JPH08328063A

JPH08328063A - ３次非線形光学デバイス

Info

Publication number: JPH08328063A
Application number: JP7132175A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kondo; 裕己近藤; Naoki Sugimoto; 直樹杉本; Tsuneo Manabe; 恒夫真鍋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【構成】縮退４光波混合法による３次非線形感受率（χ
⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上となる波長範囲の光を制御光
１７とし、制御光１７により、屈折率変化を誘起し、吸
収係数が５０ｃｍ^-1以下の、制御光１７より長波長側の
波長の信号光１６の光路を切り替えるとともに、信号光
１６の振動数ν_s は共鳴エネルギーＥ_X に対してｈν_s
＜Ｅ_x ／２（ｈはプランク定数）とする。【効果】効率的なスイッチングができ、信号光の減衰が
少ない３次非線形光学デバイスが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理に
おいて、光による光の変調やスイッチングなどを可能に
する３次非線形光学デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信、光情報処理において、情報など
の信号を光によって運ぶためには、変調やスイッチング
など、光制御を行う必要がある。現在、このような光制
御は、電気信号によって行う電気−光制御方法が用いら
れている。この電気−光制御方法は、電気回路のような
ＣＲ時定数による帯域制限を受けたり、また、素子自体
の応答速度や電気信号と信号光（被制御光）との間の速
度の不釣り合いなどによって処理速度が限定されたりし
て、光の利点である高帯域性、高速性を十分に利用でき
ていない。

【０００３】こうした難題を解決し、光の高帯域性や高
速性を十分に活かすためには、光信号によって光信号を
制御する光−光制御技術が開発される必要がある。

【０００４】光通信、光交換、光コンピュータ、光イン
ターコネクションなど光情報処理機器において、光を光
で制御できる材料である３次非線形光学材料は、光スイ
ッチなどとして利用される。これは、光によって、光学
的性質（屈折率、吸収係数など）が変化する特性を利用
する。信号光（被制御光）をスイッチングする場合に
は、制御光を材料中に入射することにより光学的性質
（屈折率、吸収係数など）を変化させる。

【０００５】この光スイッチングに必要な光学的性質の
変化は、一般的に、３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）、スイ
ッチング素子の相互作用長、制御光の強度に依存し、３
次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が大きいほど、スイッチング
素子の相互作用長が長いほど、また制御光の強度が強い
ほど、光学的性質の変化量は大きい。

【０００６】一方、光−光制御の高速性を十分に活かす
ためには、緩和時間τが十分に小さい必要がある。緩和
時間τが大きいと、系全体が、回復するために時間がか
かりすぎて、結局、高速のスイッチが行えない。

【０００７】従来知られる３次非線形光学材料のうち、
カルコゲナイドガラスや石英ガラスなどの非共鳴材料は
緩和時間が小さく、その点で高速のスイッチングを行う
ために有利であるといえる。これは、光の吸収係数が１
０ｃｍ^-1以下と非常に小さく、かつ吸収係数に波長依存
性はほとんどないため、その点でも有利である。

【０００８】しかし、これらの材料においては、３次非
線形感受率が１０^-11 ｅｓｕ（静電単位）より小さくな
るため、デバイスとしては、前述のように、相互作用長
を長くするか、制御光強度を上げることによりスイッチ
ングを行う必要がある。相互作用長を長くすることは、
素子長が長くなることにつながり、素子が大きくなると
いう問題がある。また、制御光の強度を強くするために
は、現在の半導体レーザの開発状況に依存する点が多
く、すぐに解決できる問題ではない。

【０００９】また、従来知られている３次非線形光学材
料の無機超格子薄膜、有機超格子薄膜などの共鳴材料
は、３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-2ｅｓｕ程度に
なり、非常に高い材料として知られている。しかし、緩
和時間τが前記の非共鳴材料の１万倍以上も大きいた
め、高速のスイッチングを行うためにはデバイスに特別
な工夫が必要になる。

