(57)【要約】【課題】  光パルスが１００ピコ秒以内程度の間で任意に時間遅延を制御できるようにするとともに、簡単な構成で光遅延機能を実現した光パルス遅延素子を提供すること。【解決手段】  光パルスを入射する入力部２と、この入力部２からの光パルスを、入力光導波路３を介して複数の光パルスに分ける光分波器４と、この光分波器４により分けられた光パルスのそれぞれに対して設けられた光増幅器５と、この光増幅器５のそれぞれに設けられ、透過光パルスに対して時間遅延発光パルスを発生するチオフェン・フェニレン・コオリゴマー（ＴＰＣ）薄膜６と、このＴＰＣ薄膜６からの時間遅延発光パルスを、出力光導波路７を介して出射する出力部８から構成されている。ＴＰＣ薄膜６は、入射光パルスにより高密度励起状態になり、入射光パルスに対して、透過光パルスから遅れた時間遅延発光パルスを発生する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、入射光パルスにより高密度励起状態になるチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜を設け、該チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜が、前記入射光パルスの光強度に応じて、透過光パルスから遅れた時間遅延発光パルスを発生することを特徴とする光パルス遅延素子。
【請求項２】
入射光パルスを発生する入力部と、基板上に設けられ、前記入力部からの前記入射光パルスを複数の光パルスに分ける光分波器と、該光分波器により分けられた光パルスの各々に対して設けられ、透過光パルスから時間遅延発光パルスを発生するチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜と、該チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜から発生された前記時間遅延発光パルスを出射する出力部とを備え、前記入射光パルスの光強度に応じて、時間遅延を制御可能にしたことを特徴とする光パルス遅延素子。
【請求項３】
前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の前段に、前記入射パルスの光強度に応じた時間遅延を調整するための第１の光増幅器を設けたことを特徴とする請求項２に記載の光パルス遅延素子。
【請求項４】
前記第１の光増幅器と前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の一組の前段又はその中間に波長変換素子を設けたことを特徴とする請求項３に記載の光パルス遅延素子。
【請求項５】
前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の後段に光合波器を設けたことを特徴とする請求項２，３又は４に記載の光パルス遅延素子。
【請求項６】
前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜と前記光合波器との間に、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜から発生した発光パルスの光強度をそろえるための第２の光増幅器を設けたことを特徴とする請求項５に記載の光パルス遅延素子。
【請求項７】
前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜を、前記入射光パルスの伝播方向に対して直列に複数枚配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光パルス遅延素子。
【請求項８】
前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜が、フォトニック結晶化された薄膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光パルス遅延素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルス遅延素子に関し、より詳細には、光パルスを１００ピコ秒以内程度の間で任意に時間遅延を制御できるようにした光パルス遅延素子に関する。特に、光メモリなどの電子デバイスやナノテクノロジーへの応用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信手段の高速化の進展に伴い光通信システムが採用されており、それに伴って光通信システムに用いる光スイッチング素子などの光機能素子に対してもさらなる高速化が求められている。このような要求に答えるために、フォトニック結晶を用いた光機能素子が知られている。このフォトニック結晶光機能素子は、光通信システムで重要な役割を果たすピコ秒からフェムト秒の超高速光パルス信号に遅延を与えたり、超高速の光パルスを制御光によってスイッチングすることのできるようにしたものである。
【０００３】
