JP5689747B2 - Optical filter and optical filtering method - Google Patents
Optical filter and optical filtering method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5689747B2 JP5689747B2 JP2011125398A JP2011125398A JP5689747B2 JP 5689747 B2 JP5689747 B2 JP 5689747B2 JP 2011125398 A JP2011125398 A JP 2011125398A JP 2011125398 A JP2011125398 A JP 2011125398A JP 5689747 B2 JP5689747 B2 JP 5689747B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- pulse
- optical
- semiconductor
- light pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
本発明は、光通信用光ネットワーク、光通信用回路、光制御用光回路、生体センサー、あるいは生体光信号処理のための光素子に給する、フェムト秒の時間領域で高速動作が可能な高効率、低電力の光フィルターに関するものである。 The present invention provides an optical network for optical communication, an optical communication circuit, an optical circuit for optical control, a biological sensor, or an optical element for biological optical signal processing, capable of high-speed operation in the femtosecond time domain. efficiency is relates to an optical filter over the low power.
シリコンフォトニクスを念頭に置いた光通信用光ネットワーク、光通信用回路、光制御用光回路のための光機能素子においては、将来の波長多重の情報処理に向けた同時多波長処理、広帯域動作の光素子が必要であり、周波数でＧＨｚ以上、時間領域でピコ秒領域での高速動作が必要とされる（特許文献１参照）。また、将来の大容量なデータ転送に向け駆動電力を低減させることが極めて重要である。 Optical functional elements for optical communication networks, optical communication circuits, and optical control optical circuits with silicon photonics in mind for simultaneous multi-wavelength processing and broadband operation for future wavelength multiplexing information processing An optical element is required, and high-speed operation in the picosecond region in the time domain and in the time domain is required (see Patent Document 1). In addition, it is extremely important to reduce drive power for future large-capacity data transfer.
光励起したキャリアは、キャリア間の衝突や自然放出などの過程により消失する。キャリアの生成から消失までの時間をキャリア寿命と呼び、従来の光吸収による誘起キャリアによる光スイッチの動作時間は、一般にキャリア寿命で制限され、その高速化には限界があった。またキャリアの再結合は、キャリア間の衝突や熱放出などのエネルギー放出を伴う熱力学的な寄与も生じ、これらの素過程が寄与するキャリア寿命を制御できれば、熱効率の良く発熱量の小さな低電力な光素子が実現できる。またサイズ効果を念頭においた、素子の小型化による省電力化も期待できる。 The photoexcited carriers disappear due to processes such as collision between carriers and spontaneous emission. The time from carrier generation to disappearance is called the carrier lifetime, and the operation time of the optical switch by the induced carrier due to the conventional light absorption is generally limited by the carrier lifetime, and there is a limit to its speeding up. The recombination of carriers also causes thermodynamic contributions accompanied by energy release such as collision between carriers and heat release. If the carrier life to which these elementary processes contribute can be controlled, low power with high heat efficiency and low calorific value is generated. Can be realized. In addition, power saving can be expected by downsizing the element with the size effect in mind.
特許文献１に開示された従来のシリコンフォトニクスの光フィルターでは、将来の波長多重の情報処理に向けた同時多波長処理および広帯域動作を実現することが困難であるという問題点があった。また、従来の光フィルターでは、フェムト秒オーダーでの時間応答を実現することが困難であるという問題点があった。さらに、従来の光フィルターでは、分子一個レベルで動作するナノメーターサイズへ素子を小型化することが困難であるという問題点があった。
特許文献１に開示されているデバイスは光フィルターであるが、光フィルターと同様の問題は光スイッチにおいても発生する。
The conventional silicon photonics optical filter disclosed in
Although the device disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、分子一個であっても動作可能で、同時多波長処理および広帯域動作が可能な小型の高速光フィルターを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a small high-speed optical filter that can operate even with a single molecule and that can perform simultaneous multi-wavelength processing and broadband operation .
本発明の光フィルターは、入射する光に共鳴する２準位を有する２準位系物質と、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスを前記物質に照射して、この物質の２準位を選択的に共鳴励起する制御光発生装置と、信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光発生装置とを備え、前記制御光発生装置と前記信号光発生装置とは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、前記２準位系物質は、シリコン、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル、マンガン、ガリウム、砒素、インジウム、リン、炭素、ホウ素、窒素のいずれかを含む半導体であり、前記第３光パルスの波長は、前記半導体の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とするものである。 The optical filter of the present invention irradiates the material with a two-level substance having two levels that resonate with incident light, and the first light pulse and the second light pulse that are control lights. A control light generation device that selectively resonance-excites a level; and a signal light generation device that irradiates the substance with a third light pulse that is a signal light. The control light generation device and the signal light generation device include: In the time when the third light pulse is incident on the substance, the torque vector of the third light pulse in the Bloch space and the quantum of the two-level system material resonantly excited by the first and second light pulses. The pulse area, light intensity, phase, and pulse time interval of the first, second, and third optical pulses are controlled so that the Bloch vector representing the state satisfies the condition that the parallel or antiparallel state is satisfied. And the two-level substance , Silicon, germanium, cadmium, selenium, tellurium, manganese, gallium, arsenic, indium, phosphorus, carbon, boron, and nitrogen, and the wavelength of the third light pulse is the light absorption edge of the semiconductor. Higher energy, a wavelength at which the excitation level in the light absorption region of the semiconductor resonates, transmits the third light pulse that is signal light, and absorbs noise light other than the third light pulse. It is characterized by this.
また、本発明の光フィルターは、入射する光に共鳴する２準位を有する２準位系物質と、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスを前記物質に照射して、この物質の２準位を選択的に共鳴励起する制御光発生装置と、信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光発生装置とを備え、前記制御光発生装置と前記信号光発生装置とは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、前記２準位系物質は、酸化シリコンおよびシリコンで構成された光導波路中に分散して存在するナノメーターサイズの半導体微結晶であり、前記第３光パルスの波長は、前記半導体微結晶の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体微結晶の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とするものである。
また、本発明の光フィルターの１構成例において、前記制御光発生装置は、波長が異なる複数の前記第１光パルスおよび波長が異なる複数の前記第２光パルスを前記物質に同時に照射し、前記信号光発生装置は、波長が異なる複数の前記第３光パルスを前記物質に同時に照射することを特徴とするものである。
In addition, the optical filter of the present invention irradiates the substance with a two-level substance having two levels that resonate with incident light, and the first light pulse and the second light pulse that are control lights. A control light generator for selectively resonantly exciting the two levels of the light and a signal light generator for irradiating the substance with a third light pulse as signal light, the control light generator and the signal light generator Is a two-level system material that is resonantly excited by the torque vector of the third light pulse in Bloch space and the first and second light pulses at the time when the third light pulse is incident on the material. So that the Bloch vectors representing the quantum states of the first, second, and third optical pulses satisfy the condition that they are parallel or anti-parallel, the pulse area, the light intensity, the phase, and the time interval of the pulses. Control the two levels The substance is a nanometer-sized semiconductor microcrystal dispersed and existing in an optical waveguide composed of silicon oxide and silicon, and the wavelength of the third light pulse is higher than the light absorption edge of the semiconductor microcrystal. Energy, a wavelength at which an excitation level in the light absorption region of the semiconductor microcrystal resonates, transmits the third light pulse that is signal light, and absorbs noise light other than the third light pulse. It is characterized by.
Further, in one configuration example of the optical filter of the present invention, the control light generation device simultaneously irradiates the substance with the plurality of first light pulses having different wavelengths and the plurality of second light pulses having different wavelengths, The signal light generator irradiates the substance with a plurality of the third light pulses having different wavelengths.
また、本発明の光フィルタリング方法は、入射する光に共鳴する２準位を有する２準位系物質に、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスを照射して、この物質の２準位を選択的に共鳴励起する制御光照射ステップと、信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光照射ステップとを含み、前記制御光照射ステップと前記信号光照射ステップとは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、前記２準位系物質は、シリコン、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル、マンガン、ガリウム、砒素、インジウム、リン、炭素、ホウ素、窒素のいずれかを含む半導体であり、前記第３光パルスの波長は、前記半導体の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とするものである。
また、本発明の光フィルタリング方法は、入射する光に共鳴する２準位を有する２準位系物質に、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスを照射して、この物質の２準位を選択的に共鳴励起する制御光照射ステップと、信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光照射ステップとを含み、前記制御光照射ステップと前記信号光照射ステップとは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、前記２準位系物質は、酸化シリコンおよびシリコンで構成された光導波路中に分散して存在するナノメーターサイズの半導体微結晶であり、前記第３光パルスの波長は、前記半導体微結晶の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体微結晶の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とするものである。
In addition, the optical filtering method of the present invention irradiates a two-level material having two levels resonating with incident light with a first light pulse and a second light pulse that are control lights, and 2 of this material. a control light irradiation step of selectively resonant excitation of levels, and a signal light irradiation step of irradiating the third light pulse is a signal light to the material, the control light irradiation step and the signal light irradiation step In the time when the third light pulse is incident on the substance, the torque vector of the third light pulse in the Bloch space and the quantum of the two-level system material resonantly excited by the first and second light pulses. as the Bloch vector representing the state, satisfies the condition that the state is parallel or anti-parallel, the first, second, controlling the time interval of the third pulse area and the light intensity of the optical pulse phase and pulse The two-level material is a semiconductor containing any one of silicon, germanium, cadmium, selenium, tellurium, manganese, gallium, arsenic, indium, phosphorus, carbon, boron, and nitrogen, and the wavelength of the third light pulse Is a wavelength higher in energy than the light absorption edge of the semiconductor, resonates with an excitation level in the light absorption region of the semiconductor, transmits the third light pulse as signal light, and transmits the third light. It is characterized by absorbing noise light other than pulses .