【００１０】一方、３次非線形光学材料としては、微粒
子分散材料も知られている。これは、緩和時間が非共鳴
材料よりはやや大きいが、無機超格子薄膜、有機超格子
薄膜に比べると、非常に小さく、その意味で、高速のス
イッチングを行うデバイス用途として有望である。

【００１１】しかし、３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）は波
長依存性を有し、最大で１０^-6ｅｓｕ程度である。この
最大値は、実用上十分にコンパクトな、相互作用長１ｍ
ｍ程度の素子を実現するために十分な大きさを持つが、
その波長依存性のため、実用できる波長は限られる。

【００１２】一方、光の吸収係数も波長依存性を有す
る。この波長依存性とは、吸収係数が大きい波長におい
て３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が非常に高くなり、逆
に、吸収係数が小さい波長では３次非線形感受率も低く
なるということである。

【００１３】つまり、３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が非
常に高くなる波長の光を用いて、光スイッチングを行う
と、その波長における吸収係数が大きいために、光スイ
ッチング素子中を光が通過してくる間に光の強度が減衰
し、スイッチングされて素子中から出射されてくる光の
強度が非常に弱くなるという問題がある。また、逆に吸
収係数が小さい波長では３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）も
低くなり、十分にスイッチングさせられないという問題
がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微粒
子分散材料は３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が高いが、こ
の特性を発現させる波長において吸収係数も大きくなる
ため、このような材料を用いて光スイッチング素子を作
製し３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が高い波長の光を用い
て光スイッチングを行う場合、素子の中を通過してくる
間に光が減衰して出射時には光の強度が非常に弱くなる
という前記課題を解消するにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、屈折率が入射
光強度によって変化する３次非線形光学材料である微粒
子分散材料からなる光導波領域を具備し、縮退４光波混
合法による３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ
（静電単位）以上となる波長範囲の光を制御光とし、こ
の制御光により、前記屈折率変化を誘起し、吸収係数が
５０ｃｍ^-1以下の、前記制御光より長波長側の波長の信
号光の光路を切り替えるとともに、信号光の振動数ν_s
は光導波領域の共鳴エネルギーＥ_X に対してｈν_s ＜Ｅ
_x ／２（ｈはプランク定数）となっていることを特徴と
する３次非線形光学デバイスを提供する。

【００１６】３次非線形光学材料の種類としては、微粒
子分散材料、無機化合物超格子薄膜、有機化合物超格子
薄膜、有機系材料などがあるが、本発明では前述の目的
で、微粒子分散材料を用いる。

【００１７】この材料は共鳴エネルギーＥ_X を比較的大
きくできるため、信号光の振動数ν_s を光導波領域の共
鳴エネルギーＥ_X に対してｈν_s ＜Ｅ_x ／２とするため
に望ましい。

【００１８】微粒子分散材料の微粒子の種類としては、
半導体微粒子、金属微粒子などがある。半導体微粒子を
形成する半導体の種類としては、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒな
どの１−７族化合物半導体、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴ
ｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅなどの２−
６族化合物半導体、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳ
ｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂなどの３−５族化合物
半導体、Ｓｉ、Ｇｅなどの４族半導体、またはこれらの
混合物がある。また、金属微粒子の金属の種類として
は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈなどがある。

【００１９】種々の微粒子を分散させるための媒質とし
ては、半導体または金属を微粒子として分散させること
ができ、制御光、信号光（被制御光）とする光の波長に
対して吸収係数が小さい媒質であれば何でもよいが、耐
久性、安定性、取り扱いやすさの面でガラス、ポリマー
などが優れる。特に、ガラスは耐レーザ光性、耐候性、
耐久性などに優れるため好ましい。

【００２０】ガラス組成は、微粒子が分散しやすいよう
に変化させればよく、特に限定されない。ポリマーの種
類についても微粒子が分散しやすいように変化させれば
よく、特に限定はされない。

