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一方向性光増幅器 コモンズ

国内特許コード P010000019
整理番号 KUTLO-U017
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平10-231251
公開番号 特開2000-068577
登録番号 特許第2972879号
出願日 平成10年8月18日(1998.8.18)
公開日 平成12年3月3日(2000.3.3)
登録日 平成11年9月3日(1999.9.3)
発明者
  • 山田 実
出願人
  • 国立大学法人金沢大学
発明の名称 一方向性光増幅器 コモンズ
発明の概要 光を一方向のみに増幅する一方向性光増幅器に関する発明である。真空中の電子と、誘電体光導波路から真空中にしみ出した光と、電子ビーム走行方向の光の電界成分とを用いた光増幅により、これまで不可能と思われていた光の一方向性増幅を実現する装置である。電子放射部と、電子放射部から放射される電子ビームから受けたエネルギーを利用して入力された光を一方向に増幅する光増幅部とを真空中に配置した。誘電体光導波路は、電子ビーム走行方向に光の電界成分を生じさせ、伝搬する光の一部を電子ビーム走行路にしみ出させるとともに、電子ビーム走行方向の光の走行速度を低下させるように、誘電体基板上に形成されていることを特徴とする。真空中にしみ出した光は、一方向に増幅される。誘電体基板は、石英ガラスや有機物より成ることを特徴とし、電子ビーム収束用電極は、Nilや各種合金等の金属材料より成ることを特徴とする。光通信技術、光計測技術、光記録技術等の信号処理を中心とした光エレクトロニクス分野の発展の他に、多くの分野の飛躍的な発展が期待できる。最大の利点は、光信号を用いた回路合成が可能になり、光機能素子を光回路として構成することができる。光ファイバ通信用の光源に適用した場合、反射戻り光の障害が生じなくなる。光ピックアップでは、高品位の光信号を維持することができる。光変調器や光スイッチの構成になり、光共振器を挿入すると光発生器になる等、光機能素子への応用が可能である。CD装置では、低雑音化することが可能になる。レーザ加工機やレーザメス等においては、対象物からの反射戻り光があっても動作が変動しない安定化されたシステムとすることができる。THz帯から遠赤外線領域で電磁波発生や増幅を行う装置に適用することが可能になる。
従来技術、競合技術の概要 光増幅を行う従来技術としては、各種のレーザがあり、これらを用いて光の一方向性増幅を実現しようとする種々の試みがなされてきた。これらは、光の発生や増幅を行う代表的な光エレクトロニクス装置であるが、レーザ材料中の拘束されている電子のエネルギーを使用するため、増幅される光の方向は可逆であり、前進波および後進波の両方が増幅される。したがって、出射した光がレンズ等の表面で反射されて戻り、レーザ内に再入射すると、この戻り光も増幅してしまうため、レーザの発振特性や増幅特性を不安定に劣化させ過剰な雑音を発生してしまう。この不具合の対策としては、光を一方向に通過させるアイソレータにより戻り光の再入射を防止する手法が一般的である。しかし、光アイソレータはバルク形状で作製することしかできず、高価であるため、利用範囲が制限され光ディスク技術のように小型でかつ安価なことを要求される用途には光アイソレータを利用することができず、戻り光による特性劣化や雑音発生がレーザを採用する際の技術的な障害となる。また、レーザ光発生部、光増幅部等を光集積回路として一体化し、光による高速の情報処理を行う方式も提案されているが、次段部から前段部へ光が戻るため、複合的な機能を有する光回路としての合成ができないという問題がある。また、最も高い動作可能周波数を有する一方向性の電子管としては進行波管がある。この進行波管では逆方向へ伝搬する電磁波は増幅されない。しかし、進行波管の使用周波数の上限値は伝送路の金属加工技術により決定されるため、数十GHz以上の周波数(波長;数cm以下)では使用できない。したがって、波長が1μm以下となる光に適用し得る進行波管を作製することは、現在の金属加工技術の限界を遥かに越えることになり、現時点では不可能である。
産業上の利用分野 光信号を用いた回路合成が可能になり、光機能素子を光回路として構成することができ、光ファイバ通信用の光源、光ピックアップ等、光機能素子への応用、THz帯から遠赤外線領域で電磁波発生や増幅を行う装置に適用することが可能になる一方向性光増幅器
特許請求の範囲 【請求項1】 電子ビームを放射する電子放射部と、該電子放射部から放射される電子ビームから受けたエネルギーを利用して入力された光を一方向に増幅する光増幅部とを真空中に配置して成る一方向性光増幅器であって、
前記光増幅部は、電子ビーム走行方向に誘電体光導波路が形成された誘電体基板と、前記誘電体光導波路を挟むように対向配置された一対の電子ビーム収束用電極とから成り、
前記誘電体基板は、電子ビーム走行方向に光の電界成分を生じさせるとともに電子ビーム走行方向の光の走行速度を低下させるように配置されていることを特徴とする一方向性光増幅器。

【請求項2】 前記誘電体基板は、前記誘電体光導波路の両端部にそれぞれ曲線部を介して直交方向から接続される光入力導波路および光出力導波路を具備して成ることを特徴とする請求項1記載の一方向性光増幅器。

【請求項3】 前記誘電体基板は、前記誘電体光導波路の両端部にそれぞれ所定角度をなすように斜め方向から接続される光入力導波路および光出力導波路を具備して成ることを特徴とする請求項1記載の一方向性光増幅器。

【請求項4】 前記誘電体光導波路は、当該波長領域において透明性を有する高屈折率の材料であって、可視光領域に用いる場合にはZnSe, CdS およびこれらの混晶等のII-VI 族化合物半導体もしくはGaN 等のIII-V 族化合物半導体より成り、マイクロ波領域から近赤外領域に用いる場合にはSi, Ge等のIV族半導体、ZnSe, CdS およびこれらの混晶等のII-VI 族化合物半導体もしくはGaAs, InP, GaNおよびこれらの混晶等のIII-V 族化合物半導体より成ることを特徴とする請求項1~3の何れか1項記載の一方向性光増幅器。

【請求項5】 前記誘電体基板は、マイクロ波領域から可視光領域までの範囲において透明性を有する材料であって、石英ガラスや有機物より成ることを特徴とする請求項1~4の何れか1項記載の一方向性光増幅器。

【請求項6】 前記電子ビーム収束用電極は、Ni, Ag, Alや各種合金等の金属材料より成ることを特徴とする請求項1~5の何れか1項記載の一方向性光増幅器。
産業区分
  • 固体素子
  • 光学装置
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中


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