In addition, the optical filtering method of the present invention irradiates a two-level material having two levels resonating with incident light with a first light pulse and a second light pulse that are control lights, and 2 of this material. A control light irradiation step for selectively resonantly exciting levels, and a signal light irradiation step for irradiating the substance with a third light pulse that is signal light, wherein the control light irradiation step and the signal light irradiation step are: In the time when the third light pulse is incident on the substance, the torque vector of the third light pulse in the Bloch space and the quantum of the two-level system material resonantly excited by the first and second light pulses. The pulse area, light intensity, phase, and pulse time interval of the first, second, and third optical pulses are controlled so that the Bloch vector representing the state satisfies the condition that the parallel or antiparallel state is satisfied. The two-level substance is a nanometer-sized semiconductor microcrystal dispersed in an optical waveguide composed of silicon oxide and silicon, and the wavelength of the third optical pulse is the wavelength of the semiconductor microcrystal. It has a higher energy than the light absorption edge, has a wavelength at which the excitation level in the light absorption region of the semiconductor microcrystal resonates, transmits the third light pulse that is signal light, and other than the third light pulse. It is characterized by absorbing noise light.
本発明によれば、第３光パルスが物質に入射する時間において、ブロッホ空間における第３光パルスのトルクベクトルと、第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、第１、第２、第３光パルスを制御することにより、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスにより信号光である第３光パルスの物質への透過特性を制御することができ、信号光に含まれるノイズ成分を低減したり、信号光を選択的に透過／遮断したりする光フィルターを実現することができる。本発明では、将来の波長多重の情報処理に適した同時多波長処理および広帯域動作が可能である。また、本発明では、フェムト秒のパルス幅の光パルスを第１光パルスおよび第２光パルスとして使用すれば、光フィルターのフェムト秒オーダーの時間応答を実現することができる。さらに、本発明では、光フィルターの使用波長に対応した共鳴吸収がある２準位を有する分子であれば、分子一個であってもフィルター動作を実現できるので、光フィルターを小型化することができる。 According to the present invention, at the time when the third light pulse is incident on the material, the torque vector of the third light pulse in the Bloch space and the two-level material resonantly excited by the first light pulse and the second light pulse. By controlling the first, second, and third optical pulses so that the Bloch vector representing the quantum state satisfies the condition of being in a parallel or antiparallel state, the first optical pulse that is the control light and the first optical pulse Light that can control the transmission characteristics of the third light pulse, which is signal light, to the substance by two light pulses, reduces noise components contained in the signal light, and selectively transmits / blocks signal light. A filter can be realized. In the present invention, simultaneous multi-wavelength processing and broadband operation suitable for future wavelength multiplexing information processing are possible. In the present invention, if an optical pulse having a femtosecond pulse width is used as the first optical pulse and the second optical pulse, a time response in the femtosecond order of the optical filter can be realized. Furthermore, in the present invention, the filter operation can be realized even with a single molecule as long as the molecule has two levels having resonance absorption corresponding to the wavelength used for the optical filter, and thus the optical filter can be miniaturized. .
また、本発明では、波長が異なる複数の第１光パルスおよび波長が異なる複数の第２光パルスを物質に同時に照射し、波長が異なる複数の第３光パルスを物質に同時に照射することにより、多波長の信号光を同時にフィルタリング処理することが可能となる。 In the present invention, by simultaneously irradiating a substance with a plurality of first light pulses having different wavelengths and a plurality of second light pulses having different wavelengths, and simultaneously irradiating the substance with a plurality of third light pulses having different wavelengths, It becomes possible to simultaneously filter multi-wavelength signal light.
［発明の原理］
２準位系を励起するパルスとして共鳴的なＣＥＰ（Carrier-Envelope Phase）パルスを用い、これらのパルスの位相を適当に制御することで、ブロッホ球上において、トルクベクトルとブロッホベクトルを平行にできる。その結果、媒質の光伝播においてポピュレーション変化がなくなり、あたかも２準位系が透明媒質であるかのように光パルスが伝播することが理論的に知られている（参考文献「篠島弘幸，矢野隆治，中川一夫，“光パルス制御された２準位系における光パルス伝播現象”，日本物理学会２０１０秋季大会関係論文予稿集，２４ａＲＦ１０，２０１０」参照）。
[Principle of the Invention]
By using resonant CEP (Carrier-Envelope Phase) pulses as pulses to excite the two-level system and appropriately controlling the phases of these pulses, the torque vector and the Bloch vector can be made parallel on the Bloch sphere. . As a result, it is theoretically known that the population changes in the light propagation of the medium, and the light pulse propagates as if the two-level system is a transparent medium (references: Hiroyuki Shinoshima, Yano Ryuji, Kazuo Nakagawa, “Optical Pulse Propagation Phenomena in Two-Level Systems Controlled by Optical Pulses”, Proceedings of Papers Related to the 2010 Fall Meeting of the Physical Society of Japan, 24aRF10, 2010 ”).
本発明の光フィルターおよび光スイッチは、物質のエネルギー準位における２準位を３個の光パルスを用いて共鳴選択的に励起する。３個の光パルスは互いに、そのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とが制御されていて、その光との相互作用で２準位系に生じる分極の時間変化を制御する。２準位系に生じる分極の時間変化を制御することで、物質の量子状態の時間変化を制御する。具体的には、３本の光パルスのパルス面積と光強度と位相と時間間隔とを制御することにより、２準位系物質の量子状態を制御することができ、光パルス伝播において吸収のない物質の状態を作ることで、光パルスの透明な伝播を実現することができる。 The optical filter and the optical switch of the present invention excite resonance-selectively two levels in the energy level of a substance using three light pulses. The three light pulses have their pulse area, light intensity, phase, and pulse time interval controlled to each other, and control the temporal change in polarization generated in the two-level system by interaction with the light. By controlling the time change of the polarization generated in the two-level system, the time change of the quantum state of the material is controlled. Specifically, the quantum state of the two-level substance can be controlled by controlling the pulse area, light intensity, phase, and time interval of the three light pulses, and there is no absorption in the light pulse propagation. By creating a state of matter, transparent propagation of light pulses can be realized.
この光フィルターおよび光スイッチの動作の応答時間は、入力光パルスの時間間隔で制限される。したがって、フェムト秒のパルス幅の光パルスを２準位系物質の励起パルスとして使用すれば、光フィルターおよび光スイッチの時間応答を光パルスのパルス幅まで高速化できる。また、光フィルターおよび光スイッチで用いる物質は、共鳴励起できる２準位を有するものであればよく、光フィルターおよび光スイッチを分子一個で実現することもできる。即ち、光フィルターおよび光スイッチに使用する波長に対応した共鳴吸収がある２準位を有する分子であれば、分子一個であっても光フィルター操作または光スイッチ操作を実現できる。以上の理論は上記の参考文献に既に開示されているので、以下、本発明の基となる理論について簡単に説明する。 The response time of the operation of the optical filter and the optical switch is limited by the time interval of the input optical pulse. Therefore, if an optical pulse having a femtosecond pulse width is used as an excitation pulse for a two-level material, the time response of the optical filter and the optical switch can be increased to the pulse width of the optical pulse. In addition, the substance used in the optical filter and the optical switch only needs to have two levels that can be resonantly excited, and the optical filter and the optical switch can be realized with a single molecule. That is, if the molecule has two levels having resonance absorption corresponding to the wavelength used for the optical filter and the optical switch, the optical filter operation or the optical switch operation can be realized even with a single molecule. Since the above theory has already been disclosed in the above-mentioned reference, the theory on which the present invention is based will be briefly described below.
