3次の非線形性を用いた有機非線形光制御デバイス

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、光波マニュ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」、あるいは「光信号波形の時間反転デバイス」などのように、2次の非線形光学効果や多種の(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のできない、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。前年度の研究成果を基に、有機材料を使用するに適したデバイス構造を考究し、試作、動作実験を行うことによって、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べく研究を遂行した。本年度は、特に、実験研究において大きな成果が得られた。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。1.デバイス構成法:有機色素を用いて、部分的に非線形性を持つ光導波回路を形成することを考え、導波路分岐型、方向性結合器型など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。2.デバイス作成法:材料の持つ非線形性を損なうことのない光導波路の作成方法について研究を進めた。特に、ガラス基板光導波路上に、色素を真空蒸着することで、良好な非線形導波路を作成できることを見出した。3.試作・動作実験:上記の方法を用いて作製した色素薄膜装荷チャン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10ピコ秒以下)かつ大きな(光誘起位相変化量2パイ以上)3次非線形性を確認した。これより、超高速光-光制御デバイス実現の見通しが得られ、本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。

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、光波マニュ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」、あるいは「光信号波形の時間反転デバイス」などのように、2次の非線形光学効果や多種の(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のできない、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。前年度の研究成果を基に、有機材料を使用するに適したデバイス構造を考究し、試作、動作実験を行うことによって、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べく研究を遂行した。本年度は、特に、実験研究において大きな成果が得られた。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。1.デバイス構成法:有機色素を用いて、部分的に非線形性を持つ光導波回路を形成することを考え、導波路分岐型、方向性結合器型など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。2.デバイス作成法:材料の持つ非線形性を損なうことのない光導波路の作成方法について研究を進めた。特に、ガラス基板光導波路上に、色素を真空蒸着することで、良好な非線形導波路を作成できることを見出した。3.試作・動作実験:上記の方法を用いて作製した色素薄膜装荷チャン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10ピコ秒以下)かつ大きな(光誘起位相変化量2パイ以上)3次非線形性を確認した。これより、超高速光-光制御デバイス実現の見通しが得られ、本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。