このフォトニック結晶を用いた光機能素子として、フォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｎｄｇｙａｐ）を利用したものが提案されている。しかしながら、このようなフォトニックバンドギャップ構造を利用した光スイッチング素子に関しては、原理的な構成はともかく、具体的な素子構造がほとんど提示されていないというのが現状である。
【０００４】
そこで、光の群速度を低下させて光を閉じ込めることによって光非線型性を増強し、５０ｆＪ（フェムトジュール）以下の低エネルギーで高速・高効率の光スイッチ或いは光遅延線を実現するようにしたフォトニック結晶光機能素子が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に開示されているフォトニック結晶光機能素子は、光非線型媒質からなるポール或いは光非線型媒質からなる板状部材に設けられた穴が周期的に配置されて周期的屈折率分布を構成する二次元フォトニック結晶に、欠陥の半径の異なる同一のパスバンド波長を有する欠陥を組み合わせたものである。このような欠陥部において、入射した信号光は閉じ込められて多重反射するので、出力光には遅延が発生して光遅延素子として使用できるものである。
【０００６】
また、非特許文献１に記載されているフォトニック結晶光機能素子は、フォトニックバンドギャップ近傍の光の群速度が遅くなる所を用いて光遅延機能を実現しているが、ここでは光速を２桁弱低下させるあたりに留まっているものである。
【０００７】
また、有機半導体材料として、光励起による蛍光スペクトルに対して優れた狭線化特性を示し、多様な光・電子物性を実現し、発光スペクトルを任意に変化させて様々な発光色を実現することが可能な有機レーザー材料は知られている（例えば、特許文献２参照）。この有機レーザー材料は、チオフェンと、フェニレン又はフェニルとが直接結合した構造を有するコオリゴマー化合物、及び／又は、チオフェンとナフタレンとが直接結合した構造を有するコオリゴマー化合物を含むもので、この有機レーザー材料を結晶や薄膜とすることにより、その結晶や薄膜自体を光導波路として、あるいはこの結晶や薄膜の端面をファブリー・ペロー共振器として作用させることのできるものである。
【０００８】
さらに、光通信システムにおける光メモリは、重要な光デバイスであり、数多くの提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、これら提案されている光メモリのほとんどが、光スイッチなど他の光機能素子との組み合わせや、ファイバーループを用いたシステムなど、光デバイスのサイズとして大きくならざるを得ないものである。その際に、基本となる機能が光パルス遅延素子であるが、このような光パルス遅延素子を実現するために、物理的な空間を変えたり、光導波路中での光路の切り替えなど光デバイスとして複雑な構成となっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１８５８６４平号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５４５９平号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６０７５平号公報
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ．Ｒｅｖｉｅｗ．Ｂ．Ｖｏｌ．６５，ｐ１２１３０８（２００２）
【非特許文献２】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．２，ｐ２３７（２００３）
【非特許文献３】電子情報通信学会  信学技報ＯＭＥ２００４−１３０（２００５−０１）  ｐ５７−６２
【非特許文献４】Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５９，Ｎｏ．１１，ｐ１１８９（１９８７）
【非特許文献５】Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３１４，Ｎｏ．５−６，ｐ５６４（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、フォトニック結晶を用いた光機能素子は、遅延時間が数ピコ秒に留まっている。この場合、光導波路長を長くすれば、遅延時間は大きくできるが、現状では光速を２桁程度小さくできる程度で留まっている。
【００１１】
これに対して、本発明は、レーザー発振と同時の起源を有し、かつ光−光制御で遅延時間を１００ピコ秒以内程度まで、非常に簡単な素子で変化させることのできるものである。しかも、１ミクロン程度の薄膜を１枚使うことで、１００ピコ秒も遅れた光パルスが得られるということは、光速に換算すると４桁以上遅らせることができることに対応している。しかも、この現象は光増幅機能を持つため（スペクトル領域で広がった発光が特定のスペクトル幅に集中するため、パルス強度が大幅に増強すること）、上述したフォトニックバンドギャップ近傍の光を使うときの強度低下を本質的に補える効果を持っている。従って、これをさらにフォトニック結晶技術などと組み合わせることにより、大きなパルス強度を保ったまま、より大きな遅延時間を得られる可能性も有しており、非常に有望な光パルス遅延素子の実現が期待できる。