２準位系の量子状態の時間発展は、シュレーディンガー（Shrodinger）方程式で記述される。図１のように２準位系に光が入射し、この光が２準位系に生じる分極と相互作用する場合、シュレーディンガー方程式は式（１）のようになる。ここで、Ψは２準位系の波動関数、Ｅ＝Ｅ0ｅ-ωtは入射光パルスの電場、Ｐ（＝ｅｒ）は入射光パルスの電場によって２準位系に生じる分極、Ω＝ε2−ε1は共鳴エネルギー（上準位と下準位のエネルギー差）、Ｔ1はエネルギー緩和時間、Ｔ2は位相緩和時間である。 The time evolution of the two-level quantum state is described by the Schrodinger equation. As shown in FIG. 1, when light is incident on a two-level system and this light interacts with the polarization generated in the two-level system, the Schroedinger equation is as shown in equation (1). Here, Ψ is a wave function of a two-level system, E = E 0 e −ωt is an electric field of an incident light pulse, P (= er) is a polarization generated in the two-level system by the electric field of the incident light pulse, and Ω = ε 2− ε 1 is the resonance energy (energy difference between the upper level and the lower level), T 1 is the energy relaxation time, and T 2 is the phase relaxation time.
式（１）におけるｍは粒子の質量、∇2はラプラス演算子、バーｈはｈ／（２π）、ｈωｎ／（２π）は２準位系の各準位の固有エネルギーである（ｈはプランク定数、ｎ＝１、２）。式（１）を、上記の係数ｃ１，ｃ２で定義された式（２）のブロッホベクトルρと、式（２）の時間発展である式（３）のブロッホ方程式に書き換える。２準位系の状態の時間発展は、ブロッホベクトルという位相空間上の点の変化に書き換わる。 In Equation (1), m is the mass of the particle, ∇ 2 is the Laplace operator, h is h / (2π), hωn / (2π) is the intrinsic energy of each level of the two-level system (h is Planck Constant, n = 1, 2). Equation (1) is rewritten into the Bloch vector ρ of Equation (2) defined by the above-described coefficients c1 and c2 and the Bloch equation of Equation (3), which is the time evolution of Equation (2). The time evolution of the state of the two-level system is rewritten as a change of a point on the phase space called Bloch vector.
式（２）におけるｃ1 *，ｃ2 *はそれぞれｃ1，ｃ2の共役複素数を表す。通常の１光パルスによるブロッホ方程式は以下のとおりである。ここでは、緩和項を無視している。Ｒはトルクベクトルである。 In the formula (2), c 1 * and c 2 * represent conjugate complex numbers of c 1 and c 2 , respectively. The Bloch equation with a normal light pulse is as follows. Here, the relaxation term is ignored. R is a torque vector.
通常の１光パルスによる共鳴励起の場合、トルクベクトルＲは１軸方向にしか成分がないので、ブロッホベクトルの時間変化は図２の矢印２０で示す１軸周りの回転として記述される。
In the case of normal resonance excitation by one light pulse, the torque vector R has a component only in one axis direction, so the time change of the Bloch vector is described as rotation about one axis indicated by an
一方で、図３に示すように、第１光パルス３０と第２光パルス３１の位相に、パルス時間間隔に比例するような位相相関φ21を持たせて、物質に入射させるとする。この場合のブロッホ方程式は式（５）のようになり、単純に２本の光パルスを系に入射させた場合に比べ、φ21による変調項が付加される。
On the other hand, as shown in FIG. 3, it is assumed that the phase of the first
式（５）を解くと、ブロッホベクトルの時間発展は、以下のように３つの軸回り回転行列の積で記述される。 Solving equation (5), the time evolution of the Bloch vector is described by the product of three rotation matrices around the axis as follows:
式（６）におけるθ2は、第２光パルス３１のパルス面積である。一方、２準位系媒質の中においては、以下の式（７）のマクスウェル−ブロッホ（Maxwell-Bloch）の方程式に従って光パルスは伝播する。即ち、２準位系物質の量子状態は式（５）のブロッホ方程式で決まり、その２準位系物質中を伝播する光は式（７）のマクスウェル−ブロッホの方程式に従う。
Θ 2 in equation (6) is the pulse area of the second
ここで、図４に示すように、第３光パルス３２の位相を第１光パルス３０と相関させる。第１光パルス３０と第３光パルス３２との位相相関をφ31とする。このとき、物質を伝播する信号光である第３光パルス３２の電場振幅を平面波とすると、マクスウェル−ブロッホの方程式は式（８）のようになる。
Here, as shown in FIG. 4, the phase of the third
式（８）では、均一拡がりの２準位系を対象としており、第３光パルス３２の光電場の電波振幅をＥ30（ｔ31，ｔ）としている。式（８）における（７）は、式（７）を表している。
式（８）を積分して解くと、式（９）となる。
In the equation (8), a two-level system with uniform spread is targeted, and the radio wave amplitude of the photoelectric field of the third
When equation (8) is integrated and solved, equation (9) is obtained.
式（９）の第１項は電磁波のエネルギーを表し、第２項は２準位系が吸収または放出するエネルギーを表している。第２項が０ならば、光パルスにとって２準位系物質は透明な媒質となる。
式（９）の第２項を０にすることは、以下のようにブロッホベクトルとトルクベクトルＲが平行の時に実現できる。
The first term of Equation (9) represents the energy of electromagnetic waves, and the second term represents the energy absorbed or emitted by the two-level system. If the second term is 0, the two-level material is a transparent medium for the light pulse.
Setting the second term of Equation (9) to 0 can be realized when the Bloch vector and the torque vector R are parallel as follows.
したがって、第１光パルス、第２光パルス、第３光パルスを、式（１０）の条件が満たされるように位相を制御して物質に入射させれば良い。
例えば、半導体の吸収端よりも短波長側の、物質の吸収が連続的となる波長領域を考える。この連続的な吸収の波長領域にある２準位間を共鳴励起できる３つの光パルスを考える。信号光である第三パルスが物質を透明に伝播するためには、式（１０）の条件を作れば良い。
Therefore, the first light pulse, the second light pulse, and the third light pulse may be incident on the substance while controlling the phase so that the condition of Expression (10) is satisfied.
For example, consider a wavelength region in which the absorption of a substance is continuous on the shorter wavelength side than the absorption edge of a semiconductor. Consider three light pulses that can be resonantly excited between two levels in this continuous absorption wavelength region. In order for the third pulse, which is signal light, to propagate the substance transparently, the condition of equation (10) may be created.
制御するパラメターを、第１光パルスと第２光パルスの位相関係φ21、第１光パルスと第３光パルスの位相関係φ31、第２光パルスのパルス面積θとする。パルス面積がπ／２である第１光パルスで、２準位系物質のブロッホ状態を（０，０，−１）から（０，０，１）と変える。このブロッホ状態の変更は、第１光パルスのパルス面積がπ／２であれば常に可能である。 The parameters to be controlled are the phase relationship φ 21 between the first light pulse and the second light pulse, the phase relationship φ 31 between the first light pulse and the third light pulse, and the pulse area θ of the second light pulse. The first optical pulse having a pulse area of π / 2 changes the Bloch state of the two-level material from (0, 0, −1) to (0, 0, 1). This Bloch state change is always possible if the pulse area of the first light pulse is π / 2.
その後、２準位系物質のブロッホベクトルを３軸回りにθだけ回転させて、ブロッホベクトルをブロッホ空間における第３光パルスのトルクベクトルと平行（ベクトルの向きが同一方向の状態）または反平行（ベクトルの向きが逆方向の状態）にさせることを考える。２準位系物質のブロッホベクトルが第３光パルスのトルクベクトルと平行または反平行となるようにするためには、第２光パルス、第３光パルスについて以下の式（１１）の条件を満たすようにすればよい。 Thereafter, the Bloch vector of the two-level material is rotated by θ around the three axes, and the Bloch vector is parallel to the torque vector of the third light pulse in the Bloch space (the direction of the vector is the same direction) or antiparallel ( Let us consider that the direction of the vector is reversed). In order to make the Bloch vector of the two-level material parallel or antiparallel to the torque vector of the third light pulse, the condition of the following formula (11) is satisfied for the second light pulse and the third light pulse. What should I do?
式（１１）では、第３光パルスのトルクベクトルＲ3を｜１’＞方向としている。式（１１）を満たすように位相関係φ21−φ31＝π／２±ｎπ（ｎは整数）を設定すれば、物質を伝播する第３光パルスは透明になる。このときの時間応答は、入射する光パルスの時間幅で決まり、フェムト秒領域での時間応答が可能である。エネルギー準位構造は例え連続的であっても、選択的に２準位が励起できればよく、物質の大きさは分子一個であってよい。 In Expression (11), the torque vector R 3 of the third light pulse is in the | 1 ′> direction. If the phase relationship φ 21 −φ 31 = π / 2 ± nπ (n is an integer) is set so as to satisfy the expression (11), the third light pulse propagating through the substance becomes transparent. The time response at this time is determined by the time width of the incident light pulse, and the time response in the femtosecond region is possible. Even if the energy level structure is continuous, it is sufficient that two levels can be selectively excited, and the size of the substance may be one molecule.
