JPH08328063A - Ternary nonlinear optical device - Google Patents

Ternary nonlinear optical device

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Publication number
JPH08328063A
JPH08328063A JP7132175A JP13217595A JPH08328063A JP H08328063 A JPH08328063 A JP H08328063A JP 7132175 A JP7132175 A JP 7132175A JP 13217595 A JP13217595 A JP 13217595A JP H08328063 A JPH08328063 A JP H08328063A
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JP
Japan
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light
wavelength
nonlinear optical
order nonlinear
optical
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Application number
JP7132175A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Kondo
裕己 近藤
Naoki Sugimoto
直樹 杉本
Tsuneo Manabe
恒夫 真鍋
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
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Publication of JPH08328063A publication Critical patent/JPH08328063A/en
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Abstract

PURPOSE: To make it possible to obtain a ternary nonlinear optical device capable of executing efficient switching and lessening the attenuation of signal light. CONSTITUTION: The light of a wavelength range where the ternary nonlinear optical sensitivity (X<(3)> ) attains >=10<-8> esu by a degeneracy four light wave mixing method is used as control light 17. A refractive index change is induced by the control light 17. The optical path of the signal light 16 of the wavelength on the longer wavelength side than the control light 17 having an absorption coefft. of <=50cm<-1> is switched and the frequency νs of the signal light 16 is specified to hνs <Ex /2 ((h) is a blank constant) with respect to resonance energy Ex .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a third-order non-linear optical device that enables optical modulation and switching of light in optical communication and optical information processing.

【０００２】[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。2. Description of the Related Art In optical communication and optical information processing, in order to carry signals such as information by light, it is necessary to perform optical control such as modulation and switching. At present, such an optical control uses an electro-optical control method performed by an electric signal. This electro-optical control method is subject to band limitation by a CR time constant as in an electric circuit, and the response speed of the element itself or the speed imbalance between the electric signal and the signal light (controlled light). As a result, the processing speed is limited, and the high bandwidth and high speed, which are advantages of light, cannot be fully utilized.

【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。In order to solve these problems and make full use of the high bandwidth and high speed of light, it is necessary to develop an optical-optical control technique for controlling an optical signal by an optical signal.

【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。In optical information processing equipment such as optical communication, optical switching, optical computers, and optical interconnections, a third-order nonlinear optical material, which is a material capable of controlling light with light, is used as an optical switch or the like. This utilizes the characteristic that optical properties (refractive index, absorption coefficient, etc.) change with light. When switching the signal light (controlled light), the optical properties (refractive index, absorption coefficient, etc.) are changed by injecting the control light into the material.

【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。This change in optical properties required for optical switching generally depends on the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ), the interaction length of the switching element, and the intensity of control light.
The larger the second-order nonlinear susceptibility (χ (3) ), the longer the interaction length of the switching element, and the stronger the intensity of the control light, the greater the amount of change in optical properties.

【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。On the other hand, in order to make full use of the high speed of light-light control, the relaxation time τ needs to be sufficiently small. If the relaxation time τ is large, it takes too much time for the entire system to recover, and eventually a high speed switch cannot be performed.

【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。Among the conventionally known third-order nonlinear optical materials,
Non-resonant materials such as chalcogenide glass and quartz glass have a short relaxation time, and can be said to be advantageous for high-speed switching in that respect. This has a light absorption coefficient of 1
It is also very small as 0 cm −1 or less, and the absorption coefficient has almost no wavelength dependence, which is also advantageous in that respect.

【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。However, in these materials, the third-order nonlinear susceptibility is smaller than 10 -11 esu (electrostatic unit), so that as a device, as described above, the interaction length is increased or the control light is increased. It is necessary to perform switching by increasing the strength. Increasing the interaction length is
There is a problem in that the element length becomes longer and the element becomes larger. Further, in order to increase the intensity of the control light, there are many points that depend on the current development status of the semiconductor laser, and this is not a problem that can be solved immediately.