【００２１】媒質中に分散している微粒子の大きさは、
１〜１００ｎｍ、特には１〜５０ｎｍ、であることが望
ましい。微粒子の大きさが１００ｎｍを超えると、制御
光、信号光の光が微粒子による散乱のために失われ、光
スイッチングを有効に行えなくなるおそれがある。ま
た、微粒子の大きさが１ｎｍ未満であると、量子閉じ込
めが起こらず、非線形性が発現しないおそれがある。

【００２２】微粒子分散媒質材料の作製方法には、溶融
析出法、多孔質ガラスへの含浸法、スパッタリング法な
どがある。溶融析出法は、微粒子構成成分およびマトリ
クスガラス成分を含有した原料を溶融急冷しガラス化
し、その後、ガラス転移温度以上の温度で適当な時間保
持することによりガラス中に微粒子を析出させる方法で
ある。多孔質ガラスへの含浸法は、多孔質ガラス中へ微
粒子分散材料を含浸させた後、無孔化処理を行うことに
より微粒子分散ガラスを得る方法である。スパッタリン
グ法は、微粒子分散材料とガラス成分とをターゲットと
してスパッタリングし、微粒子分散ガラスを得る方法で
ある。

【００２３】光導波領域の形態としては、光ファイバ、
ガラス基板に導波路を組み込んだガラス素子など、光を
失わずに伝搬させる構造を持っていればよい。

【００２４】次に、本発明において、光スイッチングを
行う原理について述べる。

【００２５】材料中に、電子を励起状態に励起させるた
めの光を入射すると、材料がその光のエネルギーを吸収
し励起状態に電子が励起される。この、電子を励起状態
に励起させるための光を励起光と呼ぶ。励起光の強度が
強い場合、励起状態の電子密度が増大する。すると、吸
収が飽和を起こして吸収係数が減少する。

【００２６】この吸収係数が光の強度によって変化する
ことにより３次の非線形光学効果が現われる。吸収スペ
クトルは一般に連続的であるから、吸収スペクトルの飽
和はスペクトルの高エネルギー側へのシフト（ブルーシ
フト）と考えられる。吸収スペクトルのシフトに伴って
屈折率スペクトルも高エネルギー側へシフトするから、
結果的に屈折率変化がもたらされる。

【００２７】光励起によって生ずる３次の非線形光学効
果による材料の屈折率変化は、非線形屈折率ｎ₂ を用い
て数１のように表される。ただし、数１において、ｎ₀
は線形の屈折率、Ｉは光強度で、ｎ₂ Ｉは屈折率変化量
を示す。

【００２８】

【数１】

【００２９】スイッチングを起こすための制御光には、
材料をコンパクト（おおよそ１ｍｍ以下）にするため、
縮退４光波混合法により評価した材料の３次非線形感受
率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上となる波長の光を用い
る。この波長の光によって屈折率変化を起こす。一方
で、光スイッチングされる信号光（被制御光）の波長
は、制御光の波長より長波長側の吸収係数が５０ｃｍ^-1
以下となる波長の光を用いる。このように制御光の波長
と信号光（被制御光）の波長を異なる波長にすることに
より、光スイッチングが行えると同時にスイッチングさ
れて出射されてくる信号光の強度をほとんど減衰させず
に出力させることが可能となる。

【００３０】本発明においては、信号光の振動数ν_s は
共鳴エネルギーＥ_X に対してｈν_s＜Ｅ_x ／２となって
いることも重要である。つまり、本発明のように、吸収
が非常に小さい領域で信号光を用いる場合には、２光子
吸収が無視できない。用途によってはスイッチングは膨
大な回数行われることになるため、わずかな吸収であっ
ても実用上は大きな問題となる。上記条件の採用によっ
てこのような吸収を回避し、より効率の高い光スイッチ
ングを実現できる。

【００３１】微粒子分散材料は、デバイスの共鳴エネル
ギーＥ_X を比較的大きくできるため、ｈν_s ＜Ｅ_x ／２
とすることが比較的容易であり、その点で、非常に優れ
た材料である。すなわち、本発明の３次非線形光学デバ
イスは、構造に加えて、デバイスに用いる微粒子分散型
３次非線形光学デバイスの特性があいまって、高速、低
吸収という非常に優れた光スイッチング機能を発現せし
める。