また、本発明の本質は、式（１０）の条件が成立、即ち、第３光パルスのトルクベクトルと２準位系物質のブロッホベクトルとが平行または反平行であれば、第３光パルスは物質を透明に伝播する。式（１１）の条件はその一つの方法を示したに過ぎない。以上のことから、第１光パルスと第２光パルスと第３光パルスとが式（１０）の条件を満たすように、パルス面積と光強度と位相とパルス時間間隔とを制御することで、超高速、超小型の光フィルターおよび光スイッチを実現することができる。 Further, the essence of the present invention is that the condition of equation (10) is satisfied, that is, if the torque vector of the third light pulse and the Bloch vector of the two-level material are parallel or antiparallel, the third light pulse is Propagate material transparently. The condition of equation (11) only shows one method. From the above, by controlling the pulse area, the light intensity, the phase, and the pulse time interval so that the first light pulse, the second light pulse, and the third light pulse satisfy the condition of Expression (10), Ultra-high speed, ultra-small optical filters and optical switches can be realized.
ここでは、エネルギー緩和時間、位相緩和時間を無視したが、以上の議論は、これらの緩和過程を考慮しても変わらない。すなわち、パルス面積と光強度と位相とパルス時間間隔とを制御してφ21−φ31＝π／２±ｎπを満たした３個の光パルスを位相緩和時間、エネルギー緩和時間内に２準位系物質に入射させれば、位相緩和時間、エネルギー緩和時間に依存せず、第３光パルスは物質を透明に伝播する。エネルギー緩和時間は、キャリア寿命の２倍であり、従ってこのことは、本発明の光フィルターおよび光スイッチがキャリア寿命で制限されず、高速な動作が可能であることを示す。 Here, the energy relaxation time and the phase relaxation time are ignored, but the above discussion does not change even if these relaxation processes are taken into consideration. That is, three optical pulses satisfying φ 21 −φ 31 = π / 2 ± nπ by controlling the pulse area, light intensity, phase, and pulse time interval are divided into two levels within the phase relaxation time and energy relaxation time. When incident on a system material, the third light pulse propagates through the material transparently without depending on the phase relaxation time and energy relaxation time. The energy relaxation time is twice the carrier lifetime, and this indicates that the optical filter and optical switch of the present invention are not limited by the carrier lifetime and can operate at high speed.
また、位相緩和、エネルギー緩和の両緩和過程は、キャリア間の衝突や自然放出によって生じる熱放出を伴う緩和過程である。本発明の光フィルターおよび光スイッチは、位相緩和、エネルギー緩和によい系が緩和する前に動作完了させるため、熱放出を伴うエネルギー損失が少なく、高効率で低電力の光フィルターおよび光スイッチを実現することができる。例えば、キャリア寿命が１００ｐｓｅｃ（１０ＧＨｚ）であるとする。本発明の光フィルターおよび光スイッチに１００ｆｓｅｃのパルス幅の光パルスを使うとすると、その時間応答は１００ｆｓｅｃ程度であり、エネルギー緩和時間の１／２０００の時間で動作を完了する。エネルギー緩和過程おける熱損失が時間に比例するとすれば、本発明の光フィルターおよび光スイッチのエネルギー緩和過程おける熱損失は概ね１／２０００程度である。パルス幅の短い光パルスを用いることで、動作電力におけるこの熱効率はさらに向上が期待できる。 Further, both relaxation processes of phase relaxation and energy relaxation are relaxation processes accompanied by heat release caused by collision between carriers or spontaneous emission. The optical filter and optical switch of the present invention realizes a high-efficiency and low-power optical filter and optical switch with less energy loss accompanying heat release because the operation is completed before the system that is good for phase relaxation and energy relaxation relaxes can do. For example, it is assumed that the carrier lifetime is 100 psec (10 GHz). If an optical pulse having a pulse width of 100 fsec is used in the optical filter and the optical switch of the present invention, the time response is about 100 fsec, and the operation is completed in 1/2000 of the energy relaxation time. If the heat loss in the energy relaxation process is proportional to time, the heat loss in the energy relaxation process of the optical filter and the optical switch of the present invention is about 1/2000. By using an optical pulse with a short pulse width, this thermal efficiency in operating power can be expected to be further improved.
光信号は、非破壊な信号伝達の手段であり、生物生体領域では高速で広帯域なセンサーや信号処理で期待されている。本発明の光フィルターおよび光スイッチは、分子レベルで動作することから、生体系での光信号処理も可能であり、将来の生体領域における光信号処理に向けた光フィルターおよび光スイッチである。 The optical signal is a non-destructive means for signal transmission, and is expected in a biological and biological area by a high-speed and wide-band sensor and signal processing. Since the optical filter and the optical switch of the present invention operate at a molecular level, optical signal processing in a biological system is possible, and the optical filter and optical switch are intended for optical signal processing in a future biological region.
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係る光フィルターの構成を示す図である。光フィルターは、２準位系物質である半導体１１と、制御光である第１光パルス３および第２光パルス４を半導体１１に照射する制御光発生装置１と、信号光である第３光パルス５を半導体１１に照射する信号光発生装置２とから構成される。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the optical filter according to the first embodiment of the present invention. The optical filter includes a
半導体１１としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル、マンガン、ガリウム、砒素、インジウム、リン、炭素、ホウ素、窒素などがある。図５におけるＬｘ，Ｌｙ，Ｌｚはそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の半導体１１の大きさである。
Examples of the
伝播する信号光である第３光パルス５の波長は、半導体１１の吸収端よりも高エネルギーにあるとし、第３光パルス５の波長に共鳴する励起準位が半導体１１の吸収領域にあるとする。また、図５に示すように、信号光である第３光パルス５に混じって、ノイズ光６が導波しているとする。
It is assumed that the wavelength of the third
制御光発生装置１は、パルス面積がπ／２の第１光パルス３と、第２光パルス４とを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。このとき、第１光パルス３と第２光パルス４との位相関係はφ21、第１光パルス３と第３光パルス５との位相関係はφ31であり、かつ第１光パルス３と第２光パルス４とは式（１１）を満たす。半導体１１の吸収領域は、連続準位であるが、選択的に励起することで２準位系として扱うことができる。
The
信号光発生装置２は、信号光である第３光パルス５を半導体１１に照射する。半導体１１の吸収領域で吸収される波長域にある第３光パルス以外のノイズ光６は、式（１１）を満たさないので、全て半導体１１に吸収され、半導体１１を透過しない。一方、半導体１１は、第１光パルス３と第２光パルス４によって量子状態制御され、第３光パルス５にとっては透明媒質であるかのような状態になっている。したがって、式（１１）を満たす第３光パルス５は、半導体１１中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
こうして、本実施の形態では、制御光発生装置１と信号光発生装置２とを用いて、第１光パルスと第２光パルスと第３光パルスとが式（１０）、式（１１）の条件を満たすように制御することで、信号光中のノイズ成分を低減する効果を奏する。
Thus, in the present embodiment, using the
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係る光フィルターの構成を示す図である。本実施の形態の光フィルターは、２準位系物質である半導体１１と、制御光発生装置１ａと、信号光発生装置２ａとから構成される。第１の実施の形態と同様に、伝播する信号光である第３光パルス５ａ，５ｂ，５ｃの波長は、半導体１１の吸収端よりも高エネルギーにあるとする。また、第３光パルス５ａ，５ｂ，５ｃの波長λ１，λ２，λ３に共鳴する励起準位が半導体１１の吸収領域にあるとする。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical filter according to the second embodiment of the present invention. The optical filter of the present embodiment includes a
制御光発生装置１ａは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ａと、第２光パルス４ａとを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。このとき、第１光パルス３ａと第２光パルス４ａの波長は共にλ１であり、第１光パルス３ａと第２光パルス４ａとの位相関係はφ21、第１光パルス３ａと第３光パルス５ａとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ａと第２光パルス４ａとは、式（１１）を満たす。
The
信号光発生装置２ａは、信号光である波長λ１の第３光パルス５ａを半導体１１に照射する。第３光パルス５ａは、式（１１）を満たす条件で半導体１１に入射するので、半導体１１中をパルス変形することなく透過して出射する。
The signal light generator 2a irradiates the
次に、制御光発生装置１ａは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｂと、第２光パルス４ｂとを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｂと第２光パルス４ｂの波長は共にλ２であり、第１光パルス３ｂと第２光パルス４ｂとの位相関係はφ’21、第１光パルス３ｂと第３光パルス５ｂとの位相関係はφ’31である。第１光パルス３ｂと第２光パルス４ｂとは、式（１１）を満たさない。
Next, the
信号光発生装置２ａは、信号光である波長λ２の第３光パルス５ｂを半導体１１に照射する。第３光パルス５ｂは、式（１１）を満たさない条件で半導体１１に入射するので、半導体１１に吸収され、半導体１１を透過しない。
The signal light generator 2a irradiates the
次に、制御光発生装置１ａは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｃと、第２光パルス４ｃとを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｃと第２光パルス４ｃの波長は共にλ３であり、第１光パルス３ｃと第２光パルス４ｃとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｃと第３光パルス５ｃとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｃと第２光パルス４ｃとは、式（１１）を満たす。
Next, the
信号光発生装置２ａは、信号光である波長λ３の第３光パルス５ｃを半導体１１に照射する。第３光パルス５ｃは、式（１１）を満たす条件で半導体１１に入射するので、半導体１１中をパルス変形することなく透過して出射する。
The signal light generator 2a irradiates the
以上のように、透明化の条件にあった波長λ１，λ３の第３光パルス５ａ，５ｃだけが半導体１１を透過する。こうして、本実施の形態では、制御光発生装置１ａと信号光発生装置２ａとを用いて、第１光パルスと第２光パルスと第３光パルスとが式（１０）、式（１１）の条件を満たすように制御したり、条件を満たさないように制御したりすることで、信号光である第３光パルスをフィルタリングする機能を実現することができる。
As described above, only the third
なお、上記の説明では光フィルターの動作を分かり易くするために、波長λ１，λ２，λ３の処理を別々に行っているが、本実施の形態の光フィルターでは、波長λ１，λ２，λ３の制御光および信号光を同時に照射して、複数の波長の信号光を同時にフィルタリング処理することが可能である。波長λ１，λ２，λ３の光を同時に照射する代わりに、これらの波長λ１，λ２，λ３を含む白色光を用いてもよい。 In the above description, in order to make the operation of the optical filter easy to understand, the processing of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 is performed separately. However, in the optical filter of the present embodiment, the control of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 is performed. By simultaneously irradiating light and signal light, it is possible to simultaneously filter signal light having a plurality of wavelengths. Instead of simultaneously irradiating light of wavelengths λ1, λ2, and λ3, white light including these wavelengths λ1, λ2, and λ3 may be used.
