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光増幅変調システムおよび光応答高速化システム

国内特許コード	P180014972
整理番号	(S2015-0717-N0)
掲載日	2018年5月23日
出願番号	特願2017-510102
出願日	平成28年3月30日(2016.3.30)
国際出願番号	JP2016060390
国際公開番号	WO2016159077
国際出願日	平成28年3月30日(2016.3.30)
国際公開日	平成28年10月6日(2016.10.6)
優先権データ	特願2015-072479 (2015.3.31) JP
発明者	堤直人木梨憲司桝村健人
出願人	国立大学法人京都工芸繊維大学
発明の名称	光増幅変調システムおよび光応答高速化システム
発明の概要	本発明の光増幅変調システム（１１）は、フォトリフラクティブ素子（１）と、互いに干渉する第１の光（Ｂ４）および第２の光（Ｂ５）をフォトリフラクティブ素子（１）上に照射して干渉させる光照射部（１２）とを備え、光照射部（１２）は光強度変調器（１８）を備え、光強度変調器（１８）は第２の光（Ｂ５）のみを変調し、第２の光（Ｂ５）は干渉時および非干渉時に対応して強度の強弱が時間周期的に変化することを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要	ある種の物質は、良好な電荷輸送能を有することが知られており、その応用事例として次に示すフォトリフラクティブ効果がある。フォトリフラクティブ効果とは、非線形光学効果の１つであり、物質が光を吸収して屈折率が変化する現象のことである。フォトリフラクティブ効果の発現機構を説明する。光導電性および２次の非線形光学特性を有する媒体中で２本のレーザー光を干渉させると干渉縞が形成される。この干渉縞の明部において光励起による電荷キャリアが生成され、外部印加電界により正電荷キャリアが媒体中を移動し、暗部にトラップされる。その結果、明部で負、暗部で正、に帯電した電荷密度の周期的な分布ができ、空間電界が形成される。この空間電界は、１次の電気光学効果であるポッケルス効果を引き起こし、周期的な屈折率格子が形成される。この屈折率格子と光干渉縞との間には空間的にφの位相差が生じるため、２光波間で非対称なエネルギー移動が観測され、光増幅（光学利得）が得られる。このようなフォトリフラクティブ効果を用いることで、位相共役や、歪曲した媒体からのイメージング、実時間ホログラフィー、超多重ホログラム記録、３Ｄディスプレイ、３Ｄプリンター、さらには光増幅、光ニューラルネットワークを含む非線形光情報処理、パターン認識、光リミッティング、高密度光データの記憶等への応用が期待されている。上記効果を発現するフォトリフラクティブ材料として、従来、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の無機結晶材料が用いられていた（例えば、非特許文献１および非特許文献２を参照）。しかし、この無機結晶材料では、素子の薄型化が難しく、また、強外部印加電界が必要となる。そのため、素子の信頼性に問題があった。また、広い面積のデバイスに応用することが困難であるため、実用上には大きな課題があった。そこで、近年、有機物からなるフォトリフラクティブ材料の開発が活発になっている。有機フォトリフラクティブ材料は、無機フォトリフラクティブ材料に比べて多くの利点がある。その利点とは、組成比率の最適化が容易、高い加工性の他、例えば、大きな光学非線形性、低誘電率、低コスト、軽量、可撓性などである。また、用途に応じて望ましいものとなり得る他の重要な特性には、記録データの長い貯蔵寿命、光学品質、および熱安定性がある。このような有機フォトリフラクティブ材料は、高度な情報通信技術にとって重要な材料となりつつある。その中でも、カルバゾール類（例えば、特許文献１を参照）、トリフェニルアミン類が知られている。動画記録・再生装置、高速データ記憶装置のような高性能のホログラフィック装置に適用するための十分な表示性能を得るため、応答性を格段に向上させることが求められる。そのような技術として、高速応答性フォトリフラクティブポリマー素子が開発されている（例えば、特許文献２、非特許文献３および非特許文献４を参照）。
産業上の利用分野	本発明は、光増幅変調システムおよび光応答高速化システムに関する。