【００３２】光スイッチングデバイスの形態としては、
光カーシャッタ形、マッハツェンダ干渉計形、方向性結
合形、プリズム結合形、グレーティング結合形、非線形
エタロン形などがある。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）図２に本実施例の３次非線形光学デバイス
で用いる非線形光導波路の構造を示す。これは導波路構
造の断面の模式図である。この非線形光導波路は、Ｃｕ
Ｃｌ微粒子分散ガラスからなる径が５０μｍのコア２１
と、コア２１を被覆する径が１２５μｍのガラス層から
なるクラッド２２からなり、光ファイバの形態を採って
いる。

【００３４】コア２１を構成しているＣｕＣｌ微粒子分
散ガラスのマトリクスガラス組成はソーダホウケイ酸ガ
ラス（Ｎａ₂ Ｏ・Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ ）であり、クラッ
ド２２を構成しているガラス組成も、前述のコア同様ソ
ーダホウケイ酸ガラスである。光導波路中を光が伝搬す
るためには、コアの屈折率をクラッドの屈折率よりも高
くしなければならない。そのため、コアのソーダホウケ
イ酸ガラスには、屈折率を高くするためにＺｒＯ₂ を添
加してある。また、この導波路の、光の伝搬方向の長さ
は３００μｍである。

【００３５】このようなコア−クラッド構造をもつ光導
波路である光ファイバを作製するために、コア用の原料
とクラッド用の原料を用意し、従来技術である二重るつ
ぼ法により製造した。コア部分にＣｕＣｌ微粒子を析出
させるために、二重るつぼ法により作製したファイバを
熱処理した。この熱処理によってコア部分に析出したＣ
ｕＣｌ微粒子の平均粒径は、ＴＥＭ観察の結果８ｎｍで
あった。また、この光導波路の共鳴エネルギーＥ_x は
３．２３ｅＶであった。

【００３６】図１は、図２の非線形光導波路を用いた本
発明の３次非線形光学デバイスの１実施例であり、マッ
ハツェンダ干渉計を応用した光−光制御の模式的な構成
図である。同図において入射口１６より波長１．５５μ
ｍの信号光（被制御光）が入射される。波長１．５５μ
ｍの光は０．８０ｅＶのエネルギーを有する。用いてい
るＣｕＣｌ微粒子分散ガラスは、１．５５μｍの波長の
光に対して吸収係数は１０ｃｍ^-1である。

【００３７】ビームスプリッタ１１によって、１．５５
μｍの波長の光は透過光と反射光が１：１に分波され
る。これによって入射光１６より入射されたビームは、
２つの光路に分けられる。

【００３８】２つの光路に分けられた一方は、光路Ａを
通り、全反射ミラー１２によって全反射されビームスプ
リッタ１３に入射する。他方のビームは、光路Ｂを通
り、誘電体多層膜ミラー１４で反射される。この誘電体
多層膜ミラー１４は、１．５５μｍの波長の光に対して
は全反射する設計になっている。さらにビームは、誘電
体多層膜ミラーで反射された後、本発明の３次非線形光
学材料であるＣｕＣｌ微粒子分散ガラスからなる非線形
光導波路１５に入射し、ビームスプリッタ１３において
前記ビームと合波される。

【００３９】合波されたビームの出力方向は、合波され
る２つのビームの相対的位相差によって出射口１８また
は１９に制御されて出力される。信号光（被制御光）の
出力方向を制御する、すなわち、２つのビームの相対的
位相差を引き起こす方法は、非線形光導波路中に、屈折
率変化を起こさせる制御光を入射させるかさせないかに
よって行う。