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は本発明の第３の実施の形態に係る光フィルターの構成を示す図である。本実施の形態の光フィルターは、光導波路２１と、光導波路２１中に分散配置された２準位系物質である半導体微結晶２２と、制御光発生装置１ｂ，１ｃと、信号光発生装置２ｂ，２ｃとから構成される。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical filter according to the third embodiment of the present invention. The optical filter of the present embodiment includes an
光導波路２１は、例えば、酸化シリコン、シリコンからなる。半導体微結晶２２は、ナノメーターサイズの結晶であり、例えば、シリコン、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル、マンガン、ガリウム、砒素、インジウム、リン、炭素、ホウ素、窒素などからなる。半導体微結晶２２のエネルギー構造は、微結晶サイズの二乗に反比例してその準位間隔が拡がり、ナノメーターサイズの微結晶では、選択するエネルギー準位を適宜選択することで、２準位系同様に扱ってよい。半導体微結晶２２の光吸収端は、伝播する信号光である光の波長よりも低エネルギー領域にある。したがって、信号光は、半導体微結晶２２で通常吸収される。
The
これに対して、本実施の形態の制御光発生装置１ｂは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｄと、第２光パルス４ｄとを１個の半導体微結晶２２に照射することで、この半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｄと第２光パルス４ｄとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｄと第３光パルス５ｄとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｄと第２光パルス４ｄとは、式（１１）を満たす。
On the other hand, the
信号光発生装置２ｂは、信号光である第３光パルス５ｄを、第１光パルス３ｄおよび第２光パルス４ｄによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。半導体微結晶２２の吸収領域で吸収される波長域にある第３光パルス以外のノイズ光６は、式（１１）を満たさないので、すべて半導体微結晶２２に吸収され、半導体微結晶２２を透過しない。一方、半導体微結晶２２は、第１光パルス３ｄと第２光パルス４ｄによって量子状態制御され、第３光パルス５ｄにとっては透明媒質であるかのような状態になっている。したがって、式（１１）を満たす第３光パルス５ｄは、半導体微結晶２２中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
次に、制御光発生装置１ｃは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｅと、第２光パルス４ｅとを１個の半導体微結晶２２に照射することで、この半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。このとき、第１光パルス３ｅと第２光パルス４ｅの波長は共にλ１であり、第１光パルス３ｅと第２光パルス４ｅとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｅと第３光パルス５ｅとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｅと第２光パルス４ｅとは、式（１１）を満たす。
Next, the
信号光発生装置２ｃは、信号光である波長λ１の第３光パルス５ｅを、第１光パルス３ｅおよび第２光パルス４ｅによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。第３光パルス５ｅは、式（１１）を満たす条件で半導体微結晶２２に入射するので、半導体微結晶２２中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
次に、制御光発生装置１ｃは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｆと、第２光パルス４ｆとを半導体微結晶２２に照射することで、半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｆと第２光パルス４ｆの波長は共にλ２であり、第１光パルス３ｆと第２光パルス４ｆとの位相関係はφ’21、第１光パルス３ｆと第３光パルス５ｆとの位相関係はφ’31である。第１光パルス３ｆと第２光パルス４ｆとは、式（１１）を満たさない。
Next, the
信号光発生装置２ｃは、信号光である波長λ２の第３光パルス５ｆを、第１光パルス３ｆおよび第２光パルス４ｆによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。第３光パルス５ｆは、式（１１）を満たさない条件で半導体微結晶２２に入射するので、半導体微結晶２２に吸収され、半導体微結晶２２を透過しない。
The
次に、制御光発生装置１ｃは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｇと、第２光パルス４ｇとを半導体微結晶２２に照射することで、半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｇと第２光パルス４ｇの波長は共にλ３であり、第１光パルス３ｇと第２光パルス４ｇとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｇと第３光パルス５ｇとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｇと第２光パルス４ｇとは、式（１１）を満たす。
Next, the
信号光発生装置２ｃは、信号光である波長λ３の第３光パルス５ｇを、第１光パルス３ｇおよび第２光パルス４ｇによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。第３光パルス５ｇは、式（１１）を満たす条件で半導体微結晶２２に入射するので、半導体微結晶２２中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
以上のように、透明化の条件にあった第３光パルス５ｄ，５ｅ，５ｇだけが半導体微結晶２２を透過する。こうして、本実施の形態では、信号光中のノイズ成分を低減することができる。
As described above, only the third
第２の実施の形態で説明したとおり、波長λ１，λ２，λ３の制御光および信号光を同時に照射してフィルタリング処理することも可能である。波長λ１，λ２，λ３の光を同時に照射する代わりに、波長λ１，λ２，λ３を含む白色光を用いてもよい。 As described in the second embodiment, it is also possible to perform the filtering process by simultaneously irradiating the control light and the signal light having the wavelengths λ1, λ2, and λ3. Instead of simultaneously irradiating light of wavelengths λ1, λ2, and λ3, white light including wavelengths λ1, λ2, and λ3 may be used.
半導体微結晶２２は、個々の大きさが異なった微結晶で、光導波路２１内に分布をもって分散して存在する。入射光パルスのビーム径が半導体微結晶２２のサイズより大きくても、ビーム径の中にある半導体微結晶２２で、励起条件に共鳴する準位構造を有する半導体微結晶２２だけが選択的に励起され、光フィルターが機能する。光導波路２１中に様々なサイズの半導体微結晶２２を分散させることで、励起条件に合う適当な微結晶を探して選択的に光パルス照射をする必要がなくなる。また、半導体微結晶２２によって異なった光フィルター機能を持たせることも可能であり、それぞれの半導体微結晶２２によって異なる処理を同時に実行することが可能である。
The semiconductor microcrystals 22 are microcrystals having different sizes, and are distributed in the
［第１の参考例］
次に、本発明の第１の参考例について説明する。本参考例は光スイッチに関するものである。本参考例の光スイッチの構成は、第１の実施の形態の光フィルターの構成と同様であるので、図５を用いて説明する。
第１の実施の形態と同様に、伝播する信号光である第３光パルス５の波長は、半導体１１の吸収端よりも高エネルギーにあるとし、第３光パルス５の波長に共鳴する励起準位が半導体１１の吸収領域にあるとする。
[ First Reference Example ]
Next, a first reference example of the present invention will be described. This reference example relates to an optical switch. The configuration of the optical switch of this reference example is the same as the configuration of the optical filter of the first embodiment, and will be described with reference to FIG.
