが実現できる。
第1図に1光子過程を伴わない2光子過程のダイヤグラ
ムを示す。ω1,ω2の2つの光子がωω1+ω2とな
るωとほぼ共鳴状態となっている場合を第1−(a)図
に、ω2ω1となっている場合を第1−(b)図にそ
れぞれ示す。半導体においてバンドギャップEgがhωに
相当する。なお、ここで言う共鳴状態とは、光子のエネ
ルギーが例えば半導体のバンドギャップエネルギーに一
致するために光が吸収される状態にあることを言う。こ
の図ではω1,ω2の1光子過程による吸収レベルが存在
しないため、ファイバ中で過剰損失を受けることなく、
2光子過程による非線形光学定数の強調が実現される。
励起子・不純物準位をこの2光子過程のレベルとして用
いる場合には、hωがこの励起子準位・不純物準位に相
当することになる。第2図に、バンドギャップ、励起子
準位の一例を示す。
ムを示す。ω1,ω2の2つの光子がωω1+ω2とな
るωとほぼ共鳴状態となっている場合を第1−(a)図
に、ω2ω1となっている場合を第1−(b)図にそ
れぞれ示す。半導体においてバンドギャップEgがhωに
相当する。なお、ここで言う共鳴状態とは、光子のエネ
ルギーが例えば半導体のバンドギャップエネルギーに一
致するために光が吸収される状態にあることを言う。こ
の図ではω1,ω2の1光子過程による吸収レベルが存在
しないため、ファイバ中で過剰損失を受けることなく、
2光子過程による非線形光学定数の強調が実現される。
励起子・不純物準位をこの2光子過程のレベルとして用
いる場合には、hωがこの励起子準位・不純物準位に相
当することになる。第2図に、バンドギャップ、励起子
準位の一例を示す。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕 比較的x(3)の大きい非線形光学媒質として、半導体微粒
子を光ファイバのコアにドープする。これは1光子過程
における共鳴波長では吸収損失がかなり大きい。(この
ため、典型的な例としては、2〜3mmの長さで、60%透
過となる。)第2図に半導体および金属酸化物のバンド
ギャップと励起子準位の一例が示されている。これらは
光ファイバの低損失波長域(1.0〜1.6μm帯)において
は透過性を示すが、ωω1+ω2となるωに当たる0.
5〜0.8μm帯にバンドギャップ、あるいは、励起子準位
を有している。このため、光ファイバの低損失波長域
で、1光子過程による損失としての吸収を受けることな
く2光子過程による非線形光学定数の強調が行なわれる
ことになる。
子を光ファイバのコアにドープする。これは1光子過程
における共鳴波長では吸収損失がかなり大きい。(この
ため、典型的な例としては、2〜3mmの長さで、60%透
過となる。)第2図に半導体および金属酸化物のバンド
ギャップと励起子準位の一例が示されている。これらは
光ファイバの低損失波長域(1.0〜1.6μm帯)において
は透過性を示すが、ωω1+ω2となるωに当たる0.
5〜0.8μm帯にバンドギャップ、あるいは、励起子準位
を有している。このため、光ファイバの低損失波長域
で、1光子過程による損失としての吸収を受けることな
く2光子過程による非線形光学定数の強調が行なわれる
ことになる。
具体的には、CdS、CdSeの混晶であるCdSxSe1-xがあげら
れる。これは、S,Seの組成比(x)を調節することによ
りCdS,CdSeのバンドギャップの間の任意のエネルギー値
にCdSxSe1-xのバンドギャップ値を設定できる半導体で
あり、60%透過の1光子過程でx(3)は10-16〜10-17KMS
に達する。これを光ファイバにドープすると、低損失波
長域(0.8μm〜1.5μm帯)で1光子過程に起因する損
失を伴なうことなく2光子過程によるx(3)の増強が実現
できる。
れる。これは、S,Seの組成比(x)を調節することによ
りCdS,CdSeのバンドギャップの間の任意のエネルギー値
にCdSxSe1-xのバンドギャップ値を設定できる半導体で
あり、60%透過の1光子過程でx(3)は10-16〜10-17KMS
に達する。これを光ファイバにドープすると、低損失波
長域(0.8μm〜1.5μm帯)で1光子過程に起因する損
失を伴なうことなく2光子過程によるx(3)の増強が実現
できる。
〔実施例2〕 2光子過程に用いるエネルギー準位を励起子準位、不純
物準位に設定することも可能であるが、ここでは励起子
準位の例を示す。前述のように非線形光学媒質として、
1光子過程の励起子吸収のピークにほぼ共鳴する状態で
これらを使用すると、大きい吸収損失を招く。この励起
子に対し、1光子過程で非共鳴であり、2光子過程でほ
ぼ共鳴るように光の波長を設定すると、吸収損失のない
非線形光学定数の大きい媒質が実現できる。これは2光
子過程での共鳴によりx(3)が増強されるためである。例
えば、第2図に示したように、CdS,CdSeは2.54eV、1.82
eV付近に、CdSxSe1-xはこの間の2.04〜2.09eV付近に、
それぞれ励起子吸収のピークを有している。CdSでは1.3
μmYAGレーザと0.77μmの半導体レーザというように、
2個の光子のエネルギー和が第1−(a)図のように、
この励起子吸収のピーク付近にくるように設定できるの
で、上述の条件を満たすことができる。また、CdS,CdS
e,CuCl,CuBrでは、2個の励起子が互いに束縛し合って
励起子分子を構成するので、大きな非線形光学定数が得
られる。これは、1個の光子が励起子吸収のピークと非
共鳴であっても、第1−(b)図のように、2個の光子
が、励起子分子のレベルとほぼ共鳴する状態が作り出
せ、非線形定数の増強が起こるためである。この励起子
分子には大きな電子軌道が存在するので、巨大振動子効
果が起こり、特に大きな非線形光学定数が得られる。フ
ァイバの低損失波長域で、この効果を利用するにはGaA
s,InP,CdTe,CdSe等の利用が有効である。
物準位に設定することも可能であるが、ここでは励起子
準位の例を示す。前述のように非線形光学媒質として、
1光子過程の励起子吸収のピークにほぼ共鳴する状態で
これらを使用すると、大きい吸収損失を招く。この励起
子に対し、1光子過程で非共鳴であり、2光子過程でほ
ぼ共鳴るように光の波長を設定すると、吸収損失のない
非線形光学定数の大きい媒質が実現できる。これは2光
子過程での共鳴によりx(3)が増強されるためである。例
えば、第2図に示したように、CdS,CdSeは2.54eV、1.82
eV付近に、CdSxSe1-xはこの間の2.04〜2.09eV付近に、
それぞれ励起子吸収のピークを有している。CdSでは1.3
μmYAGレーザと0.77μmの半導体レーザというように、
2個の光子のエネルギー和が第1−(a)図のように、