【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。Further, conventionally known resonant materials such as inorganic superlattice thin films and organic superlattice thin films of third-order nonlinear optical materials have a third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) of about 10 -2 esu. , Known as a very high material. However, since the relaxation time τ is 10,000 times or more as long as that of the non-resonant material, a special device is required for high-speed switching.

【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。On the other hand, a fine particle dispersed material is also known as a third-order nonlinear optical material. Although the relaxation time is slightly longer than that of the non-resonant material, it is much smaller than the inorganic superlattice thin film and the organic superlattice thin film, and in that sense, it is promising as a device application for performing high-speed switching.

【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。However, the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) has wavelength dependence and is about 10 -6 esu at maximum. This maximum value is a practically sufficiently compact interaction length of 1 m.
It is large enough to realize a device of about m,
Due to its wavelength dependence, practical wavelengths are limited.

【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。On the other hand, the absorption coefficient of light also has wavelength dependence. This wavelength dependence means that the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) becomes extremely high at wavelengths with a large absorption coefficient, and conversely, the third-order nonlinear susceptibility also decreases at wavelengths with a small absorption coefficient. is there.

【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。In other words, when light switching is performed using light having a wavelength at which the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) becomes extremely high, the absorption coefficient at that wavelength is large, so that light is transmitted through the optical switching element. However, there is a problem that the intensity of light is attenuated while passing through, and the intensity of light that is switched and emitted from the element becomes extremely weak. On the contrary, at a wavelength with a small absorption coefficient, the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) becomes low, and there is a problem that sufficient switching cannot be performed.

【００１４】[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。The object of the present invention is that the fine particle dispersed material has a high third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ), but the absorption coefficient becomes large at the wavelength at which this characteristic is exhibited. When an optical switching element is manufactured using such a material and optical switching is performed using light of a wavelength with a high third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ), the light is attenuated while passing through the element. Therefore, the above problem that the intensity of light becomes extremely weak at the time of emission is solved.

【００１５】[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νs
は光導波領域の共鳴エネルギーＥX に対してｈνs ＜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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises an optical waveguide region made of a fine particle dispersed material which is a third-order nonlinear optical material whose refractive index changes according to the intensity of incident light. Susceptibility (χ (3) ) is 10 -8 esu
A light having a wavelength range of (electrostatic unit) or more is used as control light, and the control light induces the change in the refractive index, and a signal having a wavelength longer than the control light and having an absorption coefficient of 50 cm -1 or less. While switching the optical path of light, the frequency of signal light ν s
Is hν s <E with respect to the resonance energy E X of the optical waveguide region
Provided is a third-order nonlinear optical device having x / 2 (h is Planck's constant).

【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。As the type of the third-order nonlinear optical material, there are a fine particle dispersion material, an inorganic compound superlattice thin film, an organic compound superlattice thin film, an organic material and the like. In the present invention, the fine particle dispersion material is used for the above purpose. .

【００１７】この材料は共鳴エネルギーＥX を比較的大
きくできるため、信号光の振動数νs を光導波領域の共
鳴エネルギーＥX に対してｈνs ＜Ｅx ／２とするため
に望ましい。Since this material can make the resonance energy E x relatively large, it is desirable to set the frequency ν s of the signal light to hν s <E x / 2 with respect to the resonance energy E x of the optical waveguide region.

【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。The types of fine particles of the fine particle dispersion material include
There are semiconductor fine particles and metal fine particles. The types of semiconductors forming the semiconductor fine particles include CuCl, CuBr, and other 1-7 group compound semiconductors, CdS, CdSe, CdT.
e, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgTe, etc.
Group 6 compound semiconductors, GaAs, GaN, GaP, GaS
There are Group 3-5 compound semiconductors such as b, InAs, InP, and InSb, Group 4 semiconductors such as Si and Ge, or a mixture thereof. The types of metal of the metal fine particles include Au, Cu, Ag, Pt, and Rh.

