(57)【要約】【課題】  スイッチング効率が高くかつ応答速度が高い超高速の光スイッチ並びに、光スイッチを用いた光分配装置及び光多重化装置の提供。【解決手段】  光スイッチ１は、基板１０上に、高反射率の反射層１２と、活性膜１４と、低反射率の反射層１６とをこの順に積層してなる。活性膜１４は、非線形光学材料からなる。活性膜１４の膜厚は、信号光及び制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たすか、又は、信号光の波長をλ1とし、制御光の波長をλ2としたときに、（λ1＋λ2）／２〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たす。【選択図】  図１
2006003730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、
前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たす光スイッチ。
【請求項２】
非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、
前記活性膜の膜厚は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、（λ1＋λ2）／２〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たす光スイッチ。
【請求項３】
非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から直線偏光された信号光と、前記信号光に対して偏光方向が傾けられた制御光と、を照射し、前記信号光の前記高反射率の反射面又は反射層により反射された反射光のうち、前記信号光に対して偏光方向が異なる特定の偏光成分だけを分離する分離手段を備え、前記活性膜内に前記制御光の照射によって屈折率異方性が誘起されることにより、前記信号光中の、前記制御光と同時にかつ同一箇所に照射された直線偏光パルスが、楕円偏光パルス又は偏光面の回転した直線偏光パルスに変換される光カー効果を利用した光スイッチであって、
前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たす光スイッチ。
【請求項４】
非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から直線偏光された信号光と、前記信号光に対して偏光方向が傾けられた制御光と、を照射し、前記信号光の前記高反射率の反射面又は反射層により反射された反射光のうち、前記信号光に対して偏光方向が異なる特定の偏光成分だけを分離する分離手段を備え、前記活性膜内に前記制御光の照射によって屈折率異方性が誘起されることにより、前記信号光中の、前記制御光と同時にかつ同一箇所に照射された直線偏光パルスが、楕円偏光パルス又は偏光面の回転した直線偏光パルスに変換される光カー効果を利用した光スイッチであって、
前記活性膜の膜厚は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、（λ1＋λ2）／２〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たす光スイッチ。
【請求項５】
前記信号光又は前記制御光が前記活性膜を１回透過するときの透過率は、３７％以上である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記活性膜の一方の面に金属層が設けられ、前記高反射率の反射面は、前記金属層と前記活性膜との界面である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記高反射率の反射層は、多層膜ミラーである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記低反射率の反射面は、前記活性膜と空気又は真空との界面である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記低反射率の反射層は、多層膜ミラーである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記低反射率の反射層は、前記信号光の波長をλ1としたときにλ1／２の略整数倍の光学厚さを有する透明薄膜である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１１】
前記低反射率の反射層が、前記制御光に対しては無反射膜として働き且つ前記信号光に対しては低反射率ミラーとして働き、前記活性膜の膜厚が前記信号光に対して共振条件を満たす請求項１又は３に記載の光スイッチ。
【請求項１２】
前記低反射率の反射層が、前記信号光に対しては無反射膜として働き且つ前記制御光に対しては低反射率ミラーとして働き、前記活性膜の膜厚が前記制御光に対して共振条件を満たす請求項１又は３に記載の光スイッチ。
【請求項１３】
前記非線形光学材料は、有機分子である請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１４】
前記有機分子は、スクエアリリウム化合物である請求項１３に記載の光スイッチ。
【請求項１５】
前記有機分子は、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物である請求項１３に記載の光スイッチ。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光スイッチを用いた光分配装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光スイッチを用いた光多重化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理あるいは光通信システムに用いられる、光で制御する超高速の光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置に関し、特に時空間変換に適する面型の光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットを初めとする情報通信の発達により、通信幹線に必要とされる容量は飛躍的に増大しつつある。増大する情報量に対応したＴｂｉｔ／ｓ（テラビット／秒）オーダーの超高速光通信網を実現するためには、１本の光ファイバーでより多くの情報を送ることのできる、時分割多重、波長多重、などの方法が検討されている。
【０００３】
時分割多重方式の光通信システムでは、送信側において、多チャンネルの信号光を時間的にシリアルな信号光に多重化して、１本の光ファイバ伝送路に送出し、受信側において、その多重化されたシリアル信号光を多チャンネルの信号光に分配する。それに対応した光多重化（光マルチプレックス）および光分配（光デマルチプレックス）の方法が研究されている。電気的にテラビット信号を制御することは困難なため、光でテラビット信号を制御する光スイッチとして、いくつかの方式が検討されている。その１つとして、制御光が照射されている間だけ信号光の透過率が増加してＯＮ状態になるような材料を用いた大面積の光分配用光スイッチが提案された（例えば、特許文献１参照。）。この光スイッチは１Ｔｂｐｓのシリアル信号を複数のパラレル信号に一括して変換できるという特徴を有する。
【０００４】