この励起子吸収のピーク付近にくるように設定できるの
で、上述の条件を満たすことができる。また、CdS,CdS
e,CuCl,CuBrでは、2個の励起子が互いに束縛し合って
励起子分子を構成するので、大きな非線形光学定数が得
られる。これは、1個の光子が励起子吸収のピークと非
共鳴であっても、第1−(b)図のように、2個の光子
が、励起子分子のレベルとほぼ共鳴する状態が作り出
せ、非線形定数の増強が起こるためである。この励起子
分子には大きな電子軌道が存在するので、巨大振動子効
果が起こり、特に大きな非線形光学定数が得られる。フ
ァイバの低損失波長域で、この効果を利用するにはGaA
s,InP,CdTe,CdSe等の利用が有効である。
ドープする結晶の寸法が100Å程度以下(微粒子)の場
合、量子サイズ効果によって電子の束縛エネルギーが大
きくなり、室温状態でも励起子吸収のピークが観測でき
ることがわかっており、これに対しても2光子遷移の利
用により、良質な非線形光学媒質が、実現できる。さら
に、ドープ粒子の寸法を制御することにより、励起子吸
収のエネルギー値を制御することができる。
合、量子サイズ効果によって電子の束縛エネルギーが大
きくなり、室温状態でも励起子吸収のピークが観測でき
ることがわかっており、これに対しても2光子遷移の利
用により、良質な非線形光学媒質が、実現できる。さら
に、ドープ粒子の寸法を制御することにより、励起子吸
収のエネルギー値を制御することができる。
以上説明したように、本発明によれば、所望の光の波長
域で、特に光ファイバの最小損失波長域である1.3μm,
1.5μm帯で過剰損失がなく、非線形効果の大きい光フ
ァイバが実現できる。このため、本発明は、ソリトンレ
ーザ、ソリトン伝送、光パルス圧縮、光子数の非破壊測
定、光子数状態無歪伝送等の非線形光学現象の長距離に
わたる伝搬を要する分野、相互作用長を長くする必要の
ある分野、損失が特性劣化に大きな影響を及ぼすような
分野に大きな貢献を果たすものである。
域で、特に光ファイバの最小損失波長域である1.3μm,
1.5μm帯で過剰損失がなく、非線形効果の大きい光フ
ァイバが実現できる。このため、本発明は、ソリトンレ
ーザ、ソリトン伝送、光パルス圧縮、光子数の非破壊測
定、光子数状態無歪伝送等の非線形光学現象の長距離に
わたる伝搬を要する分野、相互作用長を長くする必要の
ある分野、損失が特性劣化に大きな影響を及ぼすような
分野に大きな貢献を果たすものである。
第1−(a)図はω1≠ω2でωω1+ω2の2光子
過程のダイヤグラム、第1−(b)図はω1=ω2でω
2ω1のダイヤグラム、第2図は半導体、金属酸化物
のバンドギャップ、及び励起子準位を示す図である。
過程のダイヤグラム、第1−(b)図はω1=ω2でω
2ω1のダイヤグラム、第2図は半導体、金属酸化物
のバンドギャップ、及び励起子準位を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】少なくとも光導波路のコアに、使用する光
の波長で1光子吸収が起こらず、2光子以上の多光子共
鳴がバンドギャップエネルギー値の近傍、あるいは励起
子吸収エネルギー値の近傍で起こるような半導体あるい
は金属酸化物の微粒子がドープされていることを特徴と
する光導波路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5169387A JPH0786627B2 (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5169387A JPH0786627B2 (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 光導波路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63218928A JPS63218928A (ja) | 1988-09-12 |
JPH0786627B2 true JPH0786627B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=12893980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5169387A Expired - Lifetime JPH0786627B2 (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 光導波路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0786627B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2689982B1 (fr) * | 1992-04-13 | 1994-06-03 | Alcatel Nv | Amplificateur optique a fibre et systeme optique comportant cet amplificateur. |
JPH0855810A (ja) * | 1994-08-16 | 1996-02-27 | Nec Kyushu Ltd | 拡散炉 |
US7381516B2 (en) * | 2002-10-02 | 2008-06-03 | 3M Innovative Properties Company | Multiphoton photosensitization system |
US7005229B2 (en) * | 2002-10-02 | 2006-02-28 | 3M Innovative Properties Company | Multiphoton photosensitization method |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59133530A (ja) * | 1983-01-20 | 1984-07-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 導波形非線形光学素子およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-03-06 JP JP5169387A patent/JPH0786627B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63218928A (ja) | 1988-09-12 |
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