【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。As a medium for dispersing various fine particles, a semiconductor or a metal can be dispersed as fine particles, and a medium having a small absorption coefficient with respect to the wavelengths of light used as control light and signal light (controlled light). Any material may be used, but glass, polymers, etc. are excellent in terms of durability, stability, and ease of handling. In particular, glass is laser light resistant, weather resistant,
It is preferable because it has excellent durability.

【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。The glass composition may be changed so that the fine particles are easily dispersed, and is not particularly limited. The type of polymer may be changed so that the fine particles are easily dispersed, and is not particularly limited.

【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。The size of the fine particles dispersed in the medium is
The thickness is preferably 1 to 100 nm, particularly 1 to 50 nm. When the size of the particles exceeds 100 nm, the control light and the signal light are lost due to scattering by the particles, and there is a possibility that the optical switching cannot be effectively performed. Further, if the size of the fine particles is less than 1 nm, quantum confinement does not occur and there is a possibility that non-linearity may not be exhibited.

【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。As a method for producing the fine particle dispersion medium material, there are a melt precipitation method, a porous glass impregnation method, a sputtering method and the like. The melt precipitation method is a method in which a raw material containing a fine particle constituent component and a matrix glass component is melted and rapidly cooled to be vitrified, and then fine particles are precipitated in the glass by holding the raw material at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature for an appropriate time. The impregnation method for porous glass is a method for obtaining fine particle-dispersed glass by impregnating the porous glass with the fine particle-dispersed material and then performing non-porous treatment. The sputtering method is a method of obtaining a fine particle-dispersed glass by sputtering a fine particle dispersed material and a glass component as targets.

【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。The form of the optical waveguide region is an optical fiber,
A glass element having a waveguide incorporated in a glass substrate may be used as long as it has a structure for propagating light without loss.

【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。Next, the principle of optical switching in the present invention will be described.

【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。When light for exciting an electron into an excited state is introduced into the material, the material absorbs the energy of the light and the electron is excited into the excited state. This light for exciting the electrons to the excited state is called excitation light. When the intensity of the excitation light is high, the electron density in the excited state increases. Then, absorption is saturated and the absorption coefficient decreases.

【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。A third-order nonlinear optical effect appears when the absorption coefficient changes with the intensity of light. Since the absorption spectrum is generally continuous, the saturation of the absorption spectrum is considered to be a shift (blue shift) to the high energy side of the spectrum. As the absorption spectrum shifts, the refractive index spectrum also shifts to the high energy side,
The result is a change in the refractive index.

【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。The change in the refractive index of the material due to the third-order nonlinear optical effect caused by the optical excitation is expressed by the equation 1 using the nonlinear refractive index n 2 . However, in Equation 1, n 0
Is a linear refractive index, I is a light intensity, and n 2 I is a refractive index change amount.

【００２８】[0028]

【数１】 [Equation 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。The control light for causing switching includes
In order to make the material compact (approximately 1 mm or less),
Light having a wavelength at which the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) of the material evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 10 -8 esu or more is used. The light of this wavelength causes a change in the refractive index. On the other hand, the wavelength of the signal light (controlled light) that is optically switched has an absorption coefficient of 50 cm −1 on the longer wavelength side than the wavelength of the control light.
Light having the following wavelengths is used. By thus setting the wavelength of the control light and the wavelength of the signal light (controlled light) to be different from each other, optical switching can be performed, and at the same time, the intensity of the signal light emitted after being switched can be output with almost no attenuation. It becomes possible.

【００３０】本発明においては、信号光の振動数νs は
共鳴エネルギーＥX に対してｈνs＜Ｅx ／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。[0030] In the present invention, the vibration frequency [nu s of the signal light is also important that a hν s <E x / 2 with respect to the resonance energy E X. That is, when the signal light is used in a region where the absorption is very small as in the present invention, the two-photon absorption cannot be ignored. Depending on the application, switching will be performed a huge number of times, so even a small amount of absorption is a serious problem in practical use. By adopting the above conditions, such absorption can be avoided and more efficient optical switching can be realized.