As in the first embodiment, it is assumed that the wavelength of the third
制御光発生装置１は、パルス面積がπ／２の第１光パルス３と、第２光パルス４とを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。このとき、第１光パルス３と第２光パルス４との位相関係はφ21、第１光パルス３と第３光パルス５との位相関係はφ31であり、かつ第１光パルス３と第２光パルス４とは式（１１）を満たす。半導体１１の吸収領域は、連続準位であるが、選択的に励起することで２準位系として扱うことができる。
The
信号光発生装置２は、信号光である第３光パルス５を半導体１１に照射する。半導体１１は、第１光パルス３と第２光パルス４によって量子状態制御され、第３光パルス５にとっては透明媒質であるかのような状態になっている。したがって、式（１１）を満たす第３光パルス５は、半導体１１の吸収領域にあっても、吸収されず、半導体１１中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
次に、制御光発生装置１が第１光パルス３と第２光パルス４の時間間隔を変化させると、φ21−φ31＝π／２±ｎπの条件を満たさなくなり、半導体１１の吸収領域で吸収される波長域にある第３光パルス５は、吸収されながら半導体１１中を伝播するので、半導体１１を透過しない。吸収されずに半導体１１を透過する場合と透過しない場合とでは、第３光パルス５の強度に大きな差がでるので、本参考例は光スイッチとして動作していることになる。
Next, when the
こうして、本参考例では、制御光発生装置１と信号光発生装置２とを用いて、第１光パルスと第２光パルスと第３光パルスとが式（１０）、式（１１）の条件を満たすように制御したり、条件を満たさないように制御したりすることで、光スイッチ動作を実現することができる。本参考例では、エネルギー緩和時間およびキャリア寿命より短いパルス幅の光パルスを用いることで、高速で高効率な光スイッチを実現することができる。
Thus, in this reference example , the
なお、第１の実施の形態および本参考例においては、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスと信号光である第３光パルスとが同軸ではないが、制御光と信号光とは同軸であっても良い。 In the first embodiment and this reference example , the first light pulse and the second light pulse that are control lights and the third light pulse that is a signal light are not coaxial, but the control light and the signal light May be coaxial.
［第２の参考例］
次に、本発明の第２の参考例について説明する。本参考例の光スイッチの構成は、第２の実施の形態の光フィルターの構成と同様であるので、図６を用いて説明する。
第１の実施の形態と同様に、伝播する信号光である第３光パルス５ａ，５ｂ，５ｃの波長は、半導体１１の吸収端よりも高エネルギーにあるとする。また、第３光パルス５ａ，５ｂ，５ｃの波長λ１，λ２，λ３に共鳴する励起準位が半導体１１の吸収領域にあるとする。
[ Second Reference Example ]
Next, a second reference example of the present invention will be described. The configuration of the optical switch of this reference example is the same as the configuration of the optical filter of the second embodiment, and will be described with reference to FIG.
Similarly to the first embodiment, it is assumed that the wavelengths of the third
制御光発生装置１ａは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ａと、第２光パルス４ａとを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。このとき、第１光パルス３ａと第２光パルス４ａの波長は共にλ１であり、第１光パルス３ａと第２光パルス４ａとの位相関係はφ21、第１光パルス３ａと第３光パルス５ａとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ａと第２光パルス４ａとは、式（１１）を満たす。
The
信号光発生装置２ａは、信号光である波長λ１の第３光パルス５ａを半導体１１に照射する。第３光パルス５ａは、式（１１）を満たす条件で半導体１１に入射するので、半導体１１中をパルス変形することなく透過して出射する。
The signal light generator 2a irradiates the
次に、制御光発生装置１ａは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｂと、第２光パルス４ｂとを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｂと第２光パルス４ｂの波長は共にλ２であり、第１光パルス３ｂと第２光パルス４ｂとの位相関係はφ’21、第１光パルス３ｂと第３光パルス５ｂとの位相関係はφ’31である。第１光パルス３ｂと第２光パルス４ｂとは、式（１１）を満たさない。
Next, the
信号光発生装置２ａは、信号光である波長λ２の第３光パルス５ｂを半導体１１に照射する。第３光パルス５ｂは、式（１１）を満たさない条件で半導体１１に入射するので、半導体１１に吸収され、半導体１１を透過しない。
The signal light generator 2a irradiates the
次に、制御光発生装置１ａは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｃと、第２光パルス４ｃとを半導体１１に照射することで、半導体１１の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｃと第２光パルス４ｃの波長は共にλ３であり、第１光パルス３ｃと第２光パルス４ｃとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｃと第３光パルス５ｃとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｃと第２光パルス４ｃとは、式（１１）を満たす。
Next, the
信号光発生装置２ａは、信号光である波長λ３の第３光パルス５ｃを半導体１１に照射する。第３光パルス５ｃは、式（１１）を満たす条件で半導体１１に入射するので、半導体１１中をパルス変形することなく透過して出射する。
The signal light generator 2a irradiates the
以上のように、透過させたい波長について、選択的に、３個の光パルスを式（１０）、式（１１）の条件を満たすように半導体１１に入射させれば良い。図６の例では、透明化の条件にあった波長λ１，λ３の第３光パルス５ａ，５ｃだけが半導体１１を透過する。こうして、本参考例では、制御光発生装置１ａと信号光発生装置２ａとを用いて、第１光パルスと第２光パルスと第３光パルスとが式（１０）、式（１１）の条件を満たすように制御したり、条件を満たさないように制御したりすることで、高速な波長多重スイッチ動作を実現することができる。
As described above, the three light pulses may be selectively incident on the
［第３の参考例］
次に、本発明の第３の参考例について説明する。図８は本発明の第３の参考例に係る光スイッチの構成を示す図である。本参考例の光スイッチの構成は、第３の実施の形態の光フィルターの構成と同様であるので、図７の符号を用いて説明する。
光導波路２１は、例えば、酸化シリコン、シリコンからなる。半導体微結晶２２は、ナノメーターサイズの結晶である。半導体微結晶２２のエネルギー構造は、微結晶サイズの二乗に反比例してその準位間隔が拡がり、ナノメーターサイズの微結晶では、選択するエネルギー準位を適宜選択することで、２準位系同様に扱ってよい。半導体微結晶２２の光吸収端は、伝播する信号光である光の波長よりも低エネルギー領域にある。したがって、信号光は、半導体微結晶２２で通常吸収される。
[ Third Reference Example ]
Next, a third reference example of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical switch according to a third reference example of the present invention. The configuration of the optical switch of this reference example is the same as the configuration of the optical filter of the third embodiment, and will be described using the reference numerals in FIG.