【００４０】光路Ａと光路Ｂの光路長（光路の構成成分
それぞれについて、実際の距離と光路の構成成分の屈折
率とをかけた数値を合計した値）を同一に設定しておく
と、信号光（被制御光）がビームスプリッタ１３を経由
後、１つに合波されたビームは、干渉の結果出射口１８
の方向に強め合い出力される。一方、出射口１９の方向
のビームは、干渉の結果弱め合い出力されない。したが
って、光路Ａと光路Ｂの光路長が同一の場合、信号光
（被制御光）は出射口１８の方向に出射される。

【００４１】制御光を入射し非線形光導波路中に屈折率
変化を起こさせ、３次非線形光学材料の挿入された部分
の光路長が、信号光波長の半波長分だけ変化した場合、
ビームスプリッタ１３における干渉状態が逆転し、１つ
に合波されたビームは、干渉の結果出射口１９の方向に
強め合い出力される。一方、出射口１８の方向のビーム
は、干渉の結果弱め合い出力されない。

【００４２】したがって、制御光を入射することにより
光路Ａと光路Ｂの光路長を信号光（被制御光）の半波長
分だけずらすことができ、すなわち、相対的位相差を誘
起でき、信号光（被制御光）は出射口１９の方向に出射
され、出射口を１８から１９に変更できる。

【００４３】この制御光を非線形光導波中に入射させる
方法は、入射口１７を用意することにより行う。制御光
の波長には、縮退４光波混合法により評価した材料の３
次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上となる波
長の光を用いる。本実施例の場合、非線形光導波路にＣ
ｕＣｌ微粒子分散ガラスを用いており、縮退４光波混合
法により評価した３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8
ｅｓｕ以上となる波長範囲は３８７〜３８３ｎｍであ
る。そこで制御光の波長は３８５ｎｍとした。

【００４４】このとき、縮退４光波混合法により評価し
た３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）は２×１０^-6ｅｓｕであ
り、また、３８５ｎｍの波長の光に対する吸収係数は、
４００ｃｍ^-1であった。

【００４５】入射口１７から入射された３８５ｎｍの波
長の制御光は、誘電体多層膜ミラー１４を経由して非線
形光導波路に入射される。誘電体多層膜ミラー１４は、
３８５ｎｍの波長の光に対して反射率が０になるように
設計してある。

【００４６】こうすることにより、非線形光導波路中
に、吸収係数が５０ｃｍ^-1以下である１．５５μｍの波
長の光と、縮退４光波混合法により評価した３次非線形
感受率（χ⁽³⁾ ）が２×１０^-6ｅｓｕとなる３８５ｎｍ
の波長の光を共存させることができ、縮退４光波混合法
による３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上
となる波長範囲内の３８５ｎｍの波長の光を制御光と
し、この制御光により、非線形光導波路中に屈折率変化
を起こさせ、１．５５μｍの波長の信号光（被制御光）
の光路を切り替えることが可能となる。

【００４７】（実施例２）図３に、本実施例の３次非線
形光学デバイスで用いる非線形光導波路の構造を示す。
これは導波路構造の模式図である。この非線形光導波路
の構造は、ガラス基板３２に、光が失われずに伝達され
る働きをする導波路部３１を組み込んだ構造である。

【００４８】ガラス基板３２を構成しているガラス組成
は、石英ガラスである。導波路部３１はＣｕ微粒子分散
ガラスからなり、１０μｍの幅で５μｍの厚さである。
導波路部３１を構成しているＣｕ微粒子分散ガラスのマ
トリクスガラス組成は前述のガラス基板同様石英ガラス
であるが、光導波路中を光が伝搬するためには、導波路
部の屈折率をガラス基板の屈折率よりも高くしなければ
ならない。

【００４９】石英ガラスの場合、ＧｅＯ₂ の添加により
屈折率を高くできる。このため、石英ガラスにＧｅＯ₂
を添加して導波路部の屈折率をガラス基板の屈折率より
高くした。また、この導波路の、光の伝搬方向の長さは
５００μｍである。