【００３１】微粒子分散材料は、デバイスの共鳴エネル
ギーＥX を比較的大きくできるため、ｈνs ＜Ｅx ／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。Since the fine particle dispersed material can relatively increase the resonance energy E x of the device, hν s <E x / 2
Is relatively easy, and in that respect, it is a very excellent material. That is, in addition to the structure, the third-order nonlinear optical device of the present invention exhibits a very excellent optical switching function of high speed and low absorption due to the characteristics of the particle-dispersed third-order nonlinear optical device used in the device.

【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。The form of the optical switching device is as follows.
There are optical Kerr shutter type, Mach-Zehnder interferometer type, directional coupling type, prism coupling type, grating coupling type, non-linear etalon type and the like.

【００３３】[0033]

【実施例】【Example】

（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。(Embodiment 1) FIG. 2 shows the structure of a nonlinear optical waveguide used in the third-order nonlinear optical device of this embodiment. This is a schematic view of a cross section of the waveguide structure. This nonlinear optical waveguide is Cu
Core 21 made of Cl fine particle dispersed glass and having a diameter of 50 μm
And a clad 22 made of a glass layer having a diameter of 125 μm, which covers the core 21, in the form of an optical fiber.

【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。The matrix glass composition of the CuCl fine particle-dispersed glass forming the core 21 is soda borosilicate glass (Na 2 O.B 2 O 3 .SiO 2 ), and the glass composition forming the clad 22 also includes It is soda borosilicate glass like the above core. In order for light to propagate in the optical waveguide, the refractive index of the core must be higher than that of the clad. Therefore, ZrO 2 is added to the core soda borosilicate glass in order to increase the refractive index. The length of this waveguide in the light propagation direction is 300 μm.

【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Ｅx は
３．２３ｅＶであった。In order to manufacture an optical fiber which is an optical waveguide having such a core-clad structure, a core raw material and a clad raw material were prepared and manufactured by a conventional double crucible method. The fiber produced by the double crucible method was heat-treated in order to deposit CuCl fine particles on the core portion. C deposited on the core part by this heat treatment
The average particle size of the uCl fine particles was 8 nm as a result of TEM observation. Further, the resonance energy E x of the optical waveguide was 3.23EV.

【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。FIG. 1 is an embodiment of a third-order nonlinear optical device of the present invention using the nonlinear optical waveguide shown in FIG. 2, and is a schematic configuration diagram of light-light control using a Mach-Zehnder interferometer. In the figure, the wavelength is 1.55μ from the entrance 16.
m signal light (controlled light) is incident. Wavelength 1.55μ
m light has an energy of 0.80 eV. The CuCl fine particle-dispersed glass used has an absorption coefficient of 10 cm −1 for light having a wavelength of 1.55 μm.

【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。By the beam splitter 11, 1.55
The transmitted light and the reflected light of the light having a wavelength of μm are split into 1: 1. Due to this, the beam incident from the incident light 16 is
It is divided into two optical paths.

【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。One of the two optical paths passes through the optical path A, is totally reflected by the total reflection mirror 12, and enters the beam splitter 13. The other beam passes through the optical path B and is reflected by the dielectric multilayer mirror 14. The dielectric multilayer film mirror 14 is designed to totally reflect light having a wavelength of 1.55 μm. Further, the beam is reflected by the dielectric multi-layer film mirror, then enters the nonlinear optical waveguide 15 made of CuCl fine particle dispersed glass which is the third-order nonlinear optical material of the present invention, and is combined with the beam in the beam splitter 13. .

【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。The output direction of the combined beam is controlled and output to the emission port 18 or 19 by the relative phase difference between the two combined beams. The method of controlling the output direction of the signal light (controlled light), that is, causing the relative phase difference between the two beams, depends on whether or not the control light causing the refractive index change is incident on the nonlinear optical waveguide. To do.