【００１２】
このような光遅延現象については、気体分子での観測例は過去いくつも報告されているが、固体中での観測例はほとんどなく、これまで固体デバイスへ適用することは困難であった。固体中での時間遅れの観測例としては、例えば、非特許文献４に報告されているが、これは極低温での観測に留まっている。また、非特許文献５では、室温で１ピコ秒程度の時間遅れの観測や５ピコ秒程度の遅れがあり得ることが計算で示されているが、本発明のように、室温の固体中で１００ピコ秒にも渡る時間遅れが観測された例はこれまでに全く報告されていない。
【００１３】
したがって、室温の固体素子中で１００ピコ秒にも渡る時間遅延素子を形成できるのは、今のところ本発明における光遅延現象を使う他はない。本発明のようなＴＰＣ系有機半導体で見出された光遅延現象は、光メモリなどへの応用へ向けて有望な現象である。
つまり、本発明は、有機半導体チオフェン・フェニレン・コオリゴマー（ＴＰＣ；Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｃｏ−ｏｌｉｇｏｍｅｒ）薄膜を用いて光パルス遅延素子を実現したものである。これに対して、上述した特許文献１や非特許文献１には、フォトニック結晶を用いた光パルス遅延素子が開示されているものの、有機半導体チオフェン・フェニレン・コオリゴマー（ＴＰＣ）薄膜を用いた点については何ら開示されていない。また、特許文献２には、有機レーザー材料として、チオフェンと、フェニレン又はフェニルとが直接結合した構造を有するコオリゴマー化合物を用いたレーザー発振デバイスが開示されているだけで、光パルス遅延素子への適用については何ら開示されていない。
【００１４】
また、従来の光パルス遅延素子だと、光合分波器やファイバーループなどを組み合わせて構成されているため、構造が複雑であるという問題があった。本発明の光パルス遅延素子は、非常に簡単な構成で光パルス遅延機能が実現できるという優位性がある。
【００１５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光パルスが１００ピコ秒以内程度の間で任意に時間遅延を制御できるようにするとともに、簡単な構成で光パルス遅延機能を実現した光パルス遅延素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板上に、入射光パルスにより高密度励起状態になるチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜を設け、該チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜が、前記入射光パルスの光強度に応じて、透過光パルスから遅れた時間遅延発光パルスを発生することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、入射光パルスを発生する入力部と、基板上に設けられ、前記入力部からの前記入射光パルスを複数の光パルスに分ける光分波器と、該光分波器により分けられた光パルスの各々に対して設けられ、透過光パルスから時間遅延発光パルスを発生するチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜と、該チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜から発生された前記時間遅延発光パルスを出射する出力部とを備え、前記入射光パルスの光強度に応じて、時間遅延を制御可能にしたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の前段に、前記入射パルスの光強度に応じた時間遅延を調整するための第１の光増幅器を設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記第１の光増幅器と前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の一組の前段又はその中間に波長変換素子を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２，３又は４に記載の発明において、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の後段に光合波器を設けたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜と前記光合波器との間に、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜から発生した発光パルスの光強度をそろえるための第２の光増幅器を設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜を、前記入射光パルスの伝播方向に対して直列に複数枚配置したことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記チオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜が、フォトニック結晶化された薄膜であることを特徴とする。
