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カーボンナノチューブを用いた光スイッチング素子及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P110003363
整理番号 K020P46
掲載日 2011年6月21日
出願番号 特願2004-188270
公開番号 特開2006-011055
登録番号 特許第4338600号
出願日 平成16年6月25日(2004.6.25)
公開日 平成18年1月12日(2006.1.12)
登録日 平成21年7月10日(2009.7.10)
発明者
  • 市田 正夫
  • 中村 新男
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 カーボンナノチューブを用いた光スイッチング素子及びその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 カーボンナノチューブを用いた光応答に基づく高速光スイッチング素子の設計の自由度を上げる。
【解決手段】 SWCNT中の欠陥量と吸収における緩和時間との関係をみると、SWCNTにおいては、(A)に示すようにその径を大きくすると欠陥が少なくなり、それに応じて緩和時間が長くなる。一方、(C)に示すようにSWCNTの径を小さくすると欠陥が多くなり、緩和時間が短くなる。すなわち、緩和時間は欠陥に依存し、1/τ=1/τ + 1/τtrapの式で表されることがわかる。τは、SWCNTの特性によらず一定の値であり、τtrapは、SWCNTの欠陥濃度に依存する値である。このことから、緩和時間を欠陥濃度により制御できることがわかる。ここで、欠陥はSWCNT中において捕獲サイトとして機能する性質の欠陥である。
【選択図】 図7
従来技術、競合技術の概要


本格的なブロードバンド、デジタル家電の時代の到来とともに、大容量、高速通信のための要素技術の開発が望まれている。これらの技術を支えるテラビット/秒のデータ転送速度に対応するためには、光ファイバーを用いた通信が不可欠である。この際、電気的なスイッチングによる光の変調には限界があり、高速応答を実現するためには、光による光の変調、すなわち光スイッチングが必要になる。そのため、光スイッチング素子の開発が望まれている。



単層カーボンナノチューブは、一次元方向に延在する特殊形状を反映する光学異方性によって光学応答が増大し、大きな光線形光学特性を示すことが知られている。その時間応答は1psのオーダーであり、高速な光スイッチング特性を示すため、光ファイバー技術に十分対応可能な光スイッチング素子としての利用が期待されている。加えて、半導体ナノチューブの光学遷移は、光通信で用いられる波長(1.5μm:0.8eV)にほぼ対応しており、その波長で大きな非線形性を示すことは、光スイッチング素子として大きなアドバンテージとなっている。

産業上の利用分野


本発明は、カーボンナノチューブを用いた光スイッチング素子に関し、特に光スイッチング素子の応答速度の制御技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
非線形光学特性を有するカーボンナノチューブからなる光学素子と、該光学素子に対して信号光を照射する第1の光源と、前記光学素子に対して制御光を照射する第2の光源と、を有、前記光学素子に前記制御光を照射した際の光学吸収による前記透過信号光の変化を利用する光スイッチング装置において、
前記カーボンナノチューブの径又は欠陥を一次元方向(延在方向)に変調することにより光スイッチング速度が調整されていることを特徴とする光スイッチング装置。

【請求項2】
さらに、前記光学素子を透過した透過信号光を検出する検出器を有することを特徴とする請求項1に記載の光スイッチング装置。

【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の光スイッチング装置において、
前記カーボンナノチューブの径と捕獲サイトを形成する欠陥の導入とに基づいて光吸収波長と光スイッチング速度と独立に調整することを特徴とする光スイッチング装

【請求項4】
請求項1又は請求項2に記載の光スイッチング装置において、
前記カーボンナノチューブにおいて捕獲サイトを形成する欠陥の導入量が一次元方向に変調されていることを特徴とする光スイッチング装置。

【請求項5】
請求項1又は請求項2に記載の光スイッチング装置において、
前記カーボンナノチューブにおいて捕獲サイトを形成する欠陥の導入量が一次元方向に変調されていることを特徴とする光記憶装置。

【請求項6】
複数本のカーボンナノチューブからなる薄膜を有し、該薄膜において前記カーボンナノチューブの平均直径空間的に変調させることにより、前記1つの薄膜において使用可能波長を異ならせたことを特徴とする光スイッチング素子。

【請求項7】
複数本のカーボンナノチューブからなる薄膜を有し、該薄膜において前記カーボンナノチューブの欠陥濃度を変調することにより、前記1つの薄膜において使用波長を一定にしたまま、空間的な場所によりスイッチング速度を異ならせたことを特徴とする光スイッチング素子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004188270thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ ナノと物性 領域
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