【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。If the optical path lengths of the optical path A and the optical path B (the sum of the numerical values obtained by multiplying the actual distance and the refractive index of the constituent elements of the optical path for each constituent element of the optical path) are set to be the same, After the light (controlled light) has passed through the beam splitter 13, the combined beam is output as an output 18
Are strengthened in the direction of and output. On the other hand, the beams in the direction of the emission port 19 are not weakened and output as a result of interference. Therefore, when the optical path lengths of the optical path A and the optical path B are the same, the signal light (controlled light) is emitted in the direction of the emission port 18.

【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。When the control light is incident to cause a change in the refractive index in the nonlinear optical waveguide and the optical path length of the portion where the third-order nonlinear optical material is inserted changes by a half wavelength of the signal light wavelength,
The interference states in the beam splitter 13 are reversed, and the combined beams are strengthened and output in the direction of the emission port 19 as a result of the interference. On the other hand, the beams in the direction of the exit 18 are weakened as a result of interference and are not output.

【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。Therefore, by inputting the control light, the optical path lengths of the optical path A and the optical path B can be shifted by a half wavelength of the signal light (controlled light), that is, a relative phase difference can be induced and the signal light can be induced. The (controlled light) is emitted in the direction of the emission port 19, and the emission port can be changed from 18 to 19.

【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。The method of causing the control light to enter the nonlinear optical waveguide is performed by preparing the entrance 17. The wavelength of the control light is 3 for the material evaluated by the degenerate 4-wave mixing method.
Light having a wavelength at which the second-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) is 10 -8 esu or more is used. In the case of the present embodiment, C is added to the nonlinear optical waveguide.
Using uCl fine particle dispersed glass, the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 10 -8.
The wavelength range of esu or more is 387 to 383 nm. Therefore, the wavelength of the control light is set to 385 nm.

【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。At this time, the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 2 × 10 -6 esu, and the absorption coefficient for light having a wavelength of 385 nm is
It was 400 cm -1 .

【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。The control light having a wavelength of 385 nm entered from the entrance 17 enters the nonlinear optical waveguide via the dielectric multilayer film mirror 14. The dielectric multilayer film mirror 14 is
It is designed to have a reflectance of 0 for light having a wavelength of 385 nm.

【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。By doing so, the light having a wavelength of 1.55 μm, which has an absorption coefficient of 50 cm −1 or less, and the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) evaluated by the degenerate four-wave mixing method ) in the nonlinear optical waveguide. ) Becomes 2 × 10 −6 esu, 385 nm
Light having a wavelength of 385 nm in the wavelength range in which the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) by the degenerate four-wave mixing method is 10 -8 esu or more can be used as control light. This control light causes a change in the refractive index in the nonlinear optical waveguide, and signal light with a wavelength of 1.55 μm (controlled light)
It is possible to switch the optical path of.

【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。(Embodiment 2) FIG. 3 shows the structure of a nonlinear optical waveguide used in the third-order nonlinear optical device of this embodiment.
This is a schematic diagram of a waveguide structure. The structure of this non-linear optical waveguide is a structure in which a glass substrate 32 is incorporated with a waveguide portion 31 which functions to transmit light without being lost.

【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。The glass composition forming the glass substrate 32 is quartz glass. The waveguide portion 31 is made of Cu fine particle dispersed glass and has a width of 10 μm and a thickness of 5 μm.
The matrix glass composition of the Cu fine particle-dispersed glass forming the waveguide part 31 is quartz glass like the above-mentioned glass substrate. However, in order to propagate light in the optical waveguide, the refractive index of the waveguide part is set to the glass substrate. It must be higher than the refractive index of.

【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。In the case of quartz glass, the refractive index can be increased by adding GeO 2 . Therefore, GeO 2 is added to quartz glass.
Was added to make the refractive index of the waveguide portion higher than that of the glass substrate. The length of this waveguide in the light propagation direction is 500 μm.

【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。In order to fabricate an optical waveguide having a structure in which a waveguide portion that functions to transmit light without being lost is incorporated in such a glass substrate, first, the glass substrate is etched to have a width of 10 μm, Processing was performed so that a groove having a depth of 5 μm was formed. Next, glass having the composition of the nonlinear optical waveguide portion was deposited on the groove portion by sputtering so that the thickness was 5 μm.