【００２４】
なお、本発明に用いられる有機半導体材料は、チオフェンリングとフェニレンリングからなる有機半導体材料で、この有機半導体材料は、室温での高い発光効率、室温の光強励起下で容易にレーザー発振が起きること、さらには電界効果トランジスタ動作やエレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）を示すなど、電流注入型有機半導体レーザー材料として非常に有望な材料系である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、基板上に、入射光パルスにより高密度励起状態になるチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜を設け、このチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜が、入射光パルスの光強度に応じて、透過光パルスから遅れた時間遅延発光パルスを発生するので、光パルスが１００ピコ秒以内程度の間で任意に時間遅延を制御できるとともに、従来の光パルス遅延素子に比べ、非常に簡単な構成で光パルス遅延素子が構成されるという効果を奏する。
【００２６】
また、近年、フォトニック結晶を使用した光パルス遅延素子への応用の可能性を秘めているが、遅延時間の可能性などの点で本発明のチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜の光遅延現象を用いた光パルス遅延素子の方が優れている。しかも、この光遅延現象をフォトニック結晶化したチオフェン・フェニレン・コオリゴマー薄膜で実現できれば、さらに大きな可変時間を得られる可能性があり、非常に有望な光パルス遅延素子が実現できる。
【００２７】
さらに、本発明における光遅延現象は、これまで気体分子での観測例しかなかったものを、固体中での観測例を見出したもので、固体デバイスへ適用を可能にし、しかも、従来の極低温での観測ではなく、本発明のように、室温の固体中で１００ピコ秒にも渡る時間遅れを観測したものである。したがって、本発明のようなＴＰＣ系有機半導体で見出された光遅延現象は、光メモリなどへの応用へ向けて有望な光パルス遅延素子が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。  
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の光パルス遅延素子の実施例１を説明するための構成図で、図中符号１は基板、２は入力部、３は入力光導波路、４は光分波器、５（５ａ〜５ｃ）は光増幅器、６（６ａ〜６ｃ）はチオフェン・フェニレン・コオリゴマー（ＴＰＣ）薄膜（以下、ＴＰＣ薄膜という）、７は出力光導波路、８は出力部を示している。
【００３０】
本発明の光パルス遅延素子に用いられるＴＰＣ薄膜６に入射光パルスを入れると、その際に、入射光パルスの波長は、ＴＰＣ薄膜６を励起できる波長である必要がある。これは、ＴＰＣ１分子あたりの長さを変えることで可変であり、現在、励起波長は、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度である。
【００３１】
入射された励起光パルス（入射光パルス）により、高密度励起状態が得られたＴＰＣ薄膜６から発光パルスが生じるが、強励起状態の極限では、励起光パルスにほぼ追随したパルス幅と中心時刻を持った光パルスが発生される（レーザー発振の原理となる誘導放出現象）。ところが、ある程度、励起光パルスの光強度を低くしていくと、発光パルスは、パルス幅も長くなるが、その中心時刻も透過光パルスから遅れて発生することが判明した。
【００３２】
本発明の光パルス遅延素子に用いられるＴＰＣ薄膜６は、入射光パルスにより高密度励起状態になり、入射光パルスの光強度に応じて、透過光パルスから遅れた時間遅延発光パルスを発生するものである。そして、後述するように、ＴＰＣ薄膜６は、入射光パルスの光強度が高いほど出射発光パルスの時間遅延が短くなるので、入射光パルスの光強度を制御することにより出射発光パルスの遅延時間ｔを制御できるようにしたものである。
【００３３】
本発明の光パルス遅延素子は、光パルスを入射する入力部２と、この入力部２からの光パルスを、入力光導波路３を介して複数の光パルスに分ける（図１においては３つに分岐している）光分波器４と、この光分波器４により分けられた光パルスのそれぞれに対して設けられた光増幅器５ａ〜５ｃと、この光増幅器５ａ〜５ｃのそれぞれに設けられ、透過光パルスから遅れた時間遅延発光パルスを発生するＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃと、このＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃからの時間遅延発光パルスを、出力光導波路７を介して出射する出力部８とから構成されている。