【００５０】このようなガラス基板に、光が失われずに
伝達される働きをする導波路部を組み込んだ構造をもつ
光導波路を作製するために、まず、ガラス基板を、エッ
チングにより幅が１０μｍ、深さが５μｍの溝ができる
ように加工した。次に、非線形光導波路部の組成のガラ
スを厚さが５μｍになるようにスパッタリングにより前
記溝部分に成膜した。

【００５１】導波路部分にＣｕ微粒子を析出させるため
に、ガラス基板および導波路部分を熱処理した。この熱
処理によって導波路部分に析出したＣｕ微粒子の平均粒
径は、ＴＥＭ観察の結果４５ｎｍであった。また、この
光導波路の共鳴エネルギーＥ_x は２．１４ｅＶであっ
た。

【００５２】図３の非線形光学材料を用いたデバイスと
しては、図１に示したマッハツェンダ干渉計を応用した
光−光制御を採用した。実施例１と同様に信号光として
波長１．５５μｍの光を用いる。非線形材料として用い
ているＣｕ微粒子分散ガラスは、１．５５μｍの波長の
光に対して吸収係数は１０ｃｍ^-1である。

【００５３】制御光の波長には、実施例１と同様に、縮
退４光波混合法により評価した材料の３次非線形感受率
（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上となる波長の光を用い
る。本実施例の場合、非線形光導波路にＣｕ微粒子分散
ガラスを用いており、縮退４光波混合法により評価した
３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上となる
波長範囲は５８５〜５７５ｎｍである。そこで制御光の
波長は５８０ｎｍとした。このとき、縮退４光波混合法
により評価した３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）は４×１０
^-7ｅｓｕであり、また、５８０ｎｍの波長の光に対する
吸収係数は、２０００ｃｍ^-1であった。

【００５４】本実施例によっても、吸収の少ない信号光
の切り替えを行うことができた。

【００５５】（実施例３）本実施例の３次非線形光学デ
バイスで用いる非線形光導波路の構造は図２に示す構造
と同様の構造をしており、同様の製法で製造される。た
だし、この非線形光導波路は、Ａｕ微粒子分散ガラスか
らなり、また、この導波路の、光の伝搬方向の長さは1
ｍｍであり、コア部分に析出したＡｕ微粒子の平均粒径
は、ＴＥＭ観察の結果８０ｎｍであった。この光導波路
の共鳴エネルギーＥ_x は２．３２ｅＶであった。

【００５６】図４は、本発明の３次非線形光学デバイス
の別の実施例であり、光−光制御の模式的な構成図であ
る。同図において入射口４５より縦偏光の波長１．５５
μｍの信号光（被制御光）が入射される。用いているＡ
ｕ微粒子分散ガラスは、１．５５μｍの波長の光に対し
て吸収係数は１ｃｍ^-1である。誘電体多層膜ミラー４２
を経由して信号光は、本発明の３次非線形光学材料であ
るＡｕ微粒子分散ガラスからなる非線形光導波路４４中
に入射される。

【００５７】この誘電体多層膜ミラー４２は、１．５５
μｍの波長の光に対しては全透過する設計になってい
る。ここで、Ａｕ微粒子分散ガラスに入射する前に縦偏
光のみ透過させる偏光子４１を設置し、導波路出口には
横偏光のみ透過させる検光子４３を設置することにより
縦偏光の光は検光子を通過できず、出力光出射口４７で
は検出されない。

【００５８】制御光を入射し、非線形光導波路中に屈折
率変化を起こさせると、屈折率に異方性が誘起され、偏
光面が回転される。偏光面の回転を引き起こす方法は、
非線形光導波路中に、屈折率変化を起こさせる制御光を
入射させるかさせないかによって行う。

【００５９】この制御光を非線形光導波中に入射させる
方法は、入射口４６を用意することにより行う。制御光
の波長には、縮退４光波混合法により評価した材料の３
次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上となる波
長の光を用いる。本実施例の場合、非線形光導波路にＡ
ｕ微粒子分散ガラスを用いており、縮退４光波混合法に
より評価した３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓ
ｕ以上となる波長範囲は５３０〜５４０ｎｍである。そ
こで制御光の波長は５３５ｎｍとした。

【００６０】このとき、縮退４光波混合法により評価し
た３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）は１×１０^-7ｅｓｕであ
り、また、５３５ｎｍの波長の光に対する吸収係数は、
３０００ｃｍ^-1であった。

【００６１】入射口４６から入射された５３５ｎｍの波
長の制御光は、誘電体多層膜ミラー５２を経由して非線
形光導波路に入射される。誘電体多層膜ミラー４２の設
計は、５３５ｎｍの波長の光に対して全反射するように
してある。

【００６２】こうすることにより、非線形光導波路中
に、吸収係数が５０ｃｍ^-1以下である１．５５μｍの波
長の光と、縮退４光波混合法により評価した３次非線形
感受率（χ⁽³⁾ ）が１×１０^-7ｅｓｕとなる５３５ｎｍ
の波長の光を共存させることができ、縮退４光波混合法
による３次非線形感受率（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ以上
となる波長範囲のうち最長波長よりも短波長側の５３５
ｎｍの波長の光を制御光とし、この制御光により、非線
形光導波路中に屈折率変化を起こさせ、信号光の偏光面
を回転させ、吸収係数が５０ｃｍ^-1以下の、制御光より
長波長側の１．５５μｍの波長の信号光（被制御光）を
出射口４３に出力させることができる。

【００６３】以上、本発明の３次非線形光学デバイスに
ついて、実施例によって詳しく説明したが、本発明は実
施例のみに限定されない。本実施例では、材料の形態を
光ファイバ、光導波路としたが、光を伝搬できる構造で
あるならば何でもよい。また、３次非線形光学デバイス
の形態として、マッハツェンダ干渉計を応用した実施例
などを説明したが、光カーシャッタ形、方向性結合形、
プリズム結合形、グレーティング結合形、非線形エタロ
ン形など、制御光により、屈折率変化を起こさせ、吸収
係数が５０ｃｍ^-1以下の、前記制御光より長波長側の波
長の信号光の光路を切り替えることができる構造であれ
ば何でもよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、３次非線形感受率（χ
⁽³⁾ ）が高く効率的なスイッチングが可能であるととも
に、素子の中を通過する際に信号光の減衰もほとんど生
じない３次非線形光学デバイスが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次非線形光学デバイスの１実施例を
示す模式的な構成図

【図２】本発明で用いる非線形光導波路の１例である光
ファイバ構造の断面図

【図３】本発明で用いる非線形光導波路の他の例の斜視
図

【図４】本発明の３次非線形光学デバイスの他の実施例
を示す模式的な構成図

【符号の説明】

１１、１３・・・ビームスプリッタ１２・・・全反射ミラー１４、４２・・・誘電体多層膜ミラー１５、４４・・・非線形光導波路２１・・・コア２２・・・クラッド３１・・・導波路部３２・・・ガラス基板４１・・・偏光子４３・・・検光子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率が入射光強度によって変化する３次
非線形光学材料である微粒子分散材料からなる光導波領
域を具備し、縮退４光波混合法による３次非線形感受率
（χ⁽³⁾ ）が１０^-8ｅｓｕ（静電単位）以上となる波長
範囲の光を制御光とし、この制御光により、前記屈折率
変化を誘起し、吸収係数が５０ｃｍ^-1以下の、前記制御
光より長波長側の波長の信号光の光路を切り替えるとと
もに、信号光の振動数ν_s は光導波領域の共鳴エネルギ
ーＥ_X に対してｈν_s ＜Ｅ_x ／２（ｈはプランク定数）
となっていることを特徴とする３次非線形光学デバイ
ス。
【請求項２】３次非線形光学材料に分散される微粒子が
金属または半導体からなることを特徴とする請求項１記
載の３次非線形光学デバイス。
【請求項３】微粒子の粒径が１〜１００ｎｍであること
を特徴とする請求項２記載の３次非線形光学デバイス。