この超高速光スイッチのＯＮ／ＯＦＦ比を大きくする方法として、光カー効果を利用することができる（例えば、特許文献２参照。）。光カー効果とは、制御光パルスによって誘起された非線形光学媒質の屈折率異方性によって、信号光パルスが直線偏光から楕円偏光（あるいは偏光面の回転した直線偏光）に変換されることを利用しており、出力信号のＯＦＦレベルを非常に低くできることを特徴とする。しかしながら面型の光カースイッチでは信号光と制御光との相互作用距離が短いために出力信号のＯＮレベルも比較的小さく、スイッチング効率を高めることが課題となっている。
面型光カースイッチの非線形光学媒質として、スクエアリリウム化合物膜、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物膜などが用いられているが、これらの材料に入射する信号光あるいは制御光の波長は光吸収のある波長域を用いるために、一定の厚さ以上に膜厚を厚くすると、信号光あるいは制御光が減衰してしまい、大きな出力信号を得ることができない。
【０００５】
一方、ファブリ−ペロー微小共振器を利用して共振器内部の高い光電場を利用した光スイッチが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。ファブリ−ペロー微小共振器型光スイッチは、入力光波長の２分の１の光学厚さの非線形光学媒質膜の両面を誘電体媒質あるいは金属薄膜で被覆してミラーを形成したものである。光学厚さは、（屈折率）×（膜厚）を波長単位で表した量と定義される。しかしながら、両側に反射率の高いミラーを配置した場合、定常状態になるまでの時定数が長いという問題があり、１００Ｇｂｉｔ／ｓないし１Ｔｂｉｔ／ｓの超高速光信号を入力した場合に応答速度が不十分である。
【０００６】
また、上側反射面の反射率と下側反射面の反射率とが異なる非対称ファブリ−ペロー共振器を用いて半導体材料の吸収飽和を利用した光スイッチについて報告がある（例えば、特許文献４参照。）。しかし、これは吸収飽和型の光スイッチにおいて上下のミラーの反射率を調整して反射出力信号のＯＦＦレベルを０にするためのものである。
【特許文献１】特開平１１−１５０３１号公報  （図１）
【特許文献２】特開２００２−２５８３３３号公報
【特許文献３】特開平１１−８４４３７号公報
【特許文献４】特開平０７−３２５２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、面型の光スイッチでは信号光と制御光との相互作用距離が短いために、スイッチング効率が低くて、大きな出力信号を得ることができないことが問題であった。また、ファブリ−ペロー微小共振器を利用した光スイッチでは時定数が長く超高速応答ができないことが問題であった。
本発明は、上記問題点に鑑みスイッチング効率が高くかつ応答速度が高い超高速の光スイッチを提供することを目的とする。さらに、光スイッチを用いた光分配装置及び光多重化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明は、
＜１＞  非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たす光スイッチである。
【０００９】
＜２＞  非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から信号光と制御光とを照射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、（λ1＋λ2）／２〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たす光スイッチである。
【００１０】
＜３＞  非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から直線偏光された信号光と、前記信号光に対して偏光方向が傾けられた制御光と、を照射し、前記信号光の前記高反射率の反射面又は反射層により反射された反射光のうち、前記信号光に対して偏光方向が異なる特定の偏光成分だけを分離する分離手段を備え、前記活性膜内に前記制御光の照射によって屈折率異方性が誘起されることにより、前記信号光中の、前記制御光と同時にかつ同一箇所に照射された直線偏光パルスが、楕円偏光パルス又は偏光面の回転した直線偏光パルスに変換される光カー効果を利用した光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光及び前記制御光の少なくとも一方に対して共振条件を満たす光スイッチである。
【００１１】
＜４＞  非線形光学材料を活性膜とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の前記他方の面側から直線偏光された信号光と、前記信号光に対して偏光方向が傾けられた制御光と、を照射し、前記信号光の前記高反射率の反射面又は反射層により反射された反射光のうち、前記信号光に対して偏光方向が異なる特定の偏光成分だけを分離する分離手段を備え、前記活性膜内に前記制御光の照射によって屈折率異方性が誘起されることにより、前記信号光中の、前記制御光と同時にかつ同一箇所に照射された直線偏光パルスが、楕円偏光パルス又は偏光面の回転した直線偏光パルスに変換される光カー効果を利用した光スイッチであって、前記活性膜の膜厚は、前記信号光の波長をλ1とし、前記制御光の波長をλ2としたときに、（λ1＋λ2）／２〜λ2の間の波長に対して共振条件を満たす光スイッチである。
【００１２】
＜５＞  前記信号光又は前記制御光が前記活性膜を１回透過するときの透過率は、３７％以上である＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１３】
＜６＞  前記活性膜の一方の面に金属層が設けられ、前記高反射率の反射面は、前記金属層と前記活性膜との界面である＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１４】
＜７＞  前記高反射率の反射層は、多層膜ミラーである＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１５】
＜８＞  前記低反射率の反射面は、前記活性膜と空気又は真空との界面である＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１６】
＜９＞  前記低反射率の反射層は、多層膜ミラーである＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１７】
＜１０＞  前記低反射率の反射層は、前記信号光の波長をλ1としたときにλ1／２の略整数倍の光学厚さを有する透明薄膜である＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１８】
＜１１＞  前記低反射率の反射層が、前記制御光に対しては無反射膜として働き且つ前記信号光に対しては低反射率ミラーとして働き、前記活性膜の膜厚が前記信号光に対して共振条件を満たす＜１＞又は＜３＞に記載の光スイッチである。
【００１９】
＜１２＞  前記低反射率の反射層が、前記信号光に対しては無反射膜として働き且つ前記制御光に対しては低反射率ミラーとして働き、前記活性膜の膜厚が前記制御光に対して共振条件を満たす＜１＞又は＜３＞に記載の光スイッチである。
【００２０】
＜１３＞  前記非線形光学材料は、有機分子である＜１＞乃至＜１２＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００２１】
＜１４＞  前記有機分子は、スクエアリリウム化合物である＜１３＞に記載の光スイッチである。
【００２２】
＜１５＞  前記有機分子は、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物である＜１３＞に記載の光スイッチである。
【００２３】
＜１６＞  ＜１＞乃至＜１５＞のいずれか１つに記載の光スイッチを用いた光分配装置である。
【００２４】
＜１７＞  ＜１＞乃至＜１５＞のいずれか１つに記載の光スイッチを用いた光多重化装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光スイッチは、光で制御する光スイッチであって、共振効果によりスイッチング効率が高くＯＮ信号が大きい。また、時定数が短いために超高速の応答性を発揮する、という効果を有する。さらに、本発明の光分配装置及び光多重化装置は、本発明の光スイッチを用いるため、超高速動作が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置について詳細に説明する。
＜光スイッチ＞
本発明は、非線形光学材料を薄膜（以下、活性膜と称する。）とし、前記活性膜の一方の面に高反射率の反射面又は反射層を有し、前記活性膜の他方の面に低反射率の反射面又は反射層を有する非対称な共振器により、高いスイッチング効率と短い応答時間を兼ね備えた光スイッチを実現させるものである。
３次の非線形光学効果の一種である光カー効果の場合、出力信号の振幅Ｆは、活性膜内の入力信号光の電場振幅Ｅ1および活性膜の厚さｄに比例し、さらに活性膜内の制御光の電場振幅Ｅ2の２乗に比例する。すなわちＦは下記式（１）で表される。
【００２７】
【数１】
2006003730.tif 000003
【００２８】
式（１）において、χ(3)は活性膜の３次非線形感受率を表す。
また、出力信号の強度ＩはＦ2に比例するので、出力信号強度はＥ12およびＥ24に比例する。比例係数をＣとすると、出力信号強度は下記式（２）で表される。
【００２９】
【数２】
2006003730.tif 000004
【００３０】
従って、信号光および制御光を共に共振させてＥ1とＥ2とを入射光の振幅に対して増大させることによって、大きな出力信号を得ることができる。たとえば、Ｅ1およびＥ2をそれぞれ２倍にすることができれば、出力信号は６４倍になる。
【００３１】
次に、本発明の光スイッチの作用について、図１を用いて説明する。図１は、光スイッチ１の断面図を表す。光スイッチ１は、基板１０上に、高反射率の反射層１２と、活性膜１４と、低反射率の反射層１６とをこの順に積層してなる。なお、基板１０、高反射率の反射層１２、活性膜１４及び低反射率の反射層１６に用いられる具体的な材料については後述する。
光スイッチ１において、活性膜１４の厚さをｄと、反射層１６の反射率をＲ1と、反射層１２の反射率をＲ2とする。また活性膜１４の屈折率をｎとする。ｎは波長λにより変化し、また活性膜１４を構成する非線形光学材料に吸収があるときにはｎは複素数である。
【００３２】
光スイッチ１に垂直に波長λの信号光が入射した場合、膜厚ｄにより膜内の電場最大値はおよそ図２のように周期的に変化する。図２は、活性膜１４の膜厚ｄの変化に対する電場振幅の変化を表す。波長λA及び波長λBは、各々１５５０ｎｍ及び１６３０ｎｍである。
反射層１６及び反射層１２による反射における位相変化が各々φ1とφ2とであるときには、波長λと膜厚ｄとが下記式（３）に一致したとき、共振により内部電場は最大になる。
【００３３】
【数３】
2006003730.tif 000005
【００３４】
なお、式（３）においてｍは正の整数を表し、ｄ0は共振膜厚を表し、λ0は共振波長を表す。つまり、最低次（ｍ＝１）の共振は、下記式（４）で起きる。
【００３５】
【数４】
2006003730.tif 000006
【００３６】
また、高次の共振は（λ0／２ｎ）の周期で起きる。内部電場を強めるために、波長と膜厚とが式（３）又は式（４）を満たす必要がある。
式（３）は、光波が活性膜１４内を１往復したときの位相変化δを下記式（５）として、位相整合の条件である下記式（６）から導かれたものである。
【００３７】
【数５】
2006003730.tif 000007
【００３８】
【数６】
2006003730.tif 000008
【００３９】
通常のファブリペロー共振器においては、透過光強度が極大となる共振点の両側で強度が極大値の半分になる幅を半値幅という（マックス・ボルン、エミル・ウォルフ著、光学の原理ＩＩ、ｐ．５１５、東海大学出版会）。空気と活性膜との界面の反射率をＲとして、共振の次数がｍで強度が極大値の半分になる点での位相δを式（７）とする。
【００４０】
【数７】
2006003730.tif 000009
【００４１】
この場合、位相半値幅εは、下記式（８）で表される。
【００４２】
【数８】
2006003730.tif 000010
【００４３】
式（５）から位相は膜厚および波長に依存しているので、膜厚ｄ0での共振波長を式（３）のλ0とすれば、波長半値幅Δλは近似的に下記式（９）で与えられる。
【００４４】
【数９】
2006003730.tif 000011
【００４５】
本発明の光スイッチにおいては、上下のミラーの反射率が異なるので、ＲのかわりにＲ1とＲ2の幾何平均、すなわち下記式（１０）を用いる。
【００４６】
【数１０】
2006003730.tif 000012
【００４７】
従って、本発明の光スイッチの波長半値幅Δλは近似的に下記式（１１）で与えられる。
【００４８】
【数１１】
2006003730.tif 000013
【００４９】
ただし、式（１１）における下記記号は、４乗根を意味する。
【００５０】
【数１２】
2006003730.tif 000014
【００５１】
本発明において「共振条件を満たす」とは、波長λが下記式（１２）の範囲内にあることをいう。
【００５２】
【数１３】
2006003730.tif 000015
【００５３】
言い換えれば、本発明において「共振条件を満たす」とは、活性膜の膜厚ｄが下記式（１２’）の範囲にあることをいう。
【００５４】
【数１４】
2006003730.tif 000016
【００５５】
簡単のために反射層１６では位相変化が生じないものとしてφ1＝０と仮定し、反射層１２は理想的な金属ミラーとして位相変化はφ2＝π、反射率はＲ2＝１と仮定した場合には、波長半値幅Δλは、下記式（１３）となる。
【００５６】
【数１５】
2006003730.tif 000017
【００５７】
式（１３）は、反射の次数が高いほど、また反射率が１００％に近付くほど、波長半値幅が小さくなることを示している。
【００５８】
共振条件の膜厚での電場は、反射面又は反射層の反射率が大きいほど大きくなる。しかしながら、反射面又は反射層の反射率を大きくすると、内部電場が定常値に達するまでの時間が長くなる。そこで、光スイッチに光パルスが入射したときに光スイッチ内部に生じる光電場がどのように時間的に変化するかを図３を用いて以下に説明する。なお、図３は、図１における光スイッチ１の要部（活性膜１４）のみを示す。
【００５９】
時刻ｔ＝０に振幅Ａの矩形の光パルスが上方から光スイッチ１に入射する場合を考える。入射光の一部が反射層１６を透過して、活性膜１４に入る。この透過光の振幅をＢ1とする。透過光は活性膜１４内部を伝播して時刻ｔ＝Ｔに反射層１２に達し、一部は反射し一部は透過する。反射光の振幅をＣ1とする。反射光は活性膜１４内部を上向きに伝播して、時刻ｔ＝２Ｔに反射層１６に達し、一部は反射し一部は透過する。反射光の振幅をＢ2とする。以下同様にして、時刻３Ｔには反射層１２に達して上向き反射光Ｃ2が発生し、ｔ＝４Ｔには反射層１６に達して下向き反射光Ｂ3が発生する。
活性膜１４内部で反射層１６直下の場所の光電場は、ｔ＜０では０，ｔ＝０からｔ＝２ＴまではＢ1，ｔ＝２Ｔからｔ＝４ＴまではＢ1＋Ｃ1＋Ｂ2，ｔ＝４Ｔからｔ＝６ＴまではＢ1＋Ｃ1＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｂ3、と時間発展する。つまり光が活性膜１４内部を１往復する毎に光電場が変化し、往復回数が大きくなると電場は定常値に近づく。
【００６０】
ここで、（１）反射層１２及び反射層１６の両方が反射率Ｒ＝９９％（高反射率）の場合、（２）反射層１２及び反射層１６の両方が反射率Ｒ＝６０％（低反射率）の場合、（３）反射層１６が反射率Ｒ＝６０％（低反射率）であり、反射層１２が反射率Ｒ＝９９％（高反射率）の場合について、入射光の電場振幅を１として、往復回数と活性膜１４内部の光電場の関係を図４に示す。活性膜１４の膜厚は共振条件を満たしているものとし、また活性膜１４の入射光波長での吸収は無いものとした。
活性膜１４内部の光電場が定常状態の値Ｅ0の９０％に達するまでの往復回数をｑとし、時定数τを定常値Ｅ0の９０％に達するまでの時間と定義する。１往復にかかる時間は２Ｔなので、τ＝２ｑＴである。Ｔは活性膜１４の厚さｄに比例する。したがってｄが小さくなるほどＴは短くなり、時定数τも短くなる。ｄ＝λ／２ｎの場合には、Ｔ＝λ／２ｃ＝２．５ｆｓである。（ただし、λ＝１．５μｍ、ｃ＝３×１０8ｍ／ｓとした。）
【００６１】
図４において、（１）の場合には、Ｅ0は大きいもののτが長い。Ｅ0＝１２．８である。電場が定常値の９０％に達するまでの往復回数は約２３０回である（ｑ＝２３０）。従って、時定数は、τ＝２ｑＴ＝１．１５ｐｓである。定常値は入射光の１２．８倍に達する。
（２）の場合には、τは短いが、Ｅ0が小さい。Ｅ0＝１．８である。電場が定常値の９０％に達するまでの往復回数は約４回である（ｑ＝４）。Ｔ＝２．５ｆｓの場合には、τ＝１０ｆｓである。定常値は入射光の１．８倍である。
（３）の場合には、τは（１）よりも短く、Ｅ0は（２）よりも大きくなる。Ｅ0＝３．５である。電場が定常値の９０％に達するまでの往復回数は約９回である（ｑ＝９）。Ｔ＝２．５ｆｓと仮定すると、τ＝２２．５ｆｓである。定常値は入射光の３．５倍である。
【００６２】
内部電場を大きく、かつ時定数を短くするためには、上記（３）のように一方の反射面又は反射層の反射率を低くし、他方の反射面又は反射層の反射率を高くし、かつ活性膜の膜厚が共振条件を満たすようにするのがよいことがわかった。
なお、本発明の光スイッチにおいて、信号光及び制御光は、低反射率の反射面又は反射層の側から入射する。出力信号光もまた、低反射率の反射面又は反射層の側から取り出す。
【００６３】
本発明の光スイッチにおいて、高反射率の反射面又は反射層における反射率は、９０％以上であることが好ましく、１００％に近い程よい。また、低反射率の反射面又は反射層における反射率は、光パルスの時間幅、光パルス列の時間間隔、信号光及び制御光の波長などを勘案して最適化を図ることができるが、具体的には、１０％以上９０％以下であることが好ましく、特に、１５％以上７５％以下であることが好ましい。
【００６４】
次に、非対称な反射層を有する光スイッチである前記（３）（反射層１６が反射率Ｒ＝６０％であり、反射層１２が反射率Ｒ＝９９％の場合）の特性を、対称な反射層を有する光スイッチで時定数τが同等な値となるもの（４）、および定常状態の値Ｅ0が同等な値となるもの（５）と比較した。結果は以下の通りである。
【００６５】
（３）反射率が６０％と９９％の反射層            Ｅ0＝３．５，ｑ＝９
（４）両側の反射層が反射率７７％の場合          Ｅ0＝２．５，ｑ＝９
（５）両側の反射層が反射率８７．５％の場合      Ｅ0＝３．５，ｑ＝１７
【００６６】
（４）のｑは（３）と同等だが、Ｅ0は（３）よりも小さくて劣っていた。
（５）のＥ0は（３）と同等だが、ｑは（３）よりも大きくて劣っていた。
上記結果からも、非対称な反射層を有する光スイッチは対称な反射層を有する光スイッチよりも特性が優れていることは明らかである。
【００６７】
一般的には、信号光の波長λ1と制御光の波長λ2とは異なっている。従って信号光の共振条件と制御光の共振条件とは異なる。本発明では片側のミラーの反射率が低いために共振条件を満たす波長半値幅が広く、λ1とλ2とが１０％程度異なっている場合には両方とも共振条件を満たすことができる。特に活性膜の膜厚を、（λ1＋λ2）／２からλ2の間の波長に対する共振条件に一致させるようにしてもよい。共振により信号光振幅Ｅ1と制御光振幅Ｅ2とは共に増大するが、上記の場合にはＥ1の増大割合よりもＥ2の増大割合が大きい。式（２）によれば出力信号強度はＥ12およびＥ24に比例するから、上記の場合に特に大きな出力信号強度を得ることができる。
また低反射率の反射層を、信号光及び制御光の内のどちらか一方の波長には低反射率ミラーとして働き、他方の波長には無反射膜として働くようにすれば、一方の波長だけに対して共振条件を満たし、他方の波長に対しては非共振状態にすることができる。活性膜が波長λ1に対して透明であり、波長λ2に対して吸収が大きい場合に、λ1では共振条件を満たすのでＥ1が増大する。λ2では以下で述べるように活性膜の厚さが侵入深さ以上の場合には共振効果はほとんど起きない。この場合には透過率が最大となる無反射膜を通して活性膜に入射したときにＥ2が最大になり、その結果として大きな出力信号が得られる。
【００６８】
活性膜に吸収がある場合には、活性膜の屈折率は複素数になる。波長をλ、複素屈折率の虚数部をｋとすると、吸収係数αは、α＝（４π／λ）ｋである。吸収係数αの媒質中を進む光の強度は下記式（１４）で表される。
【００６９】
【数１６】
2006003730.tif 000018
【００７０】
ｘは、入射光が活性膜中を進んだ距離であり、Ｉ0はｘ＝０の位置での強度を表す。強度がＩ0／ｅ＝０．３６Ｉ0になる距離を、侵入深さδと定義する。δ＝１／α＝（λ／４πｋ）と表すことができる。活性膜の厚さｄがｄ＝δの場合には、活性膜内を１往復した光の強度は１／ｅ2＝０．１３となり、活性膜の厚さが侵入深さ以上の場合（ｄ≧δ）には共振効果はほとんど起きない。すなわち、信号光又は制御光が活性膜を１回透過するときの透過率は、３７％（１／ｅ）以上であることが好ましい。
【００７１】
なお、上側反射面の反射率と下側反射面の反射率とが異なる非対称ファブリ−ペロー共振器を用いた光スイッチは、半導体材料の吸収飽和を利用した光スイッチについて報告があるが（特開平０７−３２５２７５）、これは吸収飽和型の光スイッチにおいて上下のミラーの反射率を調整して反射信号のＯＦＦレベルを０にするためのもので、本発明のように光電場と時定数の調整をはかる場合とは目的が異なるものである。
【００７２】
図１の光スイッチ１において、反射層１２としては、誘電体多層膜からなる多層膜ミラー又は金属層を用いることができる。
誘電体多層膜は、たとえば高屈折率の材料としてＴｉＯ2、低屈折率の材料としてＳｉＯ2を用い、入射光波長λに対して、光学厚さλ／４のＴｉＯ2と光学厚さλ／４のＳｉＯ2を積層して作ることができる。光学厚さは、（屈折率）×（膜厚）を波長単位で表した量である。ＴｉＯ2／ＳｉＯ2を６組（１２層）積層した多層膜ミラーの反射係数はｒ＝０．９９５である。反射率は反射係数の絶対値の２乗であるから、Ｒ＝｜ｒ｜2＝０．９９０である。
誘電体多層膜の場合には、誘電体多層膜を構成する各層の厚さや積層構造により反射の際の位相変化が異なる。入射光波長にマッチングした誘電体多層膜では、位相変化は０である。反射層１６での位相シフトも０とすれば、共振条件はｎｄ＝ｍ（λ／２）であり、光学厚さがλ／２の整数倍の時に電場振幅が大きくなる。
【００７３】
金属層の場合には、反射の際に光波の位相がほぼ反転する。すなわち、約１８０°の位相シフトが反射の度に発生する。活性膜と金属との界面での反射係数は、活性膜の屈折率をｎ2、金属の屈折率をｎ3とすると、ｒ＝（ｎ2−ｎ3）／（ｎ2＋ｎ3）である。
１例として活性膜の複素屈折率をｎ2＝２．４２６１０＋０．０３３８１ｉ  、金属として銀の複素屈折率をｎ3＝０．３２２０５＋１０．９９３５０ｉとすると、ｒ＝−０．８９１−０．４１３ｉ  ＝０．９８２ｅｘｐ（３．５７５ｉ）  と計算される。すなわち、φ＝３．５７５ラジアン＝２０４．８°の位相変化が生じる。反射率は、Ｒ＝｜ｒ｜2＝０．９６４である。
金属層を構成する金属の具体例としては、金、銀、アルミニウムなどを用いることができる。
【００７４】
反射層１６としては、活性膜と空気との界面をそのまま使うことができる。この場合の反射係数は、ｒ＝（ｎ2−ｎ1）／（ｎ2＋ｎ1）である。ｎ1＝１は空気の屈折率、ｎ2は活性膜の屈折率である。活性膜の複素屈折率をｎ2＝２．４２６１０＋０．０３３８１ｉ  とすると、ｒ＝０．４１６＋０．００５７ｉ＝０．４１６ｅｘｐ（．０１３８ｉ）  となり、φ＝０．０１３８ラジアン＝０．７９°の位相変化が生じる。従って、活性膜からこの界面に入射した光波の位相変化は、近似的には０である。反射率は、Ｒ＝｜ｒ｜2＝０．１７３である。
【００７５】
保護を目的として光スイッチの全体を密封し、その中を真空あるいは窒素ガスなどの不活性ガスで満たしてもよい。この場合、反射面として、活性膜と真空との界面、あるいは活性膜と不活性ガスとの界面を同様にそのまま使うことができる。
【００７６】
反射層１６としては、誘電体多層膜からなる多層膜ミラーを用いることもできる。例えば、ＴｉＯ2とＳｉＯ2をそれぞれ光学厚さλ／４で１層ずつ積層したものでは、反射係数はｒ＝０．７０、反射率はＲ＝０．４９である。ＴｉＯ2／ＳｉＯ2を２組（４層）積層した多層膜ミラーの反射係数はｒ＝０．８７、反射率はＲ＝０．７６である。
【００７７】
また、反射層１６としては、信号光の波長をλ1としたときにλ1／２の略整数倍の光学厚さを有する透明薄膜を用いることもできる。この場合の反射係数は、透明薄膜の屈折率をｎt、入射媒質（空気）の屈折率をｎ1、活性膜の屈折率をｎ2として、ｒ＝（ｎ2−ｎ1）／（ｎ2＋ｎ1）である。すなわち反射係数は透明薄膜の屈折率には依存せずに、入射媒質と活性膜が直接接しているときの界面の反射係数と等しい。透明薄膜の具体例としては、Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの酸化物、ＳｉＮxなどの窒化物、高分子膜などが用いられる。
これらの中でも、ＧｅＯが好ましい。
【００７８】
本発明に係る活性膜は、非線形光学材料からなるものである。前記非線形光学材料は特に限定されるものではなく、その具体例としては、有機分子、有機高分子、半導体、誘電体等があげられる。これらの中でも非線形光学材料としては、スピンコート法などを用いて大面積に塗布して容易に薄膜を形成することができ、低コストであることから有機分子が好ましい。
また、前記有機分子の中でも、下記一般式（１）で表されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物又は下記一般式（２）で表されるスクエアリリウム化合物がさらに好ましい。
【００７９】
【化１】
2006003730.tif 000019
【００８０】
一般式（１）中、Ｒ1〜Ｒ4は同じでも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化したアルキル基を示し、炭素数１〜７の直鎖アルキル基または分岐化した炭素数３〜７のアルキル基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基またはｔｅｒｔ−ブチル基がより好ましく、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基またはｓｅｃ−ブチル基が特に好ましい。
【００８１】
一般式（１）で表される化合物は、１．１μｍ付近に極大吸収を示し、従来の長波長吸収色素のように共役系を過剰に延長することなしに、大きくその吸収波長を長波長化することができる。また、高い熱安定性、アセトンやクロロホルム等の有機溶剤に対する良好な溶解性および成膜性を有し、さらに昇華性等の点でも優れている。
【００８２】
【化２】
2006003730.tif 000020
【００８３】
一般式（２）中、Ｒ1〜Ｒ4は同じであっても、異なっていてもよく、それぞれアルキル基を示し、炭素数２〜７の低級アルキル基が好ましく、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、２−メチルブチル基、１−メチルブチル基、２，２−ジメチルプロピル基、１，２−ジメチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基または１−エチルプロピル基がより好ましく、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基が特に好ましい。
また、一般式（２）中、Ｘ1〜Ｘ8は同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ、Ｈ、Ｃｌ、ＯＨ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5またはＯＣＨ3を示すが、Ｘ2、Ｘ4、Ｘ5およびＸ7からなる群より選ばれる１又は２以上がＯＨ基である。また、Ｘ1、Ｘ3、Ｘ6およびＸ8からなる群から選ばれる１または２以上がＣｌである場合には、分子に双極子モーメントを与えることができ、二次の非線形光学効果を発現させることができるので好ましい。
【００８４】
一般式（２）で表される色素はＪ−会合体、即ち、その吸収帯が色素分子単体の吸収帯に比べ長波長側にシフトして先鋭化し、ストークスシフトの小さな蛍光を発し、吸収ピーク付近の波長の光に対して極めて大きな相互作用を持ち、しかも３次の非線形光学効果である吸収飽和の回復が非常に早いという性質を有する会合体を形成する。
【００８５】
有機分子からなる活性膜は、有機分子を適当な溶媒に溶解させて塗布液を調整し、この塗布液を、基板上にバーコート法、スピンコート法、キャストコート法、ディップコート法等を用いて塗布し、塗布液を乾燥させることにより得られる。有機分子からなる活性膜はまた、真空蒸着法によっても得られる。また、有機分子以外のその他の非線形光学材料からなる活性膜は、用いられる非線形光学材料に適した公知の方法を用いることにより得られる。
【００８６】
本発明の効果を検証するために、ガラス基板上に、約５００ｎｍの厚さに銀を蒸着し、その上に化学式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物をスピンコート法により成膜して活性膜とした。用いたのは、化学式（１）中でＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4がイソブチル基であるものである。この化合物は吸収極大波長が１３００ｎｍ付近にあり、通信波長帯の光に対して非線形光学効果を有する有機材料である。このようにして、光スイッチを作製した。
ジベンゾフラノニルメタノラート化合物による活性膜と銀との界面が高反射率の反射面となり、活性膜と空気との界面が低反射率の反射面になる。λ1＝１５５０ｎｍにおける反射面の反射係数は、空気の屈折率ｎ1＝１、活性膜の複素屈折率ｎ2＝２．４２６１０＋０．０３３８１ｉ、銀の複素屈折率ｎ3＝０．３２２０５＋１０．９９３５０ｉを用いて、低反射率の反射面についてはｒ1＝０．４１６＋０．００５７ｉ＝０．４１６ｅｘｐ（０．０１３８ｉ）、高反射率の反射面についてはｒ2＝−０．８９１−０．４１３ｉ＝０．９８２ｅｘｐ（−２．７０７ｉ）＝０．９８２ｅｘｐ（３．５７５ｉ）と計算される。
【００８７】
膜厚の異なる活性膜を銀蒸着基板上に成膜して光スイッチを作製し、図５のシステムを用いて光カー効果による信号を検出した。信号光照射手段２０から照射される信号光の波長はλ1＝１５５０ｎｍ、パルス幅は約１００ｆｓとした。制御光照射手段２２から照射される制御光の波長はλ2＝１６２０ｎｍ、パルス幅は約１００ｆｓとした。信号光と制御光とは、それぞれ偏光子２４及び偏光子２６を用いて直線偏光とした。このとき、制御光の偏光方向は信号光の偏光方向に対して４５度だけ傾けた。（信号光の偏光方向は偏光子２４により紙面に垂直になるように、制御光の偏光方向は偏光子２６により紙面垂線と４５°の角度をなすように設定した。）
ハーフミラー２８を透過した信号光とハーフミラー２８で反射された制御光は、レンズ３０により集光されて光スイッチ３２の同じ位置に垂直に入射する。信号光は光スイッチ３２の活性膜内で制御光による非線形相互作用を受けた後で光スイッチ３２からの反射光として出射され、ハーフミラー３４で反射して光検出器３６により測定される。反射光のうちで波長フィルター３８を用いて信号光だけを取出し、さらに入射信号光とは偏光方向が直交している偏光子４０（検光子）を透過させて、入射信号光と直交する光カー信号を検出した。偏光子２４と偏光子４０とは偏光方向が直交したクロスニコル状態にあるので、制御光をＯＦＦにして信号光だけを入射したときには出力光をほとんど０にすることが可能である。信号光と制御光とが同時に入射したときには、信号光が楕円偏光（あるいは偏光面の回転した直線偏光）に変換されるために出力信号が検出される。
測定から求めたカー位相遅延角度ψと活性膜の膜厚との関係を図６に示す。カー位相遅延角度は膜厚１６０ｎｍの時に最大となり、膜厚に依存する共振効果があることが確認された。
比較のために、ガラス基板上に直接厚さ約１６０ｎｍの活性膜をスピンコートして、同様の方法で位相遅延角度ψを求めた。その結果、共振効果により５０倍のカー位相遅延角度が得られることが分かった。
図６の実線は式（１）に基づいてＦを計算し最大値が実験結果と一致するように比例係数を定めたものである。実験と計算とは良く一致しており、共振効果が１００ｆｓの超短パルスで実現できることが検証された。
【００８８】
＜光分配装置＞
本発明の光分配装置は、本発明の光スイッチを用いるものである。図７は、本発明の光分配装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る光分配装置は、本発明の光スイッチ３２に対して信号光４２を斜めに入射させ、制御光４４を垂直に入射させるものである。
光スイッチ３２の低反射率の反射層又は反射面側から、光導波路４６中を伝送された信号光４２を、レンズを組み合わせて構成した光学系４８に入射させて光学系４８の出射光として進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた信号光パルス４２Ａ〜４２Ｆの列からなる信号光４２を得る。信号光４２に同期した制御光４４を、その進行方向を光スイッチ３２に対して垂直にして光スイッチ３２の低反射率の反射層又は反射面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３２に入射させる。
【００８９】
また、本実施形態に係る光分配装置には、信号光４２が光スイッチ３２で反射した後の位置に、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子５０を、その各画素が信号光４２の各空間位置部分４２ｐ〜４２ｕの反射光を受けるように配置される。信号光パルス４２Ａ〜４２Ｆが光スイッチ３２の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達する時点で、制御光パルス４４ａが光スイッチ３２の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように制御光４４を信号光４２に同期させる。
これにより、信号光パルス４２Ａの空間位置部分４２ｐ、信号光パルス４２Ｂの空間位置部分４２ｑ、信号光パルス４２Ｃの空間位置部分４２ｒ、信号光パルス４２Ｄの空間位置部分４２ｓ、信号光パルス４２Ｅの空間位置部分４２ｔ、信号光パルス４２Ｆの空間位置部分４２ｕが、それぞれ出力光パルス５２Ａｐ，５２Ｂｑ，５２Ｃｒ，５２Ｄｓ，５２Ｅｔ，５２Ｆｕとして切り出され、光素子５０の対応する画素で処理または検出される。
【００９０】
＜光多重化装置＞
本発明の光多重化装置は、本発明の光スイッチを用いるものである。図８は、本発明の光多重化装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る光多重化装置は、本発明の光スイッチ３２に対して一次元のパラレルな信号光４２を斜めに入射させ、制御光４４を垂直に入射させるものである。本実施形態では、パラレルな信号光４２は６チャンネルの信号光４２Ａ〜４２Ｆからなる。
光スイッチ３２の低反射率の反射層又は反射面側からパラレルな信号光４２を所定幅Ｗに渡って入射させるとともに、パラレルな信号光４２に同期した制御光４４を、その進行方向を光スイッチ３２に対して垂直にして光スイッチ３２の低反射率の反射層又は反射面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３２に入射させる。
【００９１】
また、本実施形態に係る光多重化装置には、信号光４２が光スイッチ３２で反射した後の位置に、集光光学系５４及び光導波路４６を配置する。信号光４２Ａ〜Ｆのすべてが光スイッチ３２の各信号光４２Ａ〜４２Ｆに対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達する時点で、制御光パルス４４ａが光スイッチ３２の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように制御光４４を信号光４２に同期させる。
これにより、信号光４２Ａ〜４２Ｆのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光５６Ａ〜５６Ｆとして切り出されて、集光光学系５４及び光導波路４６により、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路４６において、信号光（出力光）５６Ａ〜５６Ｆが時間的に多重化されたシリアルな信号光５６が得られる。
【実施例】
【００９２】
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
ガラス基板上に、５００ｎｍの厚さに銀を蒸着し、その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4はイソブチル基）をｄ＝１６０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜する。この場合活性膜はジベンゾフラノニルメタノラート化合物薄膜であり、活性膜と銀との界面が高反射率の反射面であり、活性膜と空気との界面が低反射率の反射面になる。
ｄ＝１６０ｎｍ、ｎ＝２．４、λ＝１５５０ｎｍとすると、ｎｄ＝３８４ｎｍ、λ／４＝３８７．５ｎｍであるから、ほぼ光学厚さｎｄ＝λ／４に相当する膜厚である。
活性膜内部の電場振幅の分布を、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いて計算した結果を図９に示す。λ1＝１５５０ｎｍの信号光、λ2＝１６３０ｎｍの制御光について共に入射光の電場振幅（＝１）よりも大きくなる共振効果が得られる。図５の測定系に取り付けて測定した結果、図６にあるように大きなカー位相遅延角度ψが得られた。計算上の時定数はτ＝７．５ｆｓである。
【００９３】
［実施例２］
ガラス基板上に、５００ｎｍの厚さに銀を蒸着し、その上に活性膜として一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4はイソブチル基）をｄ＝１６０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜する。さらに、活性膜上に光学厚さλ／４の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）と光学厚さλ／４の二酸化チタン（ＴｉＯ2）とを１層ずつ蒸着法あるいはスパタリング法により積層する。
活性膜と銀との界面を高反射率の反射面とし、光学厚さλ／４のＳｉＯ2と光学厚さλ／４のＴｉＯ2とを１層ずつ積層したものを低反射率の反射層とする。この構成で実施例１と同様の測定を行なうと、２．３倍のカー位相遅延角度ψが得られる。計算上の時定数τ＝１７．５ｆｓである。
【００９４】
［実施例３］
ガラス基板上に、５００ｎｍの厚さに銀を蒸着し、その上に活性膜として一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4はイソブチル基）をｄ＝１６０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜する。さらに、活性膜上に光学厚さλの酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ）を蒸着法により積層する。
活性膜と銀との界面を高反射率の反射面とし、光学厚さλのＧｅＯを低反射率の反射層とする。ところで媒質１と媒質３との間に透明で光学厚さが（λ／２）の整数倍である媒質２の膜がある時の反射率は、媒質１と媒質３とが直接接しているときの界面の反射率と等しいので、低反射率の反射層の反射率は実施例１と等しくなる。しかし、光学厚さλのＧｅＯにより活性層は外界の空気とは遮断されるので、ＧｅＯには活性層の保護膜としての効果がある。
この構成で実施例１と同様の測定を行なうと、０．８５倍のカー位相遅延角度ψが得られる。
【００９５】
［実施例４］
ガラス基板上に光学厚さλ／４のＳｉＯ2と光学厚さλ／４のＴｉＯ2とを交互に１２層積層したものを高反射率の反射層とし、その上に活性膜として一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4はイソブチル基）をｄ＝３４０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜する。活性膜のガラス基板側は誘電体多層膜ミラー（反射層）であり、活性膜と空気との界面を低反射率の反射面とする。この膜厚は、光学厚さｎｄ＝λ／２に相当する。活性膜内部の電場振幅の分布を、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いて計算した結果を図１０に示す。λ1＝１５５０ｎｍの信号光、λ2＝１６３０ｎｍの制御光について共に共振効果が得られる。
この構成で実施例１と同様の測定を行なうと、１．５倍のカー位相遅延角度ψが得られる。計算上の時定数はτ＝１５ｆｓである。実施例２と同様に活性膜に光学厚さλ／４のＳｉＯ2と光学厚さλ／４のＴｉＯ2とを１層ずつ積層したものを低反射率の反射層とすれば、さらに大きなカー位相遅延角度ψが得られる。
【００９６】
［実施例５］
ガラス基板上に、１００ｎｍ以上の厚さに銀を蒸着し、その上に一般式（２）で示されるスクエアリリウム化合物をｄ＝６０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜とする。用いたのは、一般式（２）におけるＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4がメチル基、Ｘ4，Ｘ5が水酸基、Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ6，Ｘ7，Ｘ8が水素である化合物である。この化合物薄膜は吸収極大が８００ｎｍ付近にあり、８００〜１０００ｎｍ付近の波長の光に対して非線形光学効果を有する有機材料である。
この場合活性膜はスクエアリリウム化合物薄膜であり、活性膜と銀との界面が高反射率の反射面であり、活性膜と空気との界面が低反射率の反射面になる。
ｄ＝６０ｎｍ、ｎ＝２．９、λ＝９００ｎｍとすると、ｎｄ＝１７４ｎｍ、λ／４＝２２５ｎｍであるから、ほぼ光学厚さｎｄ＝λ／４に相当する膜厚である。スクエアリリウム化合物膜の複素屈折率は８５０ｎｍではｎ（８５０ｎｍ）＝２．８０１＋０．４４５ｉ、９００ｎｍではｎ（９００ｎｍ）＝２．９２８＋０．０１４ｉである。８５０ｎｍ光の侵入深さはδ＝３０４ｎｍであり、δ＞ｄであるから、λ1＝９００ｎｍの信号光、λ2＝８５０ｎｍの制御光について共に入射光の電場振幅よりも大きくなる共振効果が得られる。
【００９７】
［実施例６］
ガラス基板上に、１００ｎｍ以上の厚さに銀を蒸着し、その上に実施例５と同じスクエアリリウム化合物をｄ＝５２０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜とする。
活性膜と銀との界面を高反射率の反射面とし、活性膜上にはさらにＳｉＯ2とＴｉＯ2を多層に積層したダイクロイックミラーを形成する。ダイクロイックミラーは、波長により異なる反射係数を有するミラーであって、このミラーは９００ｎｍの反射係数は０．６で，８５０ｎｍの反射係数は０．０５以下である。信号光の波長は９００ｎｍ、制御光の波長は８５０ｎｍとする。スクエアリリウム化合物膜の複素屈折率は８５０ｎｍではｎ（８５０ｎｍ）＝２．８０１＋０．４４５ｉ、９００ｎｍではｎ（９００ｎｍ）＝２．９２８＋０．０１４ｉである。８５０ｎｍ光の侵入深さはδ＝３０４ｎｍであり、δ＜ｄであるために、共振効果は起きない。一方、９００ｎｍ光の侵入深さはδ＝１０μｍで、膜厚ｄよりも十分に長い。つまり、制御光は吸収が大きいために侵入長が膜厚よりも小さくて、活性膜を１往復する間にほとんど減衰してしまう。この場合には、低反射率側の反射面又は反射層の反射率を０にすると透過率が最大になるので膜内の制御光電場は最大になる。信号光波長での吸収は小さいために、上側ミラーの反射係数を有限の値とすることで信号光に関しては共振効果が起きる。活性膜内部の電場振幅の分布は図１１に示すようになり、ダイクロイックミラーのない場合に比べて、１．５倍のカー位相遅延角度ψが得られる。なお、図１１に示す電場分布は、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いて計算した。
【００９８】
［実施例７］
ガラス基板上に、１００ｎｍ以上の厚さに銀を蒸着し、その上に一般式（２）で示されるスクエアリリウム化合物をｄ＝５２０ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜とする。用いたスクエアリリウム化合物は、一般式（２）におけるＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4がメチル基、Ｘ4，Ｘ5が水酸基、Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ6，Ｘ7，Ｘ8が水素である分子である。さらに、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）をｄ1＝２５６０ｎｍの厚さにスパタリング法あるいは蒸着法により製膜する。Ａｌ2Ｏ3の屈折率は８５０〜９００ｎｍにおいてｎ1＝１．６６３であり、８５０ｎｍでの光学厚さは５．２５λなので無反射膜として働き、９００ｎｍでの光学厚さは５λなので低反射率ミラーとして働く。
この構成により、アルミナ反射層がない場合に比べて、１．５倍のカー位相遅延角度ψが得られる。
【００９９】
［実施例８］
図１２は、本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した例である。なお図１２において、図５、図７及び図８と同様の機能を有する部材には、同じ符号を付した。
図１２において、信号光照射手段２０から出射された信号光パルス列は、偏光子２４によりｘ方向（上下方向）の直線偏光になる。制御光照射手段２２から出射された制御光パルスは、偏光子２６によりｘｙ面内でｘ軸と４５°の方向の直線偏光になる。
信号光パルス列は１ｐｓずつの時間差を有する複数のパルス集団からなり、光学系４８（平行化手段）により直径１０ｍｍの平行ビームに拡大され、さらに階段状プリズム５７により、１ｐｓずつ時間差の付いた４つの平行ビームに分割される。制御光は光学系４８’（平行化手段）により直径１０ｍｍの平行ビームに拡大される。
信号光パルス列と信号光パルスが交差（直交）する場所に、制御光パルスを反射し信号光パルス列が透過するハーフミラー２８を制御光及び信号光の進行方向に対して所定の角度（４５°）に配置することにより、反射した制御光パルスと透過した信号光パルスとが同一方向から光スイッチ３２に垂直に入射する。制御光により光スイッチ３２の活性膜内には屈折率異方性が誘起される。信号光が制御光と同時に光スイッチ３２に入射した場合には、誘起された屈折率異方性の作用により信号光は楕円偏光となって入射方向とは逆方向に出射される。偏光ビームスプリッタ５８により、楕円偏光のうちでｙ方向（左右方向）の直線偏光成分が９０°方向に出射され、光検出器３６により検出される。光スイッチ３２は、活性膜の同一の場所に信号光と制御光が同時に入射したときに限って反射光を楕円偏光に変換し、制御光が入射しないときに入射した信号光の反射光は、直線偏光である。従って、偏光子４０（検光子）を透過して光検出器３６に信号が検出されるのは、反射光が楕円偏光の場合に限られる。時間的にシリアルな信号光パルス列が、空間的にパラレルなパルス列に変換される。
図１２の光スイッチとして本発明の光スイッチを用いることにより、従来の光スイッチに比べて大きな信号が得られる。
【０１００】
［実施例９］
図１３は、本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した別の例である。信号光パルス列と制御光パルスとは、それぞれ異なる方向から光スイッチ３２の活性膜に入射する。本実施例では制御光パルスは光スイッチ３２に対して垂直な方向で入射し、信号光パルス列はそれに対し１７．５°傾けられた入射角で入射する。すなわち、信号光パルスが制御光パルスと所定の角度（１７．５°）をもって活性膜に照射されるようにすることで、光スイッチ３２の表面における位置により、光スイッチに照射される時刻が異なっている。
信号光パルス列は、１ｐｓずつの時間差を有する４連光パルス列を用いた。４つのパルスは、すべてが光スイッチ３２のいずれかの場所に照射されたときに、制御光パルスと重ね合わせられる。すると、制御光パルスと重なる部位が、４つの信号光パルスによりそれぞれ異なり、活性膜が制御光パルスの照射で屈折率異方性が誘起され、楕円偏光パルス列が形成される。そして、偏光子４０（検光子）でこれが分離され、４つに分離された１次元のパラレル信号光が得られる。このようにして、時間的にシリアルな信号光パルス列を、空間的に１次元のパラレル信号光に変換することができる。図１３の光スイッチ３２として本発明の光スイッチを用いることにより、従来の光スイッチに比べて大きな信号が得られる。
【０１０１】
入射角をθ1とし、屈折角をθ2とすると、スネルの法則により式（１５）が成り立つ。
【０１０２】
【数１７】
2006003730.tif 000021
【０１０３】
空気（ｎ1＝１）と有機色素（ｎ2＝２．４）の場合には、θ1＝１７．５°の場合、θ2＝７．２°である。屈折角が小さいために共振条件は垂直入射の場合とほとんど変わらない。
【０１０４】
以上の実施例では、基板の材料はガラス、活性膜の材料はジベンゾフラノニルメタノラート化合物あるいはスクエアリリウム化合物、金属ミラーの材料は銀、反射層の材料は二酸化チタン及び二酸化シリコン、あるいは酸化ゲルマニウム、あるいはアルミナとした。
しかし基板としては、ガラスに限られるものではなく、サファイア、シリコン、その他の基板を用いることができる。金属ミラーの材料は、銀以外に、アルミニウム、金などを用いることができる。活性膜の材料は、有機色素膜、有機高分子膜、半導体膜、誘電体膜などで非線形光学効果を有する材料を用いることができる。反射層の材料には、酸化物、窒化シリコンなどの窒化物、高分子膜、などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の光スイッチの断面を表す図である。
【図２】活性膜の膜厚の変化に対する電場振幅の変化を表す図である。
【図３】光スイッチ内部に生ずる光電場の時間的変化を説明するための図である。
【図４】入射光の往復回数と活性膜内部の光電場の関係を示す図である。
【図５】光カー効果による信号を検出するためのシステムを表す図である。
【図６】カー位相遅延角度ψと膜厚との関係を表す図である。
【図７】本発明の光分配装置の一実施形態を示す図である。
【図８】本発明の光多重化装置の一実施形態を示す図である。
【図９】実施例１に係る光スイッチの、活性膜内部の電場振幅の分布の計算結果を示す図である。
【図１０】実施例４に係る光スイッチの、活性膜内部の電場振幅の分布の計算結果を示す図である。
【図１１】実施例６に係る光スイッチの、活性膜内部の電場振幅の分布の計算結果を示す図である。
【図１２】本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した例を表す図である。
【図１３】本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した別の例を表す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  基板
１２  反射層（高反射率）
１４  活性膜
１６  反射層（低反射率）
２０  信号光照射手段
２２  制御光照射手段
２４、２６  偏光子
２８、３４  ハーフミラー
３０  レンズ
３２  光スイッチ
３６  光検出器
３８  波長フィルター
４０  偏光子（検光子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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