【００３４】
また、本発明の光パルス遅延素子を構成する基板１は、シリコンやガラスまたは化合物半導体など光集積回路を形成する基板であり、この基板１上には、上述した各光機能を持った素子、つまり、入力光導波路３と光分波器４と光増幅器５ａ〜５ｃとＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃとを複合して構成されている。
【００３５】
このような構成により、入力部２から発生された入射光パルスは、入力光導波路３を通って光分波器４でいくつかの光パルスに分けられる。本発明では入射光パルスの光強度に応じてＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃから出射される発光パルスの時間遅延を制御できるように、その時間調整を光増幅器５ａ〜５ｃによって行っている。その後、ＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃで任意の時間遅れを持った光パルスが生成されて出力部７から出射される。
【００３６】
つまり、本発明の光パルス遅延素子に用いられるＴＰＣ薄膜は、入射光パルス強度が高いほど出射発光パルスの時間遅延は短くなるので、この光遅延現象を利用して入射光パルスの光強度を制御することにより、発光パルスの時間遅延を制御可能にした光パルス遅延素子を実現したものである。
【００３７】
また、光遅延機能について図１に基づいてさらに詳細に説明すると、第１の光遅延機能を有するＴＰＣ薄膜６ａは、透過光パルスから遅延時間ｔ１遅れの遅延光パルスａ１を発生し、また、第２の光遅延機能を有するＴＰＣ薄膜６ｂは、透過光パルスから遅延時間ｔ２遅れの遅延光パルスｂ１を発生し、さらに、第３の光遅延機能を有するＴＰＣ薄膜６ｃは、透過光パルスから遅延時間ｔ３遅れの遅延光パルスｃ１を各々発生する。
【００３８】
したがって、単一のＴＰＣ薄膜に入射される入射光パルスの光強度に応じて、出射される発光パルスの時間遅延が制御できることから、第１〜第３の光遅延機能を有するＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃを用いて、さらに任意の時間遅延をもった発光パルスを発生させるように制御することができる。また、ＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃの前段に光増幅器５ａ〜５ｃを設けて遅延時間調整を行なうようにすれば、さらに精度の良い任意の時間遅延をもった発光パルスを発生させるように制御することができる。
【００３９】
また、ＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃの後段に、光分波器４とは逆の光合波器（図示せず）を設ければ、任意の時間差の付いた光パルス列も形成できる。その際、出射された発光パルスの光強度を揃える必要があれば、ＴＰＣ薄膜６ａ〜６ｃの各々の後段に、光増幅器を１段設けておけばよい。
【００４０】
また、現状、１００ピコ秒以内の範囲で時間遅延を生成できるが、より大きな時間遅延を得るためには、光増幅器５とＴＰＣ薄膜６のペアの前段やその間に波長変換素子（図示せず）などを多段に設ければ、より長い時間遅れを作ることもできる。しかも、ＴＰＣ薄膜６の光パルス遅延を作り出す部分は、１ミクロン程度の薄膜で十分であるので、光増幅器５や波長変換素子などのサイズが、実際の集積回路の大きさを左右すると考えられる。つまり、従来の光ファイバーなどを用いた光パルス遅延素子に比べ、時間遅延を作る素子の長さを１万分の１程度まで圧縮することが可能である。
【００４１】
さらに，このような集積型光遅延素子を作り出すことが可能なので、必要に応じて、柔軟な回路構成をとることができるため、任意の時間差を持ったマルチパルス列を作り出すような光源としても適用が可能である。
【００４２】
図２は、入射光パルスの光強度と出射発光パルスの遅延時間との関係を示す図で、図中の実線、破線、点線、一点鎖線となるに従って入射光パルスの光強度が高くなっており、そのときの出射発光パルスの時間形状を示す図である。実験は全て室温で行なわれた。図中の一点鎖線が、入射光パルスの光強度が高くてＴＰＣ薄膜６が最も強励起の状態を示しており、点線、破線、実線となるにつれ、入射光パルスの光強度が弱くなっていったときの出射発光パルスを示している。
【００４３】
図３は、入射光パルスの光強度の逆数に対して時間遅れと出射発光パルス幅をプロットした図で、図中の丸印は出射発光パルスの遅延時間、図中の四角印はパルス幅、横軸は、入射光パルスの光強度の逆数（任意単位）を表している。これから分かるように、入射光パルスの光強度の逆数に比例して、時間遅れは増大し、かつパルス幅も長くなっている。このような光遅延現象を用いれば、入射光パルスの光強度を制御することで、出射発光パルスの時間遅れを可変でき、光パルス遅延素子として有効であることが分かる。
【００４４】