【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Ｅx は２．１４ｅＶであっ
た。The glass substrate and the waveguide portion were heat-treated in order to deposit Cu fine particles on the waveguide portion. The average particle diameter of the Cu fine particles deposited on the waveguide portion by this heat treatment was 45 nm as a result of TEM observation. Further, the resonance energy E x of the optical waveguide was 2.14 eV.

【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。As a device using the nonlinear optical material shown in FIG. 3, light-light control using the Mach-Zehnder interferometer shown in FIG. 1 was adopted. Light having a wavelength of 1.55 μm is used as the signal light as in the first embodiment. The Cu fine particle-dispersed glass used as the nonlinear material has an absorption coefficient of 10 cm −1 for light having a wavelength of 1.55 μm.

【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。As the wavelength of the control light, as in the case of Example 1, a light having a wavelength at which the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) of the material evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 10 -8 esu or more is used. To use. In the case of this example, Cu fine particle-dispersed glass is used for the nonlinear optical waveguide, and the wavelength range where the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 10 −8 esu or more is 585. ˜575 nm. Therefore, the wavelength of the control light is set to 580 nm. At this time, the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 4 × 10
-7 esu, and the absorption coefficient for light having a wavelength of 580 nm was 2000 cm -1 .

【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。Also in the present embodiment, it is possible to switch the signal light with less absorption.

【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Ｅx は２．３２ｅＶであった。(Embodiment 3) The nonlinear optical waveguide used in the third-order nonlinear optical device of this embodiment has the same structure as that shown in FIG. 2, and is manufactured by the same manufacturing method. However, this nonlinear optical waveguide is made of Au fine particle-dispersed glass, and the length of this waveguide in the light propagation direction is 1
mm, and the average particle size of the Au fine particles deposited on the core was 80 nm as a result of TEM observation. Resonance energy E x of the optical waveguide was 2.32EV.

【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。FIG. 4 shows another embodiment of the third-order nonlinear optical device of the present invention, which is a schematic configuration diagram of light-light control. In the figure, the wavelength of vertically polarized light from the entrance 45 is 1.55.
Signal light (controlled light) of μm is incident. Using A
The u fine particle-dispersed glass has an absorption coefficient of 1 cm −1 for light having a wavelength of 1.55 μm. Dielectric multilayer mirror 42
The signal light is incident on the nonlinear optical waveguide 44 made of Au fine particle-dispersed glass which is the third-order nonlinear optical material of the present invention.

【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。This dielectric multilayer mirror 42 has a thickness of 1.55.
It is designed to completely transmit light having a wavelength of μm. Here, a polarizer 41 that transmits only vertically polarized light is installed before entering the Au fine particle dispersed glass, and an analyzer 43 that only transmits horizontally polarized light is installed at the exit of the waveguide. It cannot pass and is not detected at the output light exit port 47.

【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。When control light is input to cause a change in the refractive index in the nonlinear optical waveguide, anisotropy is induced in the refractive index and the plane of polarization is rotated. The method of causing the rotation of the plane of polarization is
This is performed depending on whether control light that causes a change in the refractive index is incident on the nonlinear optical waveguide.

【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。The method of causing the control light to enter the nonlinear optical waveguide is performed by preparing the entrance 46. The wavelength of the control light is 3 for the material evaluated by the degenerate 4-wave mixing method.
Light having a wavelength at which the second-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) is 10 -8 esu or more is used. In the case of this embodiment, the nonlinear optical waveguide has A
u fine particle dispersed glass is used, and the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 10 -8 es.
The wavelength range of u or more is 530 to 540 nm. Therefore, the wavelength of the control light is set to 535 nm.

【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。At this time, the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) evaluated by the degenerate four-wave mixing method is 1 × 10 -7 esu, and the absorption coefficient for light with a wavelength of 535 nm is
It was 3000 cm -1 .

【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。The control light having a wavelength of 535 nm entered from the entrance 46 enters the nonlinear optical waveguide via the dielectric multilayer film mirror 52. The dielectric multilayer mirror 42 is designed to totally reflect light having a wavelength of 535 nm.

【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。By doing so, the light having a wavelength of 1.55 μm, which has an absorption coefficient of 50 cm −1 or less, and the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) evaluated by the degenerate four-wave mixing method ) in the nonlinear optical waveguide. ) Becomes 1 × 10 −7 esu, 535 nm
535 on the shorter wavelength side than the longest wavelength in the wavelength range where the third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) by the degenerate four-wave mixing method is 10 -8 esu or more.
The control light has a wavelength of nm, and the control light causes a change in the refractive index in the nonlinear optical waveguide, rotates the polarization plane of the signal light, and has an absorption coefficient of 50 cm -1 or less and a longer wavelength than the control light. The signal light (controlled light) having a wavelength of 1.55 μm on the side can be output to the emission port 43.

【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。The third-order nonlinear optical device of the present invention has been described above in detail with reference to the examples, but the present invention is not limited to the examples. In this embodiment, the form of the material is an optical fiber or an optical waveguide, but any material may be used as long as it has a structure capable of propagating light. In addition, as the form of the third-order nonlinear optical device, an example in which a Mach-Zehnder interferometer is applied has been described, but an optical Kerr shutter type, a directional coupling type,
A prism coupling type, a grating coupling type, a non-linear etalon type, etc., which causes a change in the refractive index by control light and switches the optical path of a signal light having an absorption coefficient of 50 cm -1 or less and a wavelength longer than the control light. Any structure will do as long as it can.

【００６４】[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。According to the present invention, the third-order nonlinear susceptibility (χ
It is possible to obtain a third-order nonlinear optical device which has high (3) ), which enables efficient switching, and which causes almost no attenuation of signal light when passing through the element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a third-order nonlinear optical device of the present invention.

【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FIG. 2 is a sectional view of an optical fiber structure which is an example of a nonlinear optical waveguide used in the present invention.

【図３】本発明で用いる非線形光導波路の他の例の斜視
図FIG. 3 is a perspective view of another example of the nonlinear optical waveguide used in the present invention.

【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FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the third-order nonlinear optical device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 11, 13 ... Beam splitter 12 ... Total reflection mirror 14, 42 ... Dielectric multilayer film mirror 15, 44 ... Non-linear optical waveguide 21 ... Core 22 ... Clad 31 ... Guide Waveguide part 32 ... Glass substrate 41 ... Polarizer 43 ... Analyzer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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νs は光導波領域の共鳴エネルギ
ーＥX に対してｈνs ＜Ｅx ／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。1. A third-order nonlinear susceptibility (χ (3) ) obtained by a degenerate four-wave mixing method, comprising an optical waveguide region made of a fine particle dispersion material, which is a third-order nonlinear optical material whose refractive index changes with incident light intensity. Of light having a wavelength range of 10 -8 esu (electrostatic unit) or more is used as control light, and the control light induces the change in the refractive index and has an absorption coefficient of 50 cm -1 or less and has a longer wavelength than the control light. While switching the optical path of the signal light of the side wavelength, the frequency ν s of the signal light is hν s <E x / 2 (h is Planck's constant) with respect to the resonance energy E X of the optical waveguide region.
A third-order nonlinear optical device characterized by: 【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。2. The third-order nonlinear optical device according to claim 1, wherein the fine particles dispersed in the third-order nonlinear optical material are made of metal or semiconductor. 【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。3. The third-order nonlinear optical device according to claim 2, wherein the particle size of the fine particles is 1 to 100 nm.
JP7132175A 1995-05-30 1995-05-30 Ternary nonlinear optical device Pending JPH08328063A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011257582A (en) * 2010-06-09 2011-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical switch
JP2011257581A (en) * 2010-06-09 2011-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical material

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