The
制御光発生装置１ｂは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｄと、第２光パルス４ｄとを１個の半導体微結晶２２に照射することで、この半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｄと第２光パルス４ｄとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｄと第３光パルス５ｄとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｄと第２光パルス４ｄとは、式（１１）を満たす。
The
信号光発生装置２ｂは、信号光である第３光パルス５ｄを、第１光パルス３ｄおよび第２光パルス４ｄによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。半導体微結晶２２は、第１光パルス３ｄと第２光パルス４ｄによって量子状態制御され、第３光パルス５ｄにとっては透明媒質であるかのような状態になっている。したがって、式（１１）を満たす第３光パルス５ｄは、半導体微結晶２２中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
制御光発生装置１ｃは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｅと、第２光パルス４ｅとを１個の半導体微結晶２２に照射することで、この半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。このとき、第１光パルス３ｅと第２光パルス４ｅの波長は共にλ１であり、第１光パルス３ｅと第２光パルス４ｅとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｅと第３光パルス５ｅとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｅと第２光パルス４ｅとは、式（１１）を満たす。
The
信号光発生装置２ｃは、信号光である波長λ１の第３光パルス５ｅを、第１光パルス３ｅおよび第２光パルス４ｅによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。第３光パルス５ｅは、式（１１）を満たす条件で半導体微結晶２２に入射するので、半導体微結晶２２中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
次に、制御光発生装置１ｃは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｆと、第２光パルス４ｆとを半導体微結晶２２に照射することで、半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｆと第２光パルス４ｆの波長は共にλ２であり、第１光パルス３ｆと第２光パルス４ｆとの位相関係はφ’21、第１光パルス３ｆと第３光パルス５ｆとの位相関係はφ’31である。第１光パルス３ｆと第２光パルス４ｆとは、式（１１）を満たさない。
Next, the
信号光発生装置２ｃは、信号光である波長λ２の第３光パルス５ｆを、第１光パルス３ｆおよび第２光パルス４ｆによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。第３光パルス５ｆは、式（１１）を満たさない条件で半導体微結晶２２に入射するので、半導体微結晶２２に吸収され、半導体微結晶２２を透過しない。
The
次に、制御光発生装置１ｃは、パルス面積がπ／２の第１光パルス３ｇと、第２光パルス４ｇとを半導体微結晶２２に照射することで、半導体微結晶２２の励起準位を選択的に共鳴励起する。第１光パルス３ｇと第２光パルス４ｇの波長は共にλ３であり、第１光パルス３ｇと第２光パルス４ｇとの位相関係はφ21、第１光パルス３ｇと第３光パルス５ｇとの位相関係はφ31である。第１光パルス３ｇと第２光パルス４ｇとは、式（１１）を満たす。
Next, the
信号光発生装置２ｃは、信号光である波長λ３の第３光パルス５ｇを、第１光パルス３ｇおよび第２光パルス４ｇによって共鳴励起された半導体微結晶２２に照射する。第３光パルス５ｇは、式（１１）を満たす条件で半導体微結晶２２に入射するので、半導体微結晶２２中をパルス変形することなく透過して出射する。
The
以上のように、透明化の条件にあった第３光パルス５ｄ，５ｅ，５ｇだけが半導体微結晶２２を透過する。半導体微結晶２２の吸収領域で吸収される波長域にある第３光パルス以外の光は、式（１１）を満たさないので、すべて半導体微結晶２２に吸収され、半導体微結晶２２を透過しない。ここで、真の信号光に併せて近傍に偽の光パルスを伝播させることを考える。図８の例では、信号光発生装置２ｂは、真の信号光である第３光パルス５ｄを半導体微結晶２２に照射すると共に、第３光パルス５ｄの近傍のタイミングで偽の光パルス７を半導体微結晶２２に照射する。
As described above, only the third
上記のとおり、式（１１）の条件を満たす真の信号光である第３光パルス５ｄは、第１光パルス３ｄおよび第２光パルス４ｄによって共鳴励起された半導体微結晶２２を透過する。一方、偽の光パルス７は、式（１１）の条件を満たさないので、半導体微結晶２２に吸収され、半導体微結晶２２を透過しない。式（１１）の条件はブロッホベクトルとトルクベクトルとを平行か反平行にする条件の一例であり、この条件を秘匿すれば、真偽併せて並んだ複数の光パルスの中での真偽を秘匿することができ、望む信号だけを透過させる光スイッチを実現することができる。
As described above, the third
第３の実施の形態で説明したとおり、波長λ１，λ２，λ３の制御光および信号光を同時に照射してスイッチング処理することも可能である。波長λ１，λ２，λ３の光を同時に照射する代わりに、波長λ１，λ２，λ３を含む白色光を用いてもよい。 As described in the third embodiment, it is also possible to perform switching processing by simultaneously irradiating control light and signal light of wavelengths λ1, λ2, and λ3. Instead of simultaneously irradiating light of wavelengths λ1, λ2, and λ3, white light including wavelengths λ1, λ2, and λ3 may be used.
半導体微結晶２２は、個々の大きさが異なった微結晶で、光導波路２１内に分布をもって分散して存在する。入射光パルスのビーム径が半導体微結晶２２のサイズより大きくても、ビーム径の中にある半導体微結晶２２で、励起条件に共鳴する準位構造を有する半導体微結晶２２だけが選択的に励起され、光スイッチが機能する。光導波路２１中に様々なサイズの半導体微結晶２２を分散させることで、上で述べた光スイッチ動作を、期待する波長において行うことができる。
The semiconductor microcrystals 22 are microcrystals having different sizes, and are distributed in the
なお、第１〜第３の実施の形態の光フィルターおよび第１〜第３の参考例の光スイッチにおいて、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システィン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、ブロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリンのアミノ酸、オリゴ糖、デオキシ糖、ウロン酸、アミノ糖、糖アルコール、ラクトン、でんぷん、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、セルロース、ペクチン、グルコマンナンの糖類からなる物質の光吸収領域の波長帯を前記光パルスの波長として用いてもよく、光導波路の材料として用いてもよい。 In the optical filters of the first to third embodiments and the optical switches of the first to third reference examples , alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine Lysine, methionine, phenylalanine, broline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine amino acid, oligosaccharide, deoxy sugar, uronic acid, amino sugar, sugar alcohol, lactone, starch, amylose, amylopectin, glycogen, cellulose, pectin, The wavelength band of the light absorption region of a substance composed of saccharides of glucomannan may be used as the wavelength of the light pulse, or may be used as a material for the optical waveguide.
光導波路に吸収特性の異なった２準位系物質としてアラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システィン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、ブロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリンのアミノ酸、オリゴ糖、デオキシ糖、ウロン酸、アミノ糖、糖アルコール、ラクトン、でんぷん、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、セルロース、ペクチン、グルコマンナンの糖類からなる物質を分散させてもよい。 Alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, broline, serine, threonine, tryptophan , Tyrosine, valine amino acids, oligosaccharides, deoxy sugars, uronic acids, amino sugars, sugar alcohols, lactones, starches, amylose, amylopectin, glycogen, cellulose, pectin, and glucomannan sugars may be dispersed.
また、第１〜第３の実施の形態および第１〜第３の参考例では、制御光である第１光パルスおよび第２光パルスの波長について詳細に説明していないが、第１光パルスおよび第２光パルスの波長を特に規定する必要はない。すなわち、第１光パルスおよび第２光パルスの波長は、信号光である第３光パルスの波長と同じでもよいし、異なっていてもよい。 In the first to third embodiments and the first to third reference examples , the wavelengths of the first light pulse and the second light pulse that are control lights are not described in detail. The wavelength of the second light pulse need not be specified. That is, the wavelengths of the first optical pulse and the second optical pulse may be the same as or different from the wavelength of the third optical pulse that is the signal light.
本発明は、光通信用光ネットワーク、光通信用回路、光制御用光回路、生体センサー、あるいは生体光信号処理のための光フィルターあるいは光スイッチに適用することができる。 The present invention can be applied to an optical network for optical communication, an optical communication circuit, an optical circuit for light control, a biological sensor, or an optical filter or optical switch for biological optical signal processing.
１，１ａ〜１ｃ…制御光発生装置、２，２ａ〜２ｃ…信号光発生装置、３，３ａ〜３ｇ…第１光パルス、４，４ａ〜４ｇ…第２光パルス、５，５ａ〜５ｇ…第３光パルス、２１…光導波路、２２…半導体微結晶。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
制御光である第１光パルスおよび第２光パルスを前記物質に照射して、この物質の２準位を選択的に共鳴励起する制御光発生装置と、
信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光発生装置とを備え、
前記制御光発生装置と前記信号光発生装置とは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、
前記２準位系物質は、シリコン、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル、マンガン、ガリウム、砒素、インジウム、リン、炭素、ホウ素、窒素のいずれかを含む半導体であり、
前記第３光パルスの波長は、前記半導体の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、
信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とする光フィルター。 A two-level material having two levels resonating with incident light;
A control light generator that irradiates the substance with a first light pulse and a second light pulse, which are control lights, and selectively resonantly excites two levels of the substance;
A signal light generator for irradiating the substance with a third light pulse that is signal light,
The control light generation device and the signal light generation device are configured such that a torque vector of the third light pulse in the Bloch space, the first light pulse, and the second light at a time when the third light pulse is incident on the substance. The pulse areas of the first, second, and third optical pulses are such that a Bloch vector representing a quantum state of a two-level material that is resonantly excited by a pulse satisfies a condition of being parallel or antiparallel. And control the light intensity, phase and time interval of pulses ,
The two-level material is a semiconductor containing any of silicon, germanium, cadmium, selenium, tellurium, manganese, gallium, arsenic, indium, phosphorus, carbon, boron, and nitrogen,
The wavelength of the third light pulse is higher than the light absorption edge of the semiconductor, and is a wavelength at which an excitation level in the light absorption region of the semiconductor resonates.
An optical filter that transmits the third optical pulse that is signal light and absorbs noise light other than the third optical pulse .
