3次の非線形性を用いた有機非線形光制御デバイス

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09222215
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 村田 博司 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (20239528)
• 研究分担者: 井筒 雅之 郵政省通信総合研究所, 光技術部, 室長 (70093375)
• キーワード: 非線形光学 / 有機光学材料 / 光導波路 / 光集積回路 / 色素 / 非線形屈折率 / 光スイッチ / 非線形デバイス

研究概要

本研究では、有機非線形光学材料の持つ3次非線形性を活用することを目指して、デバイス応用の観点から、光波マニピュレーション技術を追求した。3次の非線形光学効果を利用すると、「自己保持型の光スイッチ」や「光双安定デバイス」などのように、2次の非線形光学効果や他種の(電気、音響、磁気光学効果などの)非線形光学効果では得ることが困難である。さまざまな、特徴ある、有用な機能を持つ光デバイスを実現できる可能性がある。これまでの研究成果を基に、有機材料を使用するのに適したデバイス構造の考究、さらにデバイスの試作、動作実験により、3次の非線形光制御デバイスを構成する上での有機材料の重要性を明らかにすることを目的として研究を行った。
京都女子大学・松岡賢教授により分与されたキノン系色素材料を評価の対象として、研究を進めた。本年度は、以下のような成果が得られた。
●デバイス構成法:昨年度までの研究により、良好な非線形光学特性が得られることを確認している有機色素薄膜を用いて、部分的に非線形性を持つ光導波回路を実現するための、具体的なデバイス構成法、および期待される機能・特性を考究した。
●デバイス作成法:有機色素薄膜光導波路の導波特性の改良を試みた。色素薄膜蒸着の時の条件を改良することで、低損失な非線形導波路が得られること、さらに色素微結晶の配向方向を制御できることがわかった。
●試作・動作実験:試作した低損失色素薄膜装荷チャネル光導波路の非線形光学特性を測定した。ピコ秒パルスレーザとストリークカメラを用いた実験により、高速(応答時間10ps以下)かつ大きな(光誘起位相変化量2π以上)3次非線形性を確認した。また、光波の偏光状態によって非線形特性が大きく異なることを見出した。これらにより、超高速光-光制御デバイス実現の見通しが得られ、有機非線形デバイスの研究をさらに発展させるための基礎を固めることができた。

研究成果

• [文献書誌] Hiroshi MURATA: "Light-Induced Index Change with a Fast Response Time and Nonlinear Absorption in the Waveguide of a Novel Organic Quinoid Dye" Journal of the Optical Society of America B. Vol.15, No.2. 884-888 (1998)
• [文献書誌] Hiroshi MURATA: "Optical Bistability and All-Optical Switching in Novel Waveguide Junctions with Localized Optical Nonlinearity" IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology. Vol.16, No.5(to be published). (1998)
• [文献書誌] Hiroshi MURATA: "Nonlinear Index Change in a Waveguide of a Novel Organic Quinoid Dye and its Applications to All-Optical Devices" Proceedings of Fourth International Conference on Organic Nonlinear Optics. (to be published). (1998)
• [文献書誌] 井筒 雅之: "3次の非線形性を利用した有機光制御デバイス" 光学. Vol.26,No.3. 137-141 (1997)
• [文献書誌] 村田 博司: "キノン系色素薄膜装荷光導波路の非線形屈折率効果" 応用物理学会第58回秋季全国大会論文集. Vol.1,No.3. 1103-1103 (1997)
• [文献書誌] 村田 博司: "有機色素薄膜を用いた3次非線形光導波路とその光-光デバイスへの応用" 電気関係学会関西支部連合大会論文集. Vol.1. S45-S45 (1997)