特許請求の範囲	【請求項1】フォトリフラクティブ素子と、互いに干渉する第１の光および第２の光を生成し、前記第１の光と前記第２の光を前記フォトリフラクティブ素子上に照射して干渉させる光照射部と、前記フォトリフラクティブ素子に電界を印加する電界印加部と、を備えており、前記光照射部は光強度変調器を備え、前記光強度変調器は前記第２の光のみを変調し、前記第２の光は、非干渉時にも強度が０になることがなく、干渉時および非干渉時に対応して前記光強度変調器により強度の強弱が時間周期的に変化することを特徴とする光増幅変調システム。【請求項2】前記光強度変調器は、音響光学モジュレータであって、前記音響光学モジュレータは、出力の０次光のみを前記第２の光として前記フォトリフラクティブ素子上に照射することを特徴とする請求項１に記載の光増幅変調システム。【請求項3】前記光照射部は、レーザー光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザー光の光軸上に配置された第１の半波長板と、前記第１の半波長板を通過したレーザー光を第１の分割光と第２の分割光とに分割する偏光ビームスプリッターと、前記第１の分割光の光軸上に配置された第２の半波長板と、を備えており、前記第２の半波長板を通過した第１の分割光、および前記音響光学モジュレータを通過した第２の分割光を前記フォトリフラクティブ素子上に照射することを特徴とする請求項２に記載の光増幅変調システム。【請求項4】フォトリフラクティブ素子における光応答を高速化するシステムであって、互いに干渉する第１の光および第２の光を生成し、前記第１の光と前記第２の光とを前記フォトリフラクティブ素子上に照射して干渉させる光照射部と、前記フォトリフラクティブ素子に電界を印加する電界印加部と、を備えており、前記光照射部は前記第２の光の強度を変調する光強度変調器を備え、前記光強度変調器は前記第２の光のみを変調し、前記第２の光は、干渉時以外の非干渉時にも強度が０になることがなく、干渉時および非干渉時に対応して前記光強度変調器により強度の強弱が時間周期的に変化することを特徴とする光応答高速化システム。【請求項5】前記光強度変調器は、音響光学モジュレータであって、前記音響光学モジュレータは、出力の０次光のみを前記第２の光として前記フォトリフラクティブ素子上に照射することを特徴とする請求項４に記載の光応答高速化システム。【請求項6】前記光照射部は、レーザー光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザー光の光軸上に配置された第１の半波長板と、前記第１の半波長板を通過したレーザー光を第１の分割光と第２の分割光とに分割する偏光ビームスプリッターと、前記第１の分割光の光軸上に配置された第２の半波長板と、を備えており、前記音響光学モジュレータに前記偏光ビームスプリッターを通過した第２の分割光が入光することを特徴とする請求項５に記載の光応答高速化システム。【請求項7】高速で光増幅を変調する方法であって、フォトリフラクティブ素子に電界を印加した状態で、互いに干渉する第１の光と第２の光とを前記フォトリフラクティブ素子上に照射して干渉させるステップを含んでおり、前記第２の光のみを変調し、前記第２の光は、干渉時以外の非干渉時にも強度が０になることがなく、干渉時および非干渉時に対応して強度の強弱を時間周期的に変化させることを特徴とする光増幅変調方法。【請求項8】フォトリフラクティブ素子における光応答を高速化する方法であって、前記フォトリフラクティブ素子に電界を印加した状態で、互いに干渉する第１の光と第２の光とを前記フォトリフラクティブ素子上に照射して干渉させるステップを含んでおり、少なくとも前記第２の光の強度の強弱を干渉時および非干渉時に対応して時間周期的に変化させることを特徴とする光応答高速化方法。
国際特許分類(IPC)	G02F 1/061 電気光学的有機物質に基づいたもの
Fターム	2K102AA23 2K102BA01 2K102BA13 2K102BB01 2K102BC01 2K102BD08 2K102CA18 2K102DA01 2K102DB03 2K102DD01 2K102EA02 2K102EB11 2K102EB12 2K102EB20
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出願権利状態	公開