また、観測結果は、上述したように、ＴＰＣ分子の内、チオフェンリングが中心に１個配置されたＢＰ１Ｔ（Ｂｉ−Ｐｈｅｎｙｌｙｌ−１−Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）で観測されたものであるが、同様な光遅延現象は、ＢＰ２Ｔ、ＢＰ３Ｔなどでも観測されており、その場合は、時間遅れも１００ピコ秒に達するデータを得ている。同様の光遅延現象は、これらＴＰＣ分子のみならず，他のオリゴマー又は高分子系などにおいて得られる可能性がある。なお、ＴＰＣ系分子構造などについては、非特許文献２，３及びその中に記載された文献に詳しく述べられており、ＴＰＣ系分子構造は、一般的に、Ｂｉ−Ｐｈｅｎｙｌｙｌ−Ｘ−Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（Ｘ＝１〜４）で表している。このＴＰＣ系分子構造は、中心付近にチオフェン環が１〜４個あり、その両脇を２つのフェニレン環がキャップしたＢＰｎＴ（ｎ＝１〜４）が合成されている。その結晶構造は、分子構造に対応して若干変わるが、全てに共通するのが単斜晶系で単位胞あたり４つのオリゴマーを含んでいる。
【実施例２】
【００４５】
図４は、本発明の光パルス遅延素子の実施例２を説明するための構成図で、図１に示したＴＰＣ薄膜を入射光パルスの伝播方向に対して直列に多段配置（図４では３段配置されている）したものである。図中符号１５（１５ａ〜１５ｃ），２５（２５ａ〜２５ｃ），３５（３５ａ〜３５ｃ）は多段配置された光増幅器、１６（１６ａ〜１６ｃ），２６（２６ａ〜２６ｃ），３６（３６ａ〜３６ｃ）は多段配置されたＴＰＣ薄膜を示している。
【００４６】
上述した本発明の実施例１においては、入射光パルスの伝播方向に対して１枚のＴＰＣ薄膜を使用する場合について説明したが、この１枚のＴＰＣ薄膜を使用するだけで１００ピコ秒にもわたる時間遅延を得ることができるが、これを図４に示すように、ＴＰＣ薄膜１６，２６，３６を入射光パルスの伝播方向に対して直列に複数枚多段配置すれば、より長い時間遅延を得ることも可能である。
【００４７】
つまり、第１段目は光増幅器１５ａ〜１５ｃとＴＰＣ薄膜１６ａ〜１６ｃのペアで構成し、その後段に、第２段目として光増幅器２５ａ〜２５ｃとＴＰＣ薄膜２６ａ〜２６ｃのペアで構成し、さらにその後段に第３段目として光増幅器３５ａ〜３５ｃとＴＰＣ薄膜３６ａ〜３６ｃのペアで構成し、それぞれ入射光パルスの伝播方向に対して直列に多段配置したものである。
【００４８】
このような構成により、入力部２からの入射光パルスは、光分波器４で分けられ（図４では３つに分岐されている）、ＴＰＣ薄膜１６ａ，２６ａ，３６ａを介して、透過光パルスから遅延時間ｔ１×３遅れの遅延光パルスａ２を発生し、また、ＴＰＣ薄膜１６ｂ，２６ｂ，３６ｂを介して、透過光パルスから遅延時間ｔ２×３遅れの遅延光パルスｂ２を発生し、さらに、ＴＰＣ薄膜１６ｃ，２６ｃ，３６ｃを介して、透過光パルスから遅延時間ｔ３×３遅れの遅延光パルスｃ３を発生する。このように、ＴＰＣ薄膜をｎ段設ければ、遅延時間ｔ×ｎの遅延光パルスを発生させることができ、より長い時間遅延を得ることが可能となる。
【００４９】
さらに、これまでは単一の基板上に各機能素子が集積化したいわゆるモノリシック集積化素子のイメージで説明してきたが、現在の所、ここまで機能集積化した光集積回路は様々な要因のため実用化していない。各光素子を組み合わせた形でのハイブリッド集積化の方が実用上簡単であるが、本提案で述べてきた光遅延素子も当然、このようなハイブリッド集積光回路に対しても適用できるものである。
【００５０】
以上、本発明の光パルス遅延素子の各実施例について説明したが、本発明の光パルス遅延素子を用いた光デバイスへの適用分野としては、光通信に関わる分野のみならず、光を使ったチップ間配線における高速のタイミング制御などにも使うことができ、電子デバイス分野への適用も可能である。また、任意のパルス列を形成できることから計測器分野や、ナノ領域の分子構造が本発明の基礎現象と関わりがあることからナノテクノロジー分野など、広範な適用分野が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の光パルス遅延素子の実施例１を説明するための構成図である。
【図２】入射光パルスの光強度と出射発光パルスの遅延時間との関係を示す図である。
【図３】入射光パルスの光強度の逆数に対して時間遅れと出射発光パルス幅をプロットした図である。
【図４】本発明の光パルス遅延素子の実施例２を説明するための構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  入力部
３  入力光導波路
４  光分波器
５（５ａ〜５ｃ）  光増幅器
６（６ａ〜６ｃ）  ＴＰＣ薄膜
７  出力光導波路
８  出力部
１５（１５ａ〜１５ｃ），２５（２５ａ〜２５ｃ），３５（３５ａ〜３５ｃ）  多段配置された光増幅器
１６（１６ａ〜１６ｃ），２６（２６ａ〜２６ｃ），３６（３６ａ〜３６ｃ）  多段配置されたＴＰＣ薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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