制御光である第１光パルスおよび第２光パルスを前記物質に照射して、この物質の２準位を選択的に共鳴励起する制御光発生装置と、
信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光発生装置とを備え、
前記制御光発生装置と前記信号光発生装置とは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、
前記２準位系物質は、酸化シリコンおよびシリコンで構成された光導波路中に分散して存在するナノメーターサイズの半導体微結晶であり、
前記第３光パルスの波長は、前記半導体微結晶の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体微結晶の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、
信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とする光フィルター。 A two-level material having two levels resonating with incident light;
A control light generator that irradiates the substance with a first light pulse and a second light pulse, which are control lights, and selectively resonantly excites two levels of the substance;
A signal light generator for irradiating the substance with a third light pulse that is signal light,
The control light generation device and the signal light generation device are configured such that a torque vector of the third light pulse in the Bloch space, the first light pulse, and the second light at a time when the third light pulse is incident on the substance. The pulse areas of the first, second, and third optical pulses are such that the Bloch vector representing the quantum state of the two-level material resonantly excited by the pulse satisfies the condition of being in a parallel or antiparallel state. And control the light intensity, phase and time interval of pulses,
The two-level material is a nanometer-sized semiconductor microcrystal dispersed and existing in an optical waveguide composed of silicon oxide and silicon.
The wavelength of the third light pulse is higher than the light absorption edge of the semiconductor microcrystal, and is a wavelength at which an excitation level in the light absorption region of the semiconductor microcrystal resonates.
An optical filter that transmits the third optical pulse that is signal light and absorbs noise light other than the third optical pulse .
前記制御光発生装置は、波長が異なる複数の前記第１光パルスおよび波長が異なる複数の前記第２光パルスを前記物質に同時に照射し、
前記信号光発生装置は、波長が異なる複数の前記第３光パルスを前記物質に同時に照射することを特徴とする光フィルター。 The optical filter according to claim 1 or 2 ,
The control light generation device simultaneously irradiates the substance with a plurality of the first light pulses having different wavelengths and a plurality of the second light pulses having different wavelengths,
The signal light generator irradiates the substance with a plurality of the third light pulses having different wavelengths at the same time.
信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光照射ステップとを含み、
前記制御光照射ステップと前記信号光照射ステップとは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、
前記２準位系物質は、シリコン、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル、マンガン、ガリウム、砒素、インジウム、リン、炭素、ホウ素、窒素のいずれかを含む半導体であり、
前記第３光パルスの波長は、前記半導体の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、
信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とする光フィルタリング方法。 Control that selectively irradiates the two levels of this material by irradiating a two-level system material having two levels resonating with incident light with the first light pulse and the second light pulse as control light. A light irradiation step;
And a signal light irradiation step of irradiating the third light pulse is a signal light to the material,
The control light irradiation step and the signal light irradiation step include a torque vector of the third light pulse in the Bloch space, the first light pulse, and the second light at a time when the third light pulse is incident on the substance. The pulse areas of the first, second, and third optical pulses are such that a Bloch vector representing a quantum state of a two-level material that is resonantly excited by a pulse satisfies a condition of being parallel or antiparallel. And control the light intensity, phase and time interval of pulses ,
The two-level material is a semiconductor containing any of silicon, germanium, cadmium, selenium, tellurium, manganese, gallium, arsenic, indium, phosphorus, carbon, boron, and nitrogen,
The wavelength of the third light pulse is higher than the light absorption edge of the semiconductor, and is a wavelength at which an excitation level in the light absorption region of the semiconductor resonates.
An optical filtering method comprising transmitting the third optical pulse that is signal light and absorbing noise light other than the third optical pulse .
信号光である第３光パルスを前記物質に照射する信号光照射ステップとを含み、
前記制御光照射ステップと前記信号光照射ステップとは、前記第３光パルスが前記物質に入射する時間において、ブロッホ空間における前記第３光パルスのトルクベクトルと、前記第１光パルスおよび第２光パルスによって共鳴励起された２準位系物質の量子状態を表すブロッホベクトルとが、平行か反平行である状態となる条件を満たすように、前記第１、第２、第３光パルスのパルス面積と光強度と位相とパルスの時間間隔とを制御し、
前記２準位系物質は、酸化シリコンおよびシリコンで構成された光導波路中に分散して存在するナノメーターサイズの半導体微結晶であり、
前記第３光パルスの波長は、前記半導体微結晶の光吸収端よりも高エネルギーであり、前記半導体微結晶の光吸収領域にある励起準位が共鳴する波長であり、
信号光である前記第３光パルスを透過させ、前記第３光パルス以外のノイズ光を吸収することを特徴とする光フィルタリング方法。 Control that selectively irradiates the two levels of this material by irradiating a two-level system material having two levels resonating with incident light with the first light pulse and the second light pulse as control light. A light irradiation step;
A signal light irradiation step of irradiating the substance with a third light pulse that is signal light,
The control light irradiation step and the signal light irradiation step include a torque vector of the third light pulse in the Bloch space, the first light pulse, and the second light at a time when the third light pulse is incident on the substance. The pulse areas of the first, second, and third optical pulses are such that a Bloch vector representing a quantum state of a two-level material that is resonantly excited by a pulse satisfies a condition of being parallel or antiparallel. And control the light intensity, phase and time interval of pulses,
The two-level material is a nanometer-sized semiconductor microcrystal dispersed and existing in an optical waveguide composed of silicon oxide and silicon.
The wavelength of the third light pulse is higher than the light absorption edge of the semiconductor microcrystal, and is a wavelength at which an excitation level in the light absorption region of the semiconductor microcrystal resonates.
An optical filtering method comprising transmitting the third optical pulse that is signal light and absorbing noise light other than the third optical pulse .
前記制御光照射ステップは、波長が異なる複数の前記第１光パルスおよび波長が異なる複数の前記第２光パルスを前記物質に同時に照射し、
前記信号光照射ステップは、波長が異なる複数の前記第３光パルスを前記物質に同時に照射することを特徴とする光フィルタリング方法。 The optical filtering method according to claim 4 or 5 ,
The control light irradiation step irradiates the substance with a plurality of the first light pulses with different wavelengths and a plurality of the second light pulses with different wavelengths,
The signal light irradiating step irradiates the substance with a plurality of the third light pulses having different wavelengths at the same time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011125398A JP5689747B2 (en) | 2010-12-03 | 2011-06-03 | Optical filter and optical filtering method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010270259 | 2010-12-03 | ||
| JP2010270259 | 2010-12-03 | ||
| JP2011125398A JP5689747B2 (en) | 2010-12-03 | 2011-06-03 | Optical filter and optical filtering method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012133309A JP2012133309A (en) | 2012-07-12 |
| JP5689747B2 true JP5689747B2 (en) | 2015-03-25 |
Family
ID=46648934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011125398A Expired - Fee Related JP5689747B2 (en) | 2010-12-03 | 2011-06-03 | Optical filter and optical filtering method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5689747B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002258224A (en) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Hitachi Ltd | High speed optical switching apparatus |
-
2011
- 2011-06-03 JP JP2011125398A patent/JP5689747B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012133309A (en) | 2012-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9952482B2 (en) | Optical apparatus and method for outputting one or more photons | |
| Leykam et al. | Anomalous topological phases and unpaired Dirac cones in photonic Floquet topological insulators | |
| Yanik et al. | Stopping light all optically | |
| Jalali et al. | Prospects for silicon mid-IR Raman lasers | |
| Parra et al. | Toward applications of slow light technology | |
| US20030202728A1 (en) | Method of varying optical properties of photonic crystals on fast time scales using energy pulses | |
| JP2009516227A (en) | Optical comb frequency source | |
| US7031585B2 (en) | Using electro-magnetically induced transparency in photonic crystal cavities to obtain large non-linear effects | |
| JP6666423B2 (en) | High index contrast photonic devices and their applications | |
| Sun et al. | Infinite-Q guided modes radiate in the continuum | |
| Cakmak et al. | High efficiency of graded index photonic crystal as an input coupler | |
| JP5689747B2 (en) | Optical filter and optical filtering method | |
| Santos | Collinear light modulation by surface acoustic waves in laterally structured semiconductors | |
| Hang et al. | Spatial solitons and instabilities of light beams in a three-level atomic medium with a standing-wave control field | |
| Konoike et al. | On-chip dynamic time reversal of light in a coupled-cavity system | |
| Soroosh et al. | Ultra-fast all-optical half subtractor based on photonic crystal ring resonators | |
| Shinya et al. | All-optical switch and digital light processing using photonic crystals | |
| JP3944569B2 (en) | Optical device | |
| Berezhiani et al. | Frequency up-conversion and trapping of ultrashort laser pulses in semiconductor plasmas | |
| Kumar et al. | Stimulated Raman scattering of laser in heavily doped semiconductors | |
| JP2003185864A (en) | Photonic crystal optical functional element | |
| Moss | Advanced Coupled Sagnac Loop Reflectors for High Performance Optical Filters | |
| Fedorov et al. | New types of optical solitons | |
| Wu et al. | Active Quasi-BIC Enabled Optical Vortex Generation | |
| Eslamian et al. | Design of optical filters and switches used in telecommunications and computer engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130729 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140326 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140715 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140825 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150129 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5689747 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |