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JP2000171840A - Laminated thin-film optical element and optical control method and optical controller using the same - Google Patents

Laminated thin-film optical element and optical control method and optical controller using the same

Info

Publication number
JP2000171840A
JP2000171840A JP10358429A JP35842998A JP2000171840A JP 2000171840 A JP2000171840 A JP 2000171840A JP 10358429 A JP10358429 A JP 10358429A JP 35842998 A JP35842998 A JP 35842998A JP 2000171840 A JP2000171840 A JP 2000171840A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
film
control
layer
optical element
Prior art date
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Granted
Application number
JP10358429A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3914998B2 (en
Inventor
Takashi Hiraga
隆 平賀
Kunie Chin
國榮 陳
Tetsuo Moriya
哲郎 守谷
Norio Tanaka
教雄 田中
Hiromitsu Yanagimoto
宏光 柳本
Ichiro Ueno
一郎 上野
Koji Tsujita
公二 辻田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd
Victor Company of Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd, Victor Company of Japan Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP35842998A priority Critical patent/JP3914998B2/en
Publication of JP2000171840A publication Critical patent/JP2000171840A/en
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Publication of JP3914998B2 publication Critical patent/JP3914998B2/en
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to exhibit optical response of sufficient magnitude and high speed by using a laser beam of low power as control light. SOLUTION: The control light is emitted from a light source 1 and signal light from a light source 2. The control light and the signal light are converged by a condenser lens 7 and is cast to the laminated thin-film optical element 8. Only the signal light is detected by a photodetector 22 through a photodetecting lens 9 and a wavelength selection filter 20. A heat lens is reversibly formed within the laminated thin-film optical element by on and off of the control light, by which the intensity modulation of the signal light may be embodied. The constitution of the thin-film optical element is composed of a laminated structure consisting of for example, a heat transmission layer film/heat insulating layer film/light absorption film/heat lens forming layer/light absorption film/heat insulating layer film/heat transmission layer. The thickness of the light absorption layer consisting of the laminated structure of the light absorption film/heat lens forming layer/light absorption film is so adjusted as not to exceed 2 times the confocal distance of the converged control light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信、光情報
処理などの光エレクトロニクスおよびフォトニクスの分
野において有用な、積層型薄膜光素子およびそれを用い
る光制御方法および光制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated thin-film optical element, and a light control method and a light control apparatus using the same, which are useful in the fields of optoelectronics and photonics such as optical communication and optical information processing. .

【0002】[0002]

【従来の技術】超高速情報伝達・処理を目的として、光
の多重性、高密度性に着目した光エレクトロニクスおよ
びフォトニクスの分野において、光学材料または光学組
成物を加工して作成した光学素子に光を照射することで
引き起こされる透過率や屈折率の変化を利用して、電子
回路技術を用いずに、光の強度(振幅)または周波数
(波長)を変調しようとする光・光制御方法の研究開発
が盛んに進められている。また、光の特徴を活かして、
並列光論理演算や画像処理を行おうとする場合、光ビー
ムの断面に光強度分布変化など、何等かの変調を行うた
めの「空間光変調器」が極めて重要であり、ここへも光
・光制御方法の適用が期待される。
2. Description of the Related Art In the field of optoelectronics and photonics, which focus on the multiplexing and high density of light for the purpose of transmitting and processing information at an ultra-high speed, light is applied to an optical element prepared by processing an optical material or an optical composition. Of light / light control method that modulates light intensity (amplitude) or frequency (wavelength) without using electronic circuit technology, using changes in transmittance and refractive index caused by irradiating light Development is underway. Also, taking advantage of the characteristics of light,
When parallel optical logic operation or image processing is to be performed, a "spatial light modulator" for performing any kind of modulation such as a change in light intensity distribution on the cross section of a light beam is extremely important. Application of the control method is expected.

【0003】光・光制御方法への応用が期待される現象
としては可飽和吸収、非線形屈折、フォトリフラクティ
ブ効果などの非線形光学効果、およびフォトクロミック
現象が広く注目を集めている。
As phenomena that are expected to be applied to light / light control methods, saturable absorption, nonlinear refraction, nonlinear optical effects such as photorefractive effects, and photochromic phenomena have attracted widespread attention.

【0004】一方、第一の波長帯域の光で励起された分
子が、分子構造の変化を伴わずに、第一の波長帯域とは
異なる第二の波長帯域において新たに光吸収を起こす現
象も知られており、これを「励起状態吸収」または「誘
導吸収」、あるいは「過渡吸収」と呼ぶことができる。
[0004] On the other hand, there is a phenomenon that molecules excited by light in the first wavelength band newly absorb light in a second wavelength band different from the first wavelength band without changing the molecular structure. It is known and can be referred to as "excited state absorption" or "induced absorption" or "transient absorption".

【0005】励起状態吸収の応用を試みた例としては、
例えば、特開昭53−137884号公報にはポルフィ
リン系化合物と電子受容体を含んだ溶液または固体に対
して波長の異なる少なくとも二種類の光線を照射し、こ
の照射により一方の波長の光線が有する情報を他方の光
線の波長に移すような光変換方法が開示されている。ま
た、特開昭55−100503号公報および特開昭55
−108603号公報にはポルフィリン誘導体などの有
機化合物の基底状態と励起状態の間の分光スペクトルの
差を利用し、励起光の時間的な変化に対応して伝搬光を
選択するような機能性の液体コア型光ファイバーが開示
されている。また、特開昭61−129621号公報に
は、酸化ウラニウムをドープしたバリウムクラウンガラ
スからなるファイバーに、第一光子束を減衰しないよう
に導入し、第二光子束を導入することにより第一光子束
を減衰させると共に、ファイバーのエネルギーレベル2
をポピュレイトし、第一光子束の一部が吸収されてエネ
ルギーレベル3をポピュレイトし、エネルギーレベル3
の一部が再びエネルギーレベル2に戻って第一光子束を
更に減衰させる段階を含む放射エネルギー透過制御方法
が開示されている。また、特開昭63−89805号公
報には光によって励起された三重項状態から更に上位の
三重項状態への遷移に対応する吸収を有するポルフィリ
ン誘導体などの有機化合物をコア中に含有しているプラ
スチック光ファイバーが開示されている。また、特開昭
63−236013号公報にはクリプトシアニンなどの
シアニン色素の結晶に第一の波長の光を照射して分子を
光励起した後、第一の波長とは異なる第二の波長の光を
前記分子に照射し、第一の波長の光による光励起状態に
よって第二の波長の光の透過または反射をスイッチング
するような光機能素子が開示されている。また、特開昭
64−73326号公報にはポルフィリン誘導体などの
光誘起電子移動物質をマトリックス材料中に分散した光
変調媒体に第一および第二の波長の光を照射して、分子
の励起状態と基底状態の間の吸収スペクトルの差を利用
して光変調するような光信号変調媒体が開示されてい
る。
[0005] Examples of applications of excited state absorption include:
For example, JP-A-53-137883 discloses that a solution or a solid containing a porphyrin compound and an electron acceptor is irradiated with at least two types of light beams having different wavelengths, and the irradiation causes a light beam having one wavelength to be emitted. A light conversion method is disclosed that transfers information to the wavelength of the other light beam. Also, JP-A-55-100503 and JP-A-55-150503
Japanese Patent Application Laid-Open No. 108603/1993 discloses a method of selecting a propagating light in response to a temporal change of excitation light by utilizing a difference in a spectrum between a ground state and an excited state of an organic compound such as a porphyrin derivative. A liquid core optical fiber is disclosed. JP-A-61-129621 discloses that a first photon flux is introduced into a fiber made of barium crown glass doped with uranium oxide so that the first photon flux is not attenuated and a second photon flux is introduced. Attenuates the bundle and energy level of the fiber 2
And a part of the first photon flux is absorbed to populate the energy level 3 and the energy level 3
Is returned to energy level 2 again to further attenuate the first photon flux. JP-A-63-89805 discloses that a core contains an organic compound such as a porphyrin derivative having an absorption corresponding to a transition from a triplet state excited by light to a higher triplet state. A plastic optical fiber is disclosed. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 63-236013 discloses that a crystal of a cyanine dye such as cryptocyanine is irradiated with light of a first wavelength to optically excite molecules, and then a light of a second wavelength different from the first wavelength. An optical functional element that irradiates the molecule with light and switches transmission or reflection of light of a second wavelength according to a photoexcitation state by light of a first wavelength is disclosed. JP-A-64-73326 discloses that a light modulation medium in which a photoinduced electron transfer material such as a porphyrin derivative is dispersed in a matrix material is irradiated with light of first and second wavelengths to excite the excited state of the molecule. An optical signal modulation medium that modulates light using a difference in absorption spectrum between the light and the ground state is disclosed.

【0006】これら従来技術で用いられている光学装置
の構成としては、特開昭55−100503号公報、特
開昭55−108603号公報、および特開昭63−8
9805号公報には伝搬光の伝播する光ファイバーを励
起光の光源(例えばフラッシュランプ)の周囲に巻きつ
けるような装置構成が開示されており、特開昭53−1
37884号公報および特開昭64−73326号公報
には光応答性光学素子内部の信号光に相当する光の伝播
している部分全体に信号光の光路とは別の方向から制御
光に相当する光を収束させることなくむしろ投射レンズ
などの手段によって拡散させて照射するような装置構成
が開示されている。
The configurations of the optical devices used in these prior arts are described in JP-A-55-100503, JP-A-55-108603, and JP-A-63-8.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9805 discloses a device configuration in which an optical fiber through which a propagating light propagates is wound around a light source of an excitation light (for example, a flash lamp).
Japanese Patent No. 37884 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-73326 disclose control light from a direction different from the optical path of the signal light over the entire propagation portion of the light corresponding to the signal light inside the photoresponsive optical element. There is disclosed an apparatus configuration in which light is not converged but rather diffused and irradiated by means such as a projection lens.

【0007】更に、従来技術においては、熱効果による
屈折率分布を利用して光の変調を行う方法も検討されて
いる。特開昭59−68723号公報には、発熱抵抗体
へ入力電気信号を通電し、前記発熱手段からの熱を受け
屈折率分布を生じる液体媒体中の屈折率分布によって、
光束の波面を変形するような光変調素子が開示されてお
り、KHzのオーダー、すなわちミリ秒のオーダーで屈
折率分布形成から消滅までのサイクルを行うことができ
ると記載されている。また、特開昭60−130723
号公報には、近赤外線制御光を熱吸収層で熱エネルギー
に変換し、この熱を近赤外線反射膜層および可視光線反
射膜層を通じて熱効果媒体まで伝熱させ、熱効果媒体中
に発生する屈折率分布によって、可視光線反射膜層へ入
射する光束の波面を変換する方法が開示されている。
Further, in the prior art, a method of modulating light using a refractive index distribution due to a thermal effect has been studied. JP-A-59-68723 discloses that, according to a refractive index distribution in a liquid medium, an input electric signal is supplied to a heating resistor and a refractive index distribution is generated by receiving heat from the heating means.
There is disclosed a light modulation element that deforms the wavefront of a light beam, and describes that a cycle from formation of a refractive index distribution to extinction can be performed on the order of KHz, that is, on the order of milliseconds. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-130723
In the publication, near-infrared control light is converted into heat energy in a heat absorption layer, and this heat is transferred to the heat effect medium through the near-infrared reflection film layer and the visible light reflection film layer, and is generated in the heat effect medium. A method is disclosed in which the wavefront of a light beam incident on a visible light reflecting film layer is converted according to the refractive index distribution.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
熱効果による屈折率分布を利用した光の変調を行う方法
は、熱効果を生ずるまでの熱の伝達経路が長く、かつ、
制御光ビーム断面積よりも温度上昇部分の面積が拡大し
ながら伝達されるため伝達経路の体積、すなわち熱容量
が大きくなって、制御光から与えられるエネルギーの利
用効率が低く、また、高速応答も望めない。
However, the above-described method of modulating light using the refractive index distribution by the thermal effect requires a long heat transmission path until the thermal effect is generated, and
Since the area of the temperature rising portion is transmitted while being enlarged compared to the control light beam cross-sectional area, the volume of the transmission path, that is, the heat capacity is increased, and the utilization efficiency of the energy given from the control light is low, and a high-speed response can be expected. Absent.

【0009】また、上述したいずれの従来技術も、実用
に足りる大きさの透過率変化または屈折率変化を引き起
こすため、非常に高密度の光パワーを必要としたり、光
照射に対する応答が遅かったり、光学系の微妙な調整が
必要で、かつ光学系の多少の変動で制御光出力が大きく
変動したりするため、実用に至るものは未だ得られてい
ないのが現状である。
Further, any of the above-mentioned prior arts causes a change in transmittance or a change in the refractive index of a size sufficient for practical use, so that a very high-density optical power is required, a response to light irradiation is slow, Since fine control of the optical system is required, and the control light output greatly fluctuates due to slight fluctuations of the optical system, there is no practical application yet.

【0010】上記課題を解決し、できる限り低い光パワ
ーで充分な大きさおよび速度の光応答を引き出すことを
目的として、特開平8−286220、8−32053
5、8−320536、9−329816、10−90
733、10−90734、および、10−14885
2号報には、光応答性組成物からなる光学素子に制御光
を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の透
過率および/または屈折率を可逆的に変化させることに
より前記光学素子を透過する前記信号光の強度変調およ
び/または光束密度変調を行う光制御方法であって、前
記制御光および前記信号光を各々収束させて前記光学素
子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光のそれ
ぞれの焦点の近傍の光子密度が最も高い領域が前記光学
素子中において互いに重なり合うように前記制御光およ
び前記信号光の光路をそれぞれ配置することを特徴とす
る光制御方法が開示されている。
For the purpose of solving the above-mentioned problems and extracting an optical response of a sufficient magnitude and speed with an optical power as low as possible, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-286220 and 8-32053 are disclosed.
5, 8-320536, 9-329816, 10-90
733, 10-90734, and 10-14885
In the second report, the control element is irradiated with an optical element made of a photoresponsive composition, and the transmittance and / or the refractive index of the signal light in a wavelength band different from that of the control light are reversibly changed. A light control method for performing intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light transmitted through an optical element, wherein the control light and the signal light are respectively converged and irradiated to the optical element, and the control light is controlled. And an optical path for the control light and the signal light, wherein the optical paths of the control light and the signal light are arranged such that regions having the highest photon densities near respective focal points of the signal light overlap each other in the optical element. Have been.

【0011】また、特開平10−148853号報に
は、光応答性組成物からなる光学素子に、互いに波長の
異なる制御光および信号光を照射し、前記制御光の波長
は前記光応答性組成物が吸収する波長帯域から選ばれる
ものとし、前記光応答性組成物が前記制御光を吸収した
領域およびその周辺領域に発生する温度上昇に起因する
密度変化の分布に基づいた熱レンズを可逆的に形成さ
せ、前記熱レンズを透過する信号光の強度変調および/
または光束密度変調を行う光制御方法が開示されてい
る。そして、上記公報において、光学素子として例えば
色素/樹脂膜や色素溶液膜が用いられ、制御光のパワー
2ないし25mWにおける制御光照射に対する信号光の
応答時間は、2マイクロ秒未満と記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-148853 discloses that an optical element made of a photoresponsive composition is irradiated with control light and signal light having different wavelengths from each other, and the wavelength of the control light is different from that of the photoresponsive composition. The thermal lens based on the distribution of the density change caused by the temperature rise occurring in the region where the photoresponsive composition absorbs the control light and in the surrounding region, and the heat lens is reversibly selected. And intensity modulation of signal light transmitted through the thermal lens and / or
Alternatively, a light control method for performing light flux density modulation is disclosed. In the above publication, for example, a dye / resin film or a dye solution film is used as an optical element, and the response time of signal light to control light irradiation at a power of 2 to 25 mW of control light is described as less than 2 microseconds. .

【0012】本発明は、上記課題を解決し、できる限り
低い光パワーで充分な大きさおよび一層高速度の光応答
を引き出せるような積層型薄膜光素子およびそれを用い
る光制御方法および制御装置を提供することを目的とす
る。
The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a laminated thin-film optical element capable of extracting an optical response of a sufficient size and a higher speed with an optical power as low as possible, and a light control method and a control apparatus using the same. The purpose is to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の請求項1記載の発明に係る積層型薄膜光素子
は、少なくとも光吸収層を含む積層型薄膜光素子中の光
吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号光を各
々収束させて照射し、前記制御光の波長は前記光吸収層
が吸収する波長帯域から選ばれ、少なくとも前記制御光
は前記光吸収層内において焦点を結び、前記光吸収層が
前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる
温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づ
いた熱レンズを用いることによって、前記信号光の強度
変調および/または光束密度変調を行う薄膜光素子にお
いて、前記光吸収層が3層からなる積層型薄膜であっ
て、第1層は、前記制御光の波長帯域の光を吸収する光
吸収膜であり、第2層は、前記制御光および前記信号光
の波長帯域において光透過性である熱レンズ形成層であ
り、第3層は、前記制御光の波長帯域の光を吸収する光
吸収膜であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated thin film optical device according to the present invention according to claim 1 of the present application comprises a light absorbing layer in a laminated thin film optical device including at least a light absorbing layer. The control light and the signal light having different wavelengths are respectively converged and irradiated, and the wavelength of the control light is selected from a wavelength band absorbed by the light absorbing layer, and at least the control light is focused in the light absorbing layer. By using a thermal lens based on a refractive index distribution that is reversibly generated due to a temperature rise that occurs in the region where the light absorbing layer absorbs the control light and the surrounding region, the intensity of the signal light is reduced. In the thin-film optical element for performing modulation and / or light flux density modulation, the light absorption layer is a laminated thin film including three layers, and the first layer is a light absorption film that absorbs light in the wavelength band of the control light. Yes, second Is a thermal lens forming layer that is light transmissive in the wavelength band of the control light and the signal light, and the third layer is a light absorbing film that absorbs light in the wavelength band of the control light. I do.

【0014】ここで、信号光および制御光は、反射によ
る損失を最小限にするため、前記積層型薄膜光素子へほ
ぼ垂直に入射するものとする。
Here, it is assumed that the signal light and the control light are substantially perpendicularly incident on the laminated thin film optical element in order to minimize the loss due to reflection.

【0015】上記目的を達成するために、本願の請求項
2記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項1に記
載の積層型薄膜光素子において、前記熱レンズ形成層を
挟む前記2枚の光吸収膜の内、前記制御光入射側の前記
光吸収膜が前記制御光の10ないし90%を吸収し、更
に前記制御光出射側の前記光吸収膜が前記制御光の残余
分を吸収するように前記制御光波長帯域の透過率が調整
されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laminated thin-film optical element according to the first aspect of the present invention. Of the light absorbing films, the light absorbing film on the control light incident side absorbs 10 to 90% of the control light, and the light absorbing film on the control light emitting side removes the remaining control light. The transmittance of the control light wavelength band is adjusted so as to be absorbed.

【0016】上記目的を達成するために、本願の請求項
3および請求項4に記載の発明に係る積層型薄膜光素子
は、それぞれ請求項1および2に記載の積層型薄膜光素
子において、前記積層型薄膜からなる光吸収層の厚さ
が、収束された前記制御光の共焦点距離の2倍を越えな
いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the laminated thin-film optical element according to the third and fourth aspects of the present invention is characterized in that in the laminated thin-film optical element according to the first and second aspects, The thickness of the light-absorbing layer composed of the laminated thin film does not exceed twice the confocal distance of the converged control light.

【0017】ここで共焦点距離とは、凸レンズまたは屈
折率分布型レンズなどの収束手段で収束された光束がビ
ームウエスト(焦点)の近傍において、ほぼ平行光と見
なすことのできる区間の距離である。進行方向ビーム断
面の電場の振幅分布、すなわち光束のエネルギー分布が
ガウス分布となっているガウスビームの場合、共焦点距
離Zcは、円周率π、ビームウエスト半径ω0 および波
長λを用いた式(1)で表すことができる。
Here, the confocal distance is a distance of a section where a light beam converged by a converging means such as a convex lens or a gradient index lens can be regarded as substantially parallel light near a beam waist (focal point). . In the case of a Gaussian beam in which the amplitude distribution of the electric field in the beam section in the traveling direction, that is, the energy distribution of the light beam is a Gaussian distribution, the confocal distance Zc is calculated by using a circular constant π, a beam waist radius ω 0 and a wavelength λ. It can be expressed by (1).

【0018】[0018]

【数1】 Zc = πω0 2 /λ …(1) なお、光吸収層の膜厚の下限については、光応答が検知
できる限りにおいて、薄ければ薄いほど好ましい。
Zc = πω 0 2 / λ (1) The lower limit of the thickness of the light absorbing layer is preferably as thin as possible so long as the optical response can be detected.

【0019】上記目的を達成するために、本願の請求項
5記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項1ない
し4のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前
記積層型薄膜からなる光吸収層に、更に、前記制御光お
よび前記信号光の波長帯域において光透過性の保温層
膜、および/または、前記制御光および前記信号光の波
長帯域において光透過性の伝熱層膜を、以下の群(a)
〜(i)から選択される構成で積層したことを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a laminated thin-film optical element according to any one of the first to fourth aspects. Further comprising a heat-insulating layer film that is light-transmissive in the wavelength band of the control light and the signal light, and / or a heat-transfer layer that is light-transmissive in the wavelength band of the control light and the signal light. The membrane was prepared by the following group (a)
Or (i).

【0020】(a)光吸収層/保温層膜、 (b)保温層膜/光吸収層/保温層膜、 (c)光吸収層/伝熱層膜、 (d)伝熱層膜/光吸収層/伝熱層膜、 (e)光吸収層/保温層膜/伝熱層膜、 (f)伝熱層膜/光吸収層/保温層膜、 (g)伝熱層膜/光吸収層/保温層膜/伝熱層膜、 (h)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層/保温層膜、 (i)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層/保温層膜/伝熱
層膜。
(A) light absorption layer / heat insulation layer film, (b) heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film, (c) light absorption layer / heat transfer layer film, (d) heat transfer layer film / light Absorption layer / heat transfer layer film, (e) light absorption layer / heat insulation layer film / heat transfer layer film, (f) heat transfer layer film / light absorption layer / heat insulation layer film, (g) heat transfer layer film / light absorption (H) heat transfer layer film / heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film, (i) heat transfer layer film / heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film / Heat transfer layer film.

【0021】上記目的を達成するために、本願の請求項
6記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項5のい
ずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前記制御光
および前記信号光の収束手段としての屈折率分布型レン
ズが、前記信号光入射側の光吸収層、または、保温層
膜、または、伝熱層膜に、直接または更に光透過層を介
して、積層されて設けられていることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a multilayer thin-film optical element according to the present invention, wherein the control light and the signal A refractive index distribution type lens as light converging means is laminated on the light absorbing layer on the signal light incident side, or a heat insulating layer film, or a heat transfer layer film, directly or further through a light transmitting layer. It is characterized by being provided.

【0022】上記目的を達成するために、本願の請求項
7記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項5のい
ずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前記積層型
薄膜光素子を透過した後、発散していく信号光光線束
を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範囲
で取り出すことによって強度変調および/または光束密
度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別して取り
出すための手段としての屈折率分布型レンズが、前記信
号光出射側の光吸収層、または、保温層膜、または、伝
熱層膜に、直接または更に光透過層を介して、積層され
て設けられていることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a laminated thin-film optical element according to any one of the first to fifth aspects of the present invention. The signal light flux that diverges after being transmitted through is extracted in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light flux so that the signal light flux in an area that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation. The refractive index distribution type lens as a means for separating and taking out the light absorption layer on the signal light emission side, or a heat insulation layer film, or a heat transfer layer film, directly or further through a light transmission layer, It is characterized by being provided in a stacked manner.

【0023】上記目的を達成するために、本願の請求項
8記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項6のい
ずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前記積層型
薄膜光素子を透過した後、発散していく信号光光線束
を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範囲
で取り出すことによって強度変調および/または光束密
度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別して取り
出すための手段としての屈折率分布型レンズが、前記信
号光出射側の光吸収層、または、保温層膜、または、伝
熱層膜に、直接または更に光透過層を介して、前記光吸
収層の前記信号光入射側に設けられた屈折率分布型レン
ズに向かい合って、各々のレンズ中心軸を揃えて、積層
されて設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated thin-film optical element according to the invention of claim 8 of the present application is the laminated thin-film optical element according to claim 6, wherein The signal light flux that diverges after being transmitted through is extracted in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light flux so that the signal light flux in an area that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation. The refractive index distribution type lens as a means for separating and taking out the light absorption layer on the signal light emission side, or a heat insulation layer film, or a heat transfer layer film, directly or further through a light transmission layer, The light absorbing layer is provided so as to face a gradient index lens provided on the signal light incident side of the light absorbing layer and to be stacked with their respective lens central axes aligned.

【0024】上記目的を達成するために、本願の請求項
9記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項1ない
し4のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前
記光吸収膜が、前記制御光波長帯域の光を吸収する色素
を含有していることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a multilayer thin-film optical element according to any one of the first to fourth aspects, wherein the light-absorbing film is provided. Contains a dye that absorbs light in the control light wavelength band.

【0025】上記目的を達成するために、本願の請求項
10記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項1な
いし4のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、
前記光吸収膜が、前記制御光波長帯域の光を吸収する色
素の非晶質凝集体からなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated thin-film optical element according to the present invention as set forth in claim 10 of the present application is the laminated-type thin-film optical element according to any one of claims 1 to 4,
The light absorbing film is made of an amorphous aggregate of a dye that absorbs light in the control light wavelength band.

【0026】上記目的を達成するために、本願の請求項
11記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項1な
いし4のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、
前記光吸収膜が、前記制御光波長帯域の光を吸収する色
素の微小結晶凝集体からなり、かつ、前記色素微小結晶
の粒子径が前記信号光の波長と制御光の波長を比べて短
い方の波長の1/5を越えない大きさであることを特徴
とする。
In order to achieve the above object, a laminated thin-film optical element according to the invention of claim 11 of the present application is characterized in that in the laminated thin-film optical element according to any one of claims 1 to 4,
The light-absorbing film is made of a fine crystal aggregate of a dye that absorbs light in the control light wavelength band, and the particle diameter of the dye fine crystal is shorter than the wavelength of the signal light and the wavelength of the control light. Is not larger than one-fifth of the wavelength.

【0027】上記目的を達成するために、本願の請求項
12記載の発明に係る積層型薄膜光素子は、請求項1な
いし4のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、
前記熱レンズ形成層が、非晶質の有機化合物、有機化合
物液体、および液晶からなる群から選ばれる有機化合物
からなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated thin-film optical element according to the invention of claim 12 of the present application is characterized in that in the laminated thin-film optical element according to any one of claims 1 to 4,
The thermal lens forming layer is made of an organic compound selected from the group consisting of an amorphous organic compound, an organic compound liquid, and a liquid crystal.

【0028】上記目的を達成するために、本願の請求項
13記載の発明に係る光制御方法は、請求項1ないし4
のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前記光
吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号光を各
々収束させて照射し、前記制御光の波長は前記光吸収層
が吸収する波長帯域から選ばれ、少なくとも前記制御光
は前記光吸収層内において焦点を結び、前記光吸収層は
前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる
温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づ
いた熱レンズを用いることによって、前記信号光の強度
変調および/または光束密度変調を行うことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the light control method according to the invention of claim 13 of the present application provides the light control method according to claims 1 to 4
In the laminated thin film optical element according to any one of the above, the light absorbing layer is irradiated with converging control light and signal light having different wavelengths from each other, and the wavelength of the control light is a wavelength absorbed by the light absorbing layer. Selected from a band, at least the control light is focused in the light absorbing layer, and the light absorbing layer has a refractive index that reversibly occurs due to a temperature rise occurring in a region absorbing the control light and a peripheral region thereof. The intensity modulation and / or the luminous flux density modulation of the signal light is performed by using a thermal lens based on the distribution.

【0029】上記目的を達成するために、本願の請求項
14、請求項15および請求項16記載の発明に係る光
制御方法は、それぞれ請求項6、請求項7および請求項
8に記載の積層型薄膜光素子において、前記制御光およ
び前記信号光入射側に設けられた前記屈折率分布型レン
ズに、前記制御光および前記信号光を各々照射し、少な
くとも前記制御光が前記光吸収層内において焦点を結
び、前記光吸収層が前記制御光を吸収した領域およびそ
の周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる
屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによっ
て、前記信号光の強度変調および/または光束密度変調
を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the light control method according to the present invention according to claims 14, 15 and 16 of the present invention provides the light control method according to claims 6, 7 and 8, respectively. In the type thin film optical element, the control light and the signal light are irradiated on the refractive index distribution type lens provided on the control light and the signal light incident side, respectively, and at least the control light is in the light absorption layer. Focusing, by using a thermal lens based on the refractive index distribution that reversibly occurs due to the temperature rise that occurs in the region where the light absorbing layer absorbs the control light and the surrounding region, the signal light of the It is characterized by performing intensity modulation and / or light flux density modulation.

【0030】上記目的を達成するために、本願の請求項
17および請求項18記載の発明に係る光制御方法は、
それぞれ請求項13および請求項14に記載の光制御方
法において、前記積層型薄膜光素子を透過した後、発散
していく信号光光線束を、前記信号光光線束の発散角度
よりも小さい角度範囲で取り出すことによって、強度変
調および/または光束密度変調を強く受けた領域の信号
光光線束を分別して取り出すことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light control method according to the invention of claims 17 and 18 of the present application provides:
15. The light control method according to claim 13, wherein the signal light beam diverging after passing through the laminated thin film optical element has an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam. By extracting the signal light beam in the region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation, the signal light beam is separated and extracted.

【0031】上記目的を達成するために、本願の請求項
19および請求項20記載の発明に係る光制御方法は、
それぞれ請求項15および請求項16に記載の光制御方
法において、前記光吸収層の前記信号光出射側に積層さ
れて設けられた前記屈折率分布型レンズを用いて、前記
光吸収層を透過した後、発散していく信号光光線束を、
前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範囲で取
り出すことによって、強度変調および/または光束密度
変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別して取り出
すことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light control method according to the present invention as set forth in claims 19 and 20 of the present application,
In the light control methods according to claim 15 and claim 16, respectively, the light is transmitted through the light absorption layer using the refractive index distribution type lens laminated and provided on the signal light emission side of the light absorption layer. Later, the diverging signal light flux
By extracting the signal light beam in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam, the signal light beam in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation is separated and extracted.

【0032】上記目的を達成するために、本願の請求項
21記載の発明に係る光制御装置は、 請求項1ないし
4のいずれかに記載の積層型薄膜光素子において、前記
光吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号光を
各々照射し、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸収す
る波長帯域から選ばれ、前記光吸収層は前記制御光を吸
収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因
し可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用
いることによって、前記信号光の強度変調および/また
は光束密度変調を行う光制御装置であって、前記制御光
および前記信号光を各々収束させる収束手段を有し、収
束された前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点
近傍の光子密度の最も高い領域が互いに重なるように、
前記制御光および前記信号光の光路がそれぞれ配置さ
れ、また、前記積層型薄膜光素子の前記光吸収層は、収
束された前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点
近傍の光子密度の最も高い領域が互いに重なり合う位置
に配置されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light control device according to a twenty-first aspect of the present invention provides the laminated thin-film optical element according to any one of the first to fourth aspects, wherein the light absorption layer comprises: The control light and the signal light having different wavelengths are irradiated with each other, and the wavelength of the control light is selected from a wavelength band absorbed by the light absorption layer, and the light absorption layer is formed in a region where the control light is absorbed and a peripheral region thereof. An optical control device that performs intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens based on a refractive index distribution that is reversibly generated due to a rise in temperature, wherein the control light and the light Having converging means for converging the signal light respectively, so that the highest areas of the photon density near the respective focal points of the converged control light and the signal light overlap each other,
The optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged, and the light absorption layer of the stacked thin film optical element has the highest photon density near the focal point of each of the converged control light and the signal light. The regions are arranged at positions overlapping each other.

【0033】上記目的を達成するために、本願の請求項
22記載の発明に係る光制御装置は、請求項6に記載の
積層型薄膜光素子において、前記制御光および前記信号
光入射側に設けられた前記屈折率分布型レンズに、前記
制御光および前記信号光を各々照射し、少なくとも前記
制御光が前記光吸収層内において焦点を結び、前記光吸
収層が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に
起こる温度上昇に起因し可逆的に生ずる屈折率の分布に
基づいた熱レンズを用いることにより、前記信号光の強
度変調および/または光束密度変調を行う光制御装置で
あって、前記制御光および前記信号光を各々収束させる
収束手段として前記制御光および前記信号光入射側に設
けられた前記屈折率分布型レンズを有し、収束された前
記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子
密度の最も高い領域が互いに重なり合うように、前記制
御光および前記信号光の光路がそれぞれ配置され、ま
た、前記薄膜光素子の前記光吸収層は、収束された前記
制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子密
度の最も高い領域が互いに重なり合う位置に配置されて
いることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided a light control device provided on the control light and signal light incident side in the stacked thin film optical element according to the sixth invention. The refractive index distribution type lens is irradiated with the control light and the signal light, respectively, at least the control light is focused in the light absorbing layer, the region where the light absorbing layer has absorbed the control light and A light control device that performs intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a peripheral region thereof, The control light and the signal light having the refractive index distribution type lens provided on the signal light incident side as converging means for converging the control light and the signal light, respectively. The optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged such that regions having the highest photon densities near the respective focal points of the signal light overlap with each other, and the light absorption layer of the thin film optical element is converged. A region having the highest photon density near the focal point of each of the control light and the signal light is arranged at a position where the regions overlap each other.

【0034】上記目的を達成するために、本願の請求項
23および請求項24記載の発明に係る光制御装置は、
それぞれ請求項21または請求項22に記載の光制御装
置において、強度変調および/または光束密度変調を強
く受けた領域の信号光光線束を分別して取り出すための
手段として、前記薄膜光素子を透過した後、発散してい
く信号光光線束を、前記信号光光線束の発散角度よりも
小さい角度範囲で取り出す手段を設けたことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a light control device according to the present invention as defined in claims 23 and 24 of the present application comprises:
23. The light control device according to claim 21 or claim 22, wherein the signal light transmitted through the thin-film optical element is used as a means for separating and extracting a signal light beam in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation. Thereafter, there is provided means for extracting the diverging signal light beam within an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam.

【0035】上記目的を達成するために、本願の請求項
25記載の発明に係る光制御装置は、請求項7に記載の
積層型薄膜光素子において、前記光吸収層に、互いに波
長の異なる制御光および信号光を各々照射し、前記制御
光の波長は前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ば
れ、前記光吸収層は前記制御光を吸収した領域およびそ
の周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆的に生ずる屈
折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、
前記信号光の強度変調および/または光束密度変調を行
う光制御装置であって、前記制御光および前記信号光を
各々収束させる収束手段を有し、収束された前記制御光
および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子密度の最
も高い領域が互いに重なるように、前記制御光および前
記信号光の光路がそれぞれ配置され、また、前記積層型
薄膜光素子の前記光吸収層は、収束された前記制御光お
よび前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子密度の最も
高い領域が互いに重なり合う位置に配置され、更に、前
記光吸収層を透過した後、発散していく信号光光線束
を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範囲
で取り出すことによって強度変調および/または光束密
度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別して取り
出すための手段として、前記光吸収層の前記信号光出射
側に設けられた前記屈折率分布型レンズを有することを
特徴とする。
In order to achieve the above object, a light control device according to the invention of claim 25 of the present application is the light control device according to claim 7, wherein the light absorption layers have different wavelengths from each other. Light and signal light, respectively, and the wavelength of the control light is selected from a wavelength band absorbed by the light absorbing layer, and the light absorbing layer is caused by a temperature rise occurring in a region where the control light is absorbed and a peripheral region thereof. By using a thermal lens based on the reversible refractive index distribution,
An optical control device for performing intensity modulation and / or luminous flux density modulation of the signal light, comprising converging means for converging the control light and the signal light, respectively, wherein each of the converged control light and the signal light is The optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged so that the regions having the highest photon densities near the focal point of each other overlap with each other, and the light absorption layer of the stacked thin-film optical element includes the converged control. The regions having the highest photon densities in the vicinity of the respective focal points of the light and the signal light are arranged at positions overlapping each other, and further, the signal light beam that diverges after passing through the light absorbing layer is converted into the signal light beam. A means for separating and extracting a signal light beam in an area that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation by extracting light in an angle range smaller than the divergence angle of the light beam. , And having the gradient index lens provided on the signal light output side of the light absorbing layer.

【0036】上記目的を達成するために、本願の請求項
26記載の発明に係る光制御装置は、請求項8に記載の
積層型薄膜光素子において、前記制御光および前記信号
光入射側に設けられた前記屈折率分布型レンズに、前記
制御光および前記信号光を各々照射し、少なくとも前記
制御光が前記光吸収層内において焦点を結び、前記光吸
収層が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に
起こる温度上昇に起因し可逆的に生ずる屈折率の分布に
基づいた熱レンズを用いることにより、前記信号光の強
度変調および/または光束密度変調を行う光制御装置で
あって、前記制御光および前記信号光を各々収束させる
収束手段として前記制御光および前記信号光入射側に設
けられた前記屈折率分布型レンズを有し、収束された前
記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子
密度の最も高い領域が互いに重なり合うように、前記制
御光および前記信号光の光路がそれぞれ配置され、ま
た、前記積層型薄膜光素子の前記光吸収層は、収束され
た前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の
光子密度の最も高い領域が互いに重なり合う位置に配置
され、更に、前記積層型薄膜光素子を透過した後、発散
していく信号光光線束を、前記信号光光線束の発散角度
よりも小さい角度範囲で取り出すことによって強度変調
および/または光束密度変調を強く受けた領域の信号光
光線束を分別して取り出すための手段として、前記光吸
収層の前記信号光出射側に設けられた前記屈折率分布型
レンズを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light control device according to the invention of claim 26 of the present application is the light control device according to claim 8, which is provided on the incident side of the control light and the signal light. The refractive index distribution type lens is irradiated with the control light and the signal light, respectively, at least the control light is focused in the light absorbing layer, the region where the light absorbing layer has absorbed the control light and A light control device that performs intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a peripheral region thereof, The control light and the signal light having the refractive index distribution type lens provided on the signal light incident side as converging means for converging the control light and the signal light, respectively. The optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged such that regions having the highest photon densities in the vicinity of the respective focal points of the signal light overlap with each other. The regions having the highest photon densities in the vicinity of the respective focal points of the control light and the signal light are arranged at positions overlapping each other, and further, the signal light flux diverging after passing through the laminated thin film optical element As a means for separating and extracting a signal light beam in an area which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation by extracting the signal light beam in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam. And the refractive index distribution type lens provided on the signal light emission side.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】[積層型薄膜光素子の構成]本発
明の薄膜光素子は積層膜型構造を有し、その構成として
は以下のような組み合わせを挙げることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Structure of laminated thin-film optical element] The thin-film optical element of the present invention has a laminated film-type structure.

【0038】(1)光吸収層単独。ただし、本発明にお
いて、光吸収層は「光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収
膜」という3層構造の積層型薄膜からなることを特徴と
する (2)光吸収層/保温層膜 (3)保温層膜/光吸収層/保温層膜 (4)光吸収層/伝熱層膜 (5)伝熱層膜/光吸収層/伝熱層膜 (6)光吸収層/保温層膜/伝熱層膜 (7)伝熱層膜/光吸収層/保温層膜 (8)伝熱層膜/光吸収層/保温層膜/伝熱層膜 (9)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層/保温層膜 (10)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層/保温層膜/伝
熱層膜 (11)屈折率分布型レンズ/(光透過層/)上記
(1)ないし(10)の積層型薄膜光素子 (12)屈折率分布型レンズ/(光透過層/)上記
(1)ないし(10)の積層型薄膜光素子/(光透過層
/)屈折率分布型レンズ なお、上記「(光透過層/)」とは、必要に応じて光透
過層を設けることを意味する。更に、必要に応じて光の
入射面および出射面に反射防止膜(ARコート膜)を設
けても良い。
(1) Light absorbing layer alone. However, in the present invention, the light-absorbing layer is composed of a laminated thin film having a three-layer structure of “light-absorbing film / thermal lens forming layer / light-absorbing film”. 3) Heat insulation layer / light absorption layer / heat insulation layer film (4) Light absorption layer / heat transfer layer film (5) Heat transfer layer film / light absorption layer / heat transfer layer film (6) Light absorption layer / heat insulation layer film / Heat transfer layer film (7) heat transfer layer film / light absorption layer / heat insulation layer film (8) heat transfer layer film / light absorption layer / heat insulation layer film / heat transfer layer film (9) heat transfer layer film / heat insulation layer (10) heat transfer layer film / heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film / heat transfer layer film (11) refractive index distribution type lens / (light transmission layer /) (1) Laminated thin film optical element of (10) (12) Gradient index lens / (light transmission layer /) Laminated thin film optical element of (1) to (10) / (light transmission layer /) refractive index Distributed lens Serial to as "(light transmitting layer /)" means that the provision of the light transmission layer as needed. Further, if necessary, an antireflection film (AR coating film) may be provided on the light incident surface and the light exit surface.

【0039】本発明の積層型薄膜光素子の構成を例示し
た断面図を図1に示す。図1に例示するように、積層型
薄膜光素子は、制御光S1および信号光S2の入射側か
ら、例えば、屈折率分布型レンズ70/光透過層82/
保温層膜83/光吸収膜84/熱レンズ形成層80/光
吸収膜85/伝熱層膜86/光透過層89/屈折率分布
型レンズ90の順に積層されてなる。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a laminated thin-film optical element according to the present invention. As illustrated in FIG. 1, the laminated thin-film optical element includes, for example, a gradient index lens 70 / a light transmitting layer 82 / a light from the incident side of the control light S1 and the signal light S2.
The heat insulating layer 83 / the light absorbing film 84 / the thermal lens forming layer 80 / the light absorbing film 85 / the heat transfer layer 86 / the light transmitting layer 89 / the refractive index distribution type lens 90 are laminated in this order.

【0040】光吸収膜、熱レンズ形成層、保温層膜、伝
熱層膜、光透過層、および屈折率分布型レンズの材料、
作成方法、各々の膜厚などについて、以下に、順を追っ
て説明する。
The light absorbing film, the thermal lens forming layer, the heat insulating layer film, the heat transfer layer film, the light transmitting layer, and the material of the gradient index lens,
The preparation method, the thickness of each film, and the like will be described below step by step.

【0041】なお、本発明で用いられる光吸収膜、熱レ
ンズ形成層、保温層膜、伝熱層膜、光透過層、および屈
折率分布型レンズの材料は、その機能に支障をきたさな
い範囲において、加工性を向上させたり、光学素子とし
ての安定性・耐久性を向上させるため、添加物として公
知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、一重項酸素クエンチャ
ー、分散助剤などを含有しても良い。
The materials of the light absorbing film, the thermal lens forming layer, the heat insulating layer film, the heat transfer layer film, the light transmitting layer, and the gradient index lens used in the present invention do not impair the functions thereof. In, in order to improve the processability, or to improve the stability and durability of the optical element, containing known additives such as antioxidants, ultraviolet absorbers, singlet oxygen quencher, dispersion aids and the like Is also good.

【0042】[光吸収膜の材料]本発明の積層型薄膜光
素子中の光吸収膜に用いられる光吸収性の材料として
は、公知の種々のものを使用することができる。
[Material of Light Absorbing Film] As the light absorbing material used for the light absorbing film in the laminated thin film optical element of the present invention, various known materials can be used.

【0043】本発明の積層型薄膜光素子中の光吸収膜に
用いられる光吸収性材料の例を具体的に挙げるならば、
例えば、GaAs、GaAsP、GaAlAs、In
P、InSb、InAs、PbTe、InGaAsP、
ZnSeなどの化合物半導体の単結晶、前記化合物半導
体の微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、異種
金属イオンをドープした金属ハロゲン化物(例えば、臭
化カリウム、塩化ナトリウムなど)の単結晶、前記金属
ハロゲン化物(例えば、臭化銅、塩化銅、塩化コバルト
など)の微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、
銅などの異種金属イオンをドープしたCdS、CdS
e、CdSeS、CdSeTeなどのカドミウムカルコ
ゲナイドの単結晶、前記カドミウムカルコゲナイドの微
粒子をマトリックス材料中に分散したもの、シリコン、
ゲルマニウム、セレン、テルルなどの半導体単結晶薄
膜、多結晶薄膜ないし多孔質薄膜、シリコン、ゲルマニ
ウム、セレン、テルルなどの半導体微粒子をマトリック
ス材料中へ分散したもの、ルビー、アレキサンドライ
ト、ガーネット、Nd:YAG、サファイア、Ti:サ
ファイア、Nd:YLFなど、金属イオンをドープした
宝石に相当する単結晶(いわゆるレーザー結晶)、金属
イオン(例えば、鉄イオン)をドープしたニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)、LiB35、LiTaO3、KT
iOPO4、KH2PO4、KNbO3、BaB22などの
強誘電性結晶、金属イオン(例えば、ネオジウムイオ
ン、エルビウムイオンなど)をドープした石英ガラス、
ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、その他のガラスなど
のほか、マトリックス材料中に色素を溶解または分散し
たもの、および、非晶質の色素凝集体を好適に使用する
ことができる。
Specific examples of the light-absorbing material used for the light-absorbing film in the laminated thin-film optical element of the present invention include:
For example, GaAs, GaAsP, GaAlAs, In
P, InSb, InAs, PbTe, InGaAsP,
A single crystal of a compound semiconductor such as ZnSe; a fine particle of the compound semiconductor dispersed in a matrix material; a single crystal of a metal halide (eg, potassium bromide, sodium chloride, etc.) doped with a different metal ion; Microparticles of chloride (eg, copper bromide, copper chloride, cobalt chloride, etc.) dispersed in a matrix material,
CdS, CdS doped with foreign metal ions such as copper
e, a single crystal of cadmium chalcogenide such as CdSeS or CdSeTe, a dispersion of the cadmium chalcogenide fine particles in a matrix material, silicon,
Semiconductor single crystal thin film such as germanium, selenium, tellurium, polycrystalline thin film or porous thin film, semiconductor fine particles such as silicon, germanium, selenium, tellurium dispersed in a matrix material, ruby, alexandrite, garnet, Nd: YAG, Single crystal (so-called laser crystal) corresponding to a gem doped with metal ions such as sapphire, Ti: sapphire, Nd: YLF, lithium niobate (LiNbO 3 ) doped with metal ions (eg, iron ions), LiB 3 O 5 , LiTaO 3 , KT
ferroelectric crystals such as iOPO 4 , KH 2 PO 4 , KNbO 3 , BaB 2 O 2 , quartz glass doped with metal ions (eg, neodymium ion, erbium ion, etc.);
In addition to soda glass, borosilicate glass, other glass, and the like, a material in which a dye is dissolved or dispersed in a matrix material, and an amorphous dye aggregate can be suitably used.

【0044】これらの中でも、マトリックス材料中に色
素を溶解または分散したものは、マトリックス材料およ
び色素の選択範囲が広く、かつ積層型薄膜光素子への加
工も容易であるため、本発明で特に好適に用いることが
できる。
Among these, those in which a dye is dissolved or dispersed in a matrix material are particularly suitable in the present invention because they have a wide selection range of the matrix material and the dye and can be easily processed into a laminated thin-film optical element. Can be used.

【0045】本発明で用いることができる色素の具体例
としては、例えば、ローダミンB、ローダミン6G、エ
オシン、フロキシンBなどのキサンテン系色素、アクリ
ジンオレンジ、アクリジンレッドなどのアクリジン系色
素、エチルレッド、メチルレッドなどのアゾ色素、ポル
フィリン系色素、フタロシアニン系色素、3,3’−ジ
エチルチアカルボシアニンヨージド、3,3’−ジエチ
ルオキサジカルボシアニンヨージドなどのシアニン色
素、エチル・バイオレット、ビクトリア・ブルーRなど
のトリアリールメタン系色素、ナフトキノン系色素、ア
ントラキノン系色素、ナフタレンテトラカルボン酸ジイ
ミド系色素、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド系色素
などを好適に使用することができる。
Specific examples of the dye which can be used in the present invention include, for example, xanthene dyes such as rhodamine B, rhodamine 6G, eosin and phloxin B, acridine dyes such as acridine orange and acridine red, ethyl red, methyl Azo dyes such as red, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, cyanine dyes such as 3,3′-diethylthiacarbocyanine iodide, 3,3′-diethyloxadicarbocyanine iodide, ethyl violet, Victoria Blue R and other triarylmethane dyes, naphthoquinone dyes, anthraquinone dyes, naphthalenetetracarboxylic diimide dyes, perylenetetracarboxylic diimide dyes, and the like can be preferably used.

【0046】本発明では、これらの色素を単独で、また
は、2種以上を混合して使用することができる。
In the present invention, these dyes can be used alone or in combination of two or more.

【0047】本発明で用いることのできるマトリックス
材料は、(1)本発明の光制御方法で用いられる光の波
長領域で透過率が高いこと、(2)本発明で用いられる
色素または種々の微粒子を安定性良く溶解または分散で
きること、という条件を満足するものであれば任意のも
のを使用することができる。
The matrix material that can be used in the present invention includes (1) high transmittance in the wavelength region of light used in the light control method of the present invention, and (2) dye or various fine particles used in the present invention. Any one can be used as long as it satisfies the condition that it can be dissolved or dispersed with good stability.

【0048】無機系のマトリックス材料としては、例え
ば金属ハロゲン化物の単結晶、金属酸化物の単結晶、金
属カルコゲナイドの単結晶、石英ガラス、ソーダガラ
ス、ホウケイ酸ガラスなどの他、いわゆるゾルゲル法で
作成された低融点ガラス材料などを使用することができ
る。
As the inorganic matrix material, for example, a single crystal of a metal halide, a single crystal of a metal oxide, a single crystal of a metal chalcogenide, quartz glass, soda glass, borosilicate glass, etc., or a so-called sol-gel method can be used. For example, a low-melting glass material obtained can be used.

【0049】また、有機系のマトリックス材料として
は、例えば種々の有機高分子材料を使用することができ
る。その具体例としては、ポリスチレン、ポリ(α−メ
チルスチレン)、ポリインデン、ポリ(4−メチル−1
−ペンテン)、ポリビニルピリジン、ポリビニルホルマ
ール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、
ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルメチルエーテル、
ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルベンジルエーテ
ル、ポリビニルメチルケトン、ポリ(N−ビニルカルバ
ゾール)、ポリ(N−ビニルピロリドン)、ポリアクリ
ル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、
ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリ
メタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメ
タクリル酸ベンジル、ポリメタクリル酸シクロヘキシ
ル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アミド、ポリ
メタクリロニトリル、ポリアセトアルデヒド、ポリクロ
ラール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシ
ド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリカーボネイト類(ビスフェノール類+炭
酸)、ポリ(ジエチレングリコール・ビスアリルカーボ
ネイト)類、6−ナイロン、6,6−ナイロン、12−
ナイロン、6,12−ナイロン、ポリアスパラギン酸エ
チル、ポリグルタミン酸エチル、ポリリジン、ポリプロ
リン、ポリ(γ−ベンジル−L−グルタメート)、メチ
ルセルロース、エチルセルロース、ベンジルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピル
セルロース、アセチルセルロース、セルローストリアセ
テート、セルローストリブチレート、アルキド樹脂(無
水フタル酸+グリセリン)、脂肪酸変性アルキド樹脂
(脂肪酸+無水フタル酸+グリセリン)、不飽和ポリエ
ステル樹脂(無水マレイン酸+無水フタル酸+プロピレ
ングリコール)、エポキシ樹脂(ビスフェノール類+エ
ピクロルヒドリン)、ポリウレタン樹脂、フェノール樹
脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン
樹脂、グアナミン樹脂などの樹脂、ポリ(フェニルメチ
ルシラン)などの有機ポリシラン、有機ポリゲルマンお
よびこれらの共重合・共重縮合体が挙げられる。また、
二硫化炭素、四フッ化炭素、エチルベンゼン、パーフル
オロベンゼン、パーフルオロシクロヘキサンまたはトリ
メチルクロロシラン等、通常では重合性のない化合物を
プラズマ重合して得た高分子化合物などを使用すること
ができる。更に、これらの有機高分子化合物に色素の残
基をモノマー単位の側鎖として、もしくは架橋基とし
て、共重合モノマー単位として、または重合開始末端と
して結合させたものをマトリックス材料として使用する
こともできる。
Further, as the organic matrix material, for example, various organic polymer materials can be used. Specific examples thereof include polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyindene, and poly (4-methyl-1).
-Pentene), polyvinylpyridine, polyvinylformal, polyvinylacetal, polyvinylbutyral,
Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl methyl ether,
Polyvinyl ethyl ether, polyvinyl benzyl ether, polyvinyl methyl ketone, poly (N-vinylcarbazole), poly (N-vinylpyrrolidone), polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid,
Polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polybenzyl methacrylate, polycyclohexyl methacrylate, polymethacrylic acid, polymethacrylamide, polymethacrylonitrile, polyacetaldehyde, polychloral, polyethylene oxide , Polypropylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonates (bisphenols + carbonate), poly (diethylene glycol / bisallyl carbonate), 6-nylon, 6,6-nylon, 12-
Nylon, 6,12-nylon, polyethyl aspartate, polyethylglutamate, polylysine, polyproline, poly (γ-benzyl-L-glutamate), methylcellulose, ethylcellulose, benzylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, acetylcellulose, Cellulose triacetate, cellulose tributyrate, alkyd resin (phthalic anhydride + glycerin), fatty acid-modified alkyd resin (fatty acid + phthalic anhydride + glycerin), unsaturated polyester resin (maleic anhydride + phthalic anhydride + propylene glycol), epoxy Resin (bisphenols + epichlorohydrin), polyurethane resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, xylene resin, toluene resin, guanamine resin Which resin, organic polysilane such as poly (phenyl methyl silane), organic polygermane and polycondensate these copolymers, both are mentioned. Also,
A polymer compound obtained by plasma-polymerizing a compound having no normal polymerizability, such as carbon disulfide, carbon tetrafluoride, ethylbenzene, perfluorobenzene, perfluorocyclohexane, or trimethylchlorosilane, can be used. Furthermore, those in which a residue of a dye is bonded to these organic polymer compounds as a side chain of a monomer unit, or as a cross-linking group, as a copolymerized monomer unit, or as a polymerization initiation terminal can be used as a matrix material. .

【0050】これらのマトリックス材料中へ色素を溶解
または分散させるには公知の方法を用いることができ
る。例えば、色素とマトリックス材料を共通の溶媒中へ
溶解して混合した後、溶媒を蒸発させて除去する方法、
ゾルゲル法で製造する無機系マトリックス材料の原料溶
液へ色素を溶解または分散させてからマトリックス材料
を形成する方法、有機高分子系マトリックス材料のモノ
マー中へ、必要に応じて溶媒を用いて、色素を溶解また
は分散させてから該モノマーを重合ないし重縮合させて
マトリックス材料を形成する方法、色素と有機高分子系
マトリックス材料を共通の溶媒中に溶解した溶液を、色
素および熱可塑性の有機高分子系マトリックス材料の両
方が不溶の溶剤中へ滴下し、生じた沈殿を濾別し乾燥し
てから加熱・溶融加工する方法などを好適に用いること
ができる。色素とマトリックス材料の組み合わせおよび
加工方法を工夫することで、色素分子を凝集させ、「H
会合体」や「J会合体」などと呼ばれる特殊な会合体を
形成させられることが知られているが、マトリックス材
料中の色素分子をこのような凝集状態もしくは会合状態
を形成する条件で使用しても良い。
A known method can be used to dissolve or disperse the dye in these matrix materials. For example, a method of dissolving and mixing a dye and a matrix material in a common solvent and then removing the solvent by evaporating the solvent,
A method of forming a matrix material by dissolving or dispersing a dye in a raw material solution of an inorganic matrix material produced by a sol-gel method, into a monomer of an organic polymer matrix material, using a solvent as necessary, A method of forming a matrix material by polymerizing or polycondensing the monomer after dissolving or dispersing, a method in which a dye and an organic polymer matrix material are dissolved in a common solvent, and a dye and a thermoplastic organic polymer are used. A method in which both of the matrix materials are dropped into a solvent in which both are insoluble, a generated precipitate is separated by filtration, dried, and then heated and melt-processed can be suitably used. By devising a combination of a dye and a matrix material and a processing method, the dye molecules are aggregated, and “H
It is known that special aggregates called "aggregates" and "J-aggregates" can be formed, but the dye molecules in the matrix material are used under conditions that form such aggregates or aggregates. May be.

【0051】また、これらのマトリックス材料中へ前記
の種々の微粒子を分散させるには公知の方法を用いるこ
とができる。例えば、前記微粒子をマトリックス材料の
溶液、または、マトリックス材料の前駆体の溶液に分散
した後、溶媒を除去する方法、有機高分子系マトリック
ス材料のモノマー中へ、必要に応じて溶媒を用いて、前
記微粒子を分散させてから該モノマーを重合ないし重縮
合させてマトリックス材料を形成する方法、微粒子の前
駆体として、例えば過塩素酸カドミウムや塩化金などの
金属塩を有機高分子系マトリックス材料中へ溶解または
分散した後、硫化水素ガスで処理して硫化カドミウムの
微粒子を、または、熱処理することで金の微粒子を、そ
れぞれマトリックス材料中に析出させる方法、化学的気
相成長法、スパッタリング法などを好適に用いることが
できる。
A known method can be used to disperse the various fine particles in these matrix materials. For example, after dispersing the fine particles in a solution of a matrix material, or a solution of a precursor of the matrix material, a method of removing the solvent, into the monomer of the organic polymer matrix material, using a solvent as necessary, A method of forming a matrix material by polymerizing or polycondensing the monomer after dispersing the fine particles, a metal salt such as cadmium perchlorate or gold chloride as a precursor of the fine particles into an organic polymer matrix material. After dissolving or dispersing, a method of depositing fine particles of cadmium sulfide by treating with hydrogen sulfide gas or gold particles by heat treatment in a matrix material, a chemical vapor deposition method, a sputtering method, etc. It can be suitably used.

【0052】色素を単独で、光散乱の少ない非晶質状態
(アモルファス)の薄膜として存在させることができる
場合は、マトリックス材料を用いずに、非晶質色素膜を
光吸収膜として用いることもできる。
When the dye alone can be present as an amorphous thin film with little light scattering (amorphous), an amorphous dye film may be used as the light absorbing film without using a matrix material. it can.

【0053】また、色素を単独で、光散乱を起こさない
微結晶凝集体として存在させることができる場合は、マ
トリックス材料を用いずに、色素の微結晶凝集体を光吸
収膜として用いることもできる。本発明の積層型薄膜光
素子におけるように、光吸収膜としての色素微結晶凝集
体が、熱レンズ形成層(樹脂など)、伝熱層膜(ガラス
など)および/または保温層膜(樹脂など)と積層され
て存在する場合、前記色素微小結晶の粒子径が前記信号
光の波長と制御光の波長を比べて短い方の波長の1/5
を越えない大きさであれば、実質的に光散乱を起こさな
い。
When the dye alone can be present as a microcrystalline aggregate which does not cause light scattering, the microcrystalline aggregate of the dye can be used as a light absorbing film without using a matrix material. . As in the stacked thin-film optical element of the present invention, the pigment microcrystal aggregate as a light absorbing film is formed by a thermal lens forming layer (eg, resin), a heat transfer layer film (eg, glass), and / or a heat insulating layer film (eg, resin). ), The particle size of the dye microcrystals is 1 / of the shorter wavelength of the signal light wavelength and the control light wavelength.
When the size does not exceed, light scattering does not substantially occur.

【0054】[光吸収性材料、信号光の波長帯域、およ
び制御光の波長帯域の組み合わせ]本発明の積層型薄膜
光素子、光制御方法および光制御装置で使用される光吸
収性材料、信号光の波長帯域、および制御光の波長帯域
は、これらの組み合わせとして、使用目的に応じて適切
な組み合わせを選定し用いることができる。
[Combination of Light Absorbing Material, Wavelength Band of Signal Light, and Wavelength Band of Control Light] Light absorbing material, signal used in the laminated thin film optical element, light control method and light control device of the present invention As the wavelength band of the light and the wavelength band of the control light, an appropriate combination can be selected and used depending on the purpose of use.

【0055】具体的な設定手順としては、例えば、ま
ず、使用目的に応じて信号光の波長ないし波長帯域を決
定し、これを制御するのに最適な光吸収性材料と制御光
の波長の組み合わせを選定すれば良い。または、使用目
的に応じて信号光と制御光の波長の組み合わせを決定し
てから、この組み合わせに適した光吸収性材料を選定す
れば良い。
As a specific setting procedure, for example, first, the wavelength or the wavelength band of the signal light is determined according to the purpose of use, and the optimal combination of the light absorbing material and the wavelength of the control light is used to control this. Should be selected. Alternatively, after determining the combination of the wavelengths of the signal light and the control light according to the purpose of use, a light-absorbing material suitable for this combination may be selected.

【0056】[光吸収性材料の組成、光吸収層中の光吸
収膜の膜厚、および熱レンズ形成層の膜厚]本発明の積
層型薄膜光素子において、光吸収層は3層からなる積層
型薄膜であって、第1層として前記制御光の波長帯域の
光を吸収する光吸収膜、第2層として前記制御光および
前記信号光の波長帯域において光透過性を有する熱レン
ズ形成層、第3層として前記制御光の波長帯域の光を吸
収する光吸収膜が積層されてなることを特徴とする。ま
た、前記積層型薄膜からなる光吸収層の厚さは、収束さ
れた前記制御光の共焦点距離の2倍を越えないことが好
ましい。更に、一層高速な応答速度を目指す場合は、前
記積層型薄膜からなる光吸収層の厚さは、収束された前
記制御光の共焦点距離の1倍を越えないことが好まし
い。
[Composition of light-absorbing material, thickness of light-absorbing film in light-absorbing layer, and thickness of thermal lens forming layer] In the laminated thin-film optical element of the present invention, the light-absorbing layer is composed of three layers. A laminated thin film, as a first layer, a light absorbing film that absorbs light in the wavelength band of the control light, and as a second layer, a thermal lens forming layer having optical transparency in the wavelength band of the control light and the signal light A light absorbing film for absorbing light in the wavelength band of the control light is laminated as the third layer. Further, it is preferable that the thickness of the light absorption layer composed of the laminated thin film does not exceed twice the confocal distance of the converged control light. Further, in order to achieve a higher response speed, it is preferable that the thickness of the light absorption layer formed of the laminated thin film does not exceed one time the confocal distance of the converged control light.

【0057】このような条件の中で、本発明で用いられ
る光吸収性材料の組成および光吸収層中の光吸収膜(2
枚)の膜厚については、これらの組み合わせとして、光
吸収層を透過する制御光および信号光の透過率を基準に
して設定することができる。例えば、まず、光吸収性材
料の組成の内、少なくとも制御光あるいは信号光を吸収
する成分の濃度を決定し、次いで、積層型薄膜光素子を
透過する制御光および信号光の透過率が特定の値になる
よう光吸収層中の光吸収膜(2枚)の膜厚を設定するこ
とができる。または、まず、例えば装置設計上の必要に
応じて、光吸収層中の光吸収膜(2枚)の膜厚を特定の
値に設定した後、積層型薄膜光素子を透過する制御光お
よび信号光の透過率が特定の値になるよう光吸収性材料
の組成を調整することができる。
Under such conditions, the composition of the light absorbing material used in the present invention and the light absorbing film (2
The film thickness of the sheet can be set based on the transmittance of the control light and the signal light passing through the light absorbing layer as a combination thereof. For example, first, among the compositions of the light-absorbing material, at least the concentration of a component that absorbs control light or signal light is determined, and then the transmittance of control light and signal light transmitted through the laminated thin-film optical element is specified. The thickness of the light absorbing film (two sheets) in the light absorbing layer can be set to a value. Alternatively, first, for example, as required in the device design, the thickness of the light absorbing film (two sheets) in the light absorbing layer is set to a specific value, and then the control light and the signal transmitted through the laminated thin film optical element are set. The composition of the light absorbing material can be adjusted so that the light transmittance has a specific value.

【0058】本発明は、できる限り低い光パワーで充分
な大きさおよび一層高速度の光応答を積層型薄膜光素子
から引き出すような光制御方法および光制御装置を提供
することを目的としているが、この目的を達成するため
に最適な、光吸収層を透過する制御光および信号光の透
過率の値は、それぞれ、次に示す通りである。
An object of the present invention is to provide a light control method and a light control device which can obtain a sufficient size and a higher speed light response from a laminated thin film optical element with a light power as low as possible. The values of the transmittances of the control light and the signal light that pass through the light absorbing layer and are optimal for achieving this object are as follows.

【0059】本発明の積層型薄膜光素子、光制御方法お
よび光制御装置では、積層型薄膜光素子中の光吸収層を
伝播する制御光の透過率が多くとも90%以下になるよ
う光吸収性材料中の光吸収成分の濃度および存在状態の
制御、光吸収層中の光吸収膜(2枚)の膜厚設定を行う
ことが推奨される。
In the laminated thin film optical device, the light control method and the light control device according to the present invention, the light absorption is such that the transmittance of the control light propagating through the light absorbing layer in the laminated thin film optical device is at most 90% or less. It is recommended to control the concentration and existence state of the light absorbing component in the conductive material, and to set the thickness of the light absorbing film (two sheets) in the light absorbing layer.

【0060】一方、制御光を照射しない状態において、
積層型薄膜光素子中の光吸収層を伝播する信号光の透過
率が少なくとも10%以上になるよう光吸収性材料中の
光吸収成分の濃度および存在状態の制御、光吸収層中の
光吸収膜(2枚)の膜厚設定を行うことが推奨される。
好ましくは、光吸収成分濃度を高くし、かつ光吸収膜
(2枚)の膜厚を薄くすることである。
On the other hand, when the control light is not irradiated,
Control of the concentration and existence state of the light absorbing component in the light absorbing material so that the transmittance of the signal light propagating through the light absorbing layer in the laminated thin film optical element becomes at least 10% or more, light absorption in the light absorbing layer It is recommended to set the thickness of the film (two sheets).
Preferably, the concentration of the light absorbing component is increased, and the thickness of the light absorbing film (two sheets) is reduced.

【0061】ここで、光透過性熱レンズ形成層を挟む2
枚の光吸収膜の厚さは、同一でなくとも良く、合計とし
て、上記の透過率を満足する厚さであれば良い。
Here, 2 sandwiching the light transmitting thermal lens forming layer
The thicknesses of the light absorbing films need not be the same, and may be any thickness that satisfies the above-described transmittance as a total.

【0062】特に、前記光吸収膜2枚の内、前記制御光
入射側の前記光吸収膜が前記制御光の10ないし90%
を吸収し、更に前記制御光出射側の前記光吸収膜が前記
制御光の残余分を吸収するように、上記種々の条件(例
えば、光吸収性材料中の光吸収成分の濃度や光吸収層中
の光吸収膜(2枚)の膜厚等)をコントロールし、2枚
の前記光吸収膜における前記制御光波長帯域の透過率を
調整することによって、前記熱レンズ形成層を挟んだ2
枚の前記光吸収膜の両方で前記制御光が吸収され、結果
的に熱レンズの形成および消滅を極めて円滑に起こすこ
とができる。前記光吸収膜2枚の内、前記制御光入射側
と前記制御光出射側の透過率の割り振りについては、例
えば、10:90、20:80、30:70、40:6
0、50:50、60:40、70:30、80:2
0、90:10などの組み合わせを用いることができ
る。
In particular, of the two light absorbing films, the light absorbing film on the control light incident side is 10 to 90% of the control light.
So that the light absorbing film on the control light emitting side absorbs the remainder of the control light (for example, the concentration of the light absorbing component in the light absorbing material and the light absorbing layer). The thickness of the heat absorbing film (two sheets) is controlled, and the transmittance of the two light absorbing films in the control light wavelength band is adjusted, so that the thermal lens forming layer is sandwiched.
The control light is absorbed by both of the light absorbing films, and as a result, the formation and disappearance of the thermal lens can be extremely smoothly caused. Regarding the allocation of the transmittance between the control light incidence side and the control light emission side of the two light absorbing films, for example, 10:90, 20:80, 30:70, 40: 6
0, 50:50, 60:40, 70:30, 80: 2
Combinations such as 0, 90:10 can be used.

【0063】上述した積層型薄膜光素子中の光吸収層を
伝播する信号光の所望の透過率に応じて、光吸収膜2枚
合計の膜厚が決定され、この2枚の光吸収膜の透過率の
割り振りに応じて、前記条件を満たす熱レンズ形成層の
好ましい厚さの上限が決定される。
The total thickness of the two light absorbing films is determined according to the desired transmittance of the signal light propagating through the light absorbing layer in the above-mentioned laminated thin film optical element. The upper limit of the preferable thickness of the thermal lens forming layer that satisfies the above conditions is determined according to the allocation of the transmittance.

【0064】光吸収層中の熱レンズ形成層膜厚の下限
は、以下に記載するように、熱レンズ形成層の材料に応
じて選定される。
The lower limit of the thickness of the thermal lens forming layer in the light absorbing layer is selected according to the material of the thermal lens forming layer as described below.

【0065】[光吸収層中の熱レンズ形成層の材料およ
び熱レンズ形成層の膜厚]光吸収層中の熱レンズ形成層
の材料としては液体、液晶、および、固体の材料を用い
ることができる。特に、熱レンズ形成層が、非晶質の有
機化合物、有機化合物液体、および液晶からなる群から
選ばれる有機化合物からなると好適である。なお、熱レ
ンズ形成層の材質が液晶および液体の場合、例えば、光
吸収膜および/または伝熱層膜を自己形態保持性の材質
で作成し、熱レンズ形成層の厚さに相当する空乏を設
け、そこへ流動状態の熱レンズ形成層材料を注入するこ
とで、熱レンズ形成層を作成することができる。一方、
熱レンズ形成層の材質が固体の場合は、熱レンズ形成層
の両面に光吸収膜を積層させて作成すれば良い。
[Material of Thermal Lens Forming Layer in Light Absorbing Layer and Thickness of Thermal Lens Forming Layer] As a material of the thermal lens forming layer in the light absorbing layer, liquid, liquid crystal and solid materials can be used. it can. In particular, it is preferable that the thermal lens forming layer be made of an organic compound selected from the group consisting of an amorphous organic compound, an organic compound liquid, and a liquid crystal. When the material of the thermal lens forming layer is a liquid crystal or a liquid, for example, a light absorbing film and / or a heat transfer layer film is formed of a material having a self-shape retention, and depletion corresponding to the thickness of the thermal lens forming layer is reduced. The thermal lens forming layer can be formed by injecting the thermal lens forming layer material in a fluid state into the thermal lens forming layer. on the other hand,
When the material of the thermal lens forming layer is solid, it may be formed by laminating a light absorbing film on both sides of the thermal lens forming layer.

【0066】熱レンズ形成層の材質は単一でなくとも良
く、例えば、複数種類の固体の積層膜であっても良く、
また、固体と液体を積層させたものであっても良い。
The material of the thermal lens forming layer is not limited to a single material. For example, a plurality of types of solid laminated films may be used.
Further, a stack of a solid and a liquid may be used.

【0067】熱レンズ形成層の厚さは、用いる材料の種
類にもよるが、数ナノメートルから数百μmの範囲の厚
さであれば良く、数十ナノメートルから数十μmの範囲
であれば特に好適である。
The thickness of the thermal lens forming layer depends on the type of material used, but may be in the range of several nanometers to several hundreds of micrometers, and may be in the range of several tens of nanometers to several tens of micrometers. It is particularly suitable.

【0068】前述のように、熱レンズ形成層と2枚の光
吸収膜を積層してなる光吸収層の合計の厚さは、収束さ
れた前記制御光の共焦点距離の2倍を越えないことが好
ましい。
As described above, the total thickness of the light absorbing layer formed by laminating the thermal lens forming layer and the two light absorbing films does not exceed twice the confocal distance of the converged control light. Is preferred.

【0069】光吸収層中の熱レンズ形成層の材料として
は液体、液晶、および、固体の材料を用いることができ
るが、いずれの場合も屈折率の温度依存性が大きい材料
が好ましい。
As the material of the thermal lens forming layer in the light absorbing layer, liquid, liquid crystal, and solid materials can be used. In any case, a material having a large temperature dependence of the refractive index is preferable.

【0070】代表的な有機化合物液体および水の屈折率
温度依存性の物性値は文献[D.Solimini: J.Appl.Phy
s.,vol.37,3314(1966)]に記載されている。波長633
nmの光に対する屈折率の温度変化[単位:1/K]
は、水(0.8×10-4)よりもメタノール(3.9×
10-4)などのアルコールが大きく、更に、シクロペン
タン(5.7×10-4)、ベンゼン(6.4×1
-4)、クロロホルム(5.8×10-4)、ベンゼン
(6.4×10-4)、二硫化炭素(7.7×10-4)な
どの非水素結合性有機溶剤が大きい。
Typical values of the physical properties of the organic compound liquid and water depending on the refractive index and temperature are described in the literature [D. Solimini: J. Appl.
s., vol. 37, 3314 (1966)]. Wavelength 633
Temperature change of refractive index for light of nm [unit: 1 / K]
Is more methanol (3.9 × 10 −4 ) than water (0.8 × 10 −4 ).
Alcohol such as 10 -4 ), cyclopentane (5.7 × 10 -4 ) and benzene (6.4 × 1
0-4 ), chloroform (5.8 × 10-4 ), benzene (6.4 × 10-4 ) and carbon disulfide (7.7 × 10-4 ).

【0071】光吸収層中の熱レンズ形成層の材料として
液晶を用いる場合、液晶としては、公知の任意のものを
使用することができる。具体的には、種々のコレステロ
ール誘導体、4’−n−ブトキシベンジリデン−4−シ
アノアニリン、4’−n−ヘキシルベンジリデン−4−
シアノアニリンなどの4’−アルコキシベンジリデン−
4−シアノアニリン類、4’−エトキシベンジリデン−
4−n−ブチルアニリン、4’−メトキシベンジリデン
アミノアゾベンゼン、4−(4’−メトキシベンジリデ
ン)アミノビフェニル、4−(4’−メトキシベンジリ
デン)アミノスチルベンなどの4’−アルコキシベンジ
リデンアニリン類、4’−シアノベンジリデン−4−n
−ブチトキシアニリン、4’−シアノベンジリデン−4
−n−ヘキシルオキシアニリンなどの4’−シアノベン
ジリデン−4−アルコキシアニリン類、4’−n−ブト
キシカルボニルオキシベンジリデン−4−メトキシアニ
リン、p−カルボキシフェニル・n−アミルカーボネイ
ト、n−ヘプチル・4−(4’−エトキシフェノキシカ
ルボニル)フェニルカーボネイトなどの炭酸エステル
類、4−n−ブチル安息香酸・4’−エトキシフェニ
ル、4−n−ブチル安息香酸・4’−オクチルオキシフ
ェニル、4−n−ペンチル安息香酸・4’−ヘキシルオ
キシフェニルなどの4−アルキル安息香酸・4’−アル
コキシフェニルエステル類、4,4’−ジ−n−アミル
オキシアゾキシベンゼン、4,4’−ジ−n−ノニルオ
キシアゾキシベンゼンなどのアゾキシベンゼン誘導体、
4−シアノ−4’−n−オクチルビフェニル、4−シア
ノ−4’−n−ドデシルビフェニルなどの4−シアノ−
4’−アルキルビフェニル類などの液晶、および(2
S,3S)−3−メチル−2−クロロペンタノイック酸
・4’,4”−オクチルオキシビフェニル、4’−(2
−メチルブチル)ビフェニル−4−カルボン酸・4−ヘ
キシルオキシフェニル、4’−オクチルビフェニル−4
−カルボン酸・4−(2−メチルブチル)フェニルなど
の強誘電性液晶を使用することができる。
When a liquid crystal is used as the material of the thermal lens forming layer in the light absorbing layer, any known liquid crystal can be used. Specifically, various cholesterol derivatives, 4'-n-butoxybenzylidene-4-cyanoaniline, 4'-n-hexylbenzylidene-4-
4'-alkoxybenzylidene such as cyanoaniline-
4-cyanoanilines, 4'-ethoxybenzylidene-
4'-alkoxybenzylideneanilines such as 4-n-butylaniline, 4'-methoxybenzylideneaminoazobenzene, 4- (4'-methoxybenzylidene) aminobiphenyl, 4- (4'-methoxybenzylidene) aminostilbene, 4 ' -Cyanobenzylidene-4-n
-Butoxyaniline, 4'-cyanobenzylidene-4
-4'-cyanobenzylidene-4-alkoxyanilines such as n-hexyloxyaniline, 4'-n-butoxycarbonyloxybenzylidene-4-methoxyaniline, p-carboxyphenyl n-amyl carbonate, n-heptyl / 4 Carbonates such as-(4'-ethoxyphenoxycarbonyl) phenyl carbonate, 4-n-butylbenzoic acid / 4'-ethoxyphenyl, 4-n-butylbenzoic acid / 4'-octyloxyphenyl, 4-n- 4-alkylbenzoic acid / 4'-alkoxyphenyl esters such as pentylbenzoic acid / 4'-hexyloxyphenyl, 4,4'-di-n-amyloxyazoxybenzene, 4,4'-di-n- Azoxybenzene derivatives such as nonyloxyazoxybenzene,
4-cyano-4 such as 4-cyano-4'-n-octylbiphenyl, 4-cyano-4'-n-dodecylbiphenyl
Liquid crystals such as 4'-alkylbiphenyls, and (2
S, 3S) -3-Methyl-2-chloropentanoic acid · 4 ′, 4 ″ -octyloxybiphenyl, 4 ′-(2
-Methylbutyl) biphenyl-4-carboxylic acid-4-hexyloxyphenyl, 4'-octylbiphenyl-4
-Ferroelectric liquid crystals such as 4- (2-methylbutyl) phenyl carboxylate can be used.

【0072】光吸収層中の熱レンズ形成層の材料として
固体の材料を用いる場合は、光散乱が小さく屈折率の温
度依存性の大きな、非晶質の有機化合物が特に好適であ
る。具体的には、前記マトリックス材料と同様に、種々
の有機高分子材料の中から光学用樹脂として公知のもの
を選定して使用することができる。文献[技術情報協会
編、「最新光学用樹脂の開発、特性と高精度部品の設
計、成形技術」、技術情報協会(1993)、P.35]に記載さ
れている光学用樹脂の屈折率の温度変化[単位:1/
K]は、例えば、ポリ(メタクリル酸メチル)1.2×
10-4、ポリカーボネイト1.4×10-4、ポリスチレ
ン1.5×10-4である。これらの樹脂を光吸収層中の
熱レンズ形成層の材料として好適に使用することができ
る。
When a solid material is used as the material of the thermal lens forming layer in the light absorbing layer, an amorphous organic compound which has small light scattering and a large temperature dependence of the refractive index is particularly suitable. Specifically, similarly to the matrix material, a material known as an optical resin can be selected from various organic polymer materials and used. Refractive index of optical resin described in the literature [Technical Information Association of Japan, "Development of latest optical resin, design of characteristics and high-precision parts, molding technology", Technical Information Association (1993), p.35] Temperature change [unit: 1 /
K] is, for example, poly (methyl methacrylate) 1.2 ×
10 -4 , 1.4 × 10 -4 polycarbonate, and 1.5 × 10 -4 polystyrene. These resins can be suitably used as a material of the thermal lens forming layer in the light absorbing layer.

【0073】前記有機溶剤の屈折率温度依存性は前記光
学用樹脂の場合よりも大きいというメリットがある反
面、制御光照射による温度上昇が有機溶剤の沸点に到達
すると沸騰してしまうという問題がある(高沸点の溶剤
を用いる場合は問題ない)。これに対して、揮発性不純
物を徹底的に除去した光学用樹脂は、例えばポリカーボ
ネイトの場合、制御光照射による温度上昇が250℃を
越えるような過酷な条件においても使用可能である。
The organic solvent has a merit that the temperature dependence of the refractive index is greater than that of the optical resin, but on the other hand, there is a problem that when the temperature rise due to the control light irradiation reaches the boiling point of the organic solvent, the organic solvent boils. (There is no problem when using a solvent having a high boiling point). On the other hand, an optical resin from which volatile impurities have been thoroughly removed can be used, for example, in the case of polycarbonate, even under severe conditions where the temperature rise due to control light irradiation exceeds 250 ° C.

【0074】[保温層膜]保温層膜として気体を用いる
場合は、空気の他、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン
などの不活性ガスを好適に用いることができる。
[Insulation Layer Film] When a gas is used as the insulation layer film, an inert gas such as nitrogen, helium, neon, argon or the like can be suitably used in addition to air.

【0075】保温層膜として液体を用いる場合は、熱伝
導率が光吸収層と同等か光吸収層よりも小さい材質であ
って、かつ、制御光および信号光を透過し、光吸収層の
材質を溶解または腐食しないものであれば、任意の液体
を用いることができる。例えば、光吸収層がシアニン色
素を含有したポリメタクリル酸メチルからなる場合、流
動性パラフィンを用いることができる。
When a liquid is used as the heat insulating layer film, it is made of a material having a thermal conductivity equal to or smaller than that of the light absorbing layer, transmitting control light and signal light, and forming a material of the light absorbing layer. Any liquid can be used as long as it does not dissolve or corrode the compound. For example, when the light absorption layer is made of polymethyl methacrylate containing a cyanine dye, liquid paraffin can be used.

【0076】保温層膜として固体を用いる場合は、熱伝
導率が光吸収層(光吸収膜および熱レンズ形成層)と同
等か光吸収層よりも小さい材質であって、かつ、制御光
および信号光を透過し、光吸収層や伝熱層膜の材質と反
応しないものであれば、任意の固体を用いることができ
る。例えば、光吸収膜がシアニン色素を含有したポリメ
タクリル酸メチルからなる場合、色素を含まないポリメ
タクリル酸メチル[300Kにおける熱伝導率0.15
Wm-1-1]を保温層膜として用いることができる。
When a solid is used as the heat insulating layer film, a material having a heat conductivity equal to or smaller than that of the light absorbing layer (the light absorbing film and the thermal lens forming layer) and a control light and a signal light are used. Any solid can be used as long as it transmits light and does not react with the material of the light absorbing layer or the heat transfer layer film. For example, when the light absorption film is made of polymethyl methacrylate containing a cyanine dye, polymethyl methacrylate containing no dye [thermal conductivity of 0.15 at 300 K] is used.
Wm -1 K -1 ] can be used as the heat insulating layer film.

【0077】[伝熱層膜の材料]伝熱層膜としては、熱
伝導率が光吸収層よりも大きい材質が好ましく、制御光
および信号光を透過し、光吸収層や保温層膜の材質と反
応しないものであれば、任意のものを用いることができ
る。熱伝導率が高く、かつ、可視光線の波長帯域におけ
る光吸収が小さい材質として、例えば、ダイアモンド
[300Kにおける熱伝導率900Wm-1-1]、サフ
ァイア[同46Wm-1-1]、石英単結晶[c軸に平行
方向で同10.4Wm-1-1]、石英ガラス[同1.3
8Wm-1-1]、硬質ガラス[同1.10Wm-1-1
などを伝熱層膜として好適に用いることができる。
[Material of Heat Transfer Layer Film] The heat transfer layer film is preferably made of a material having a higher thermal conductivity than that of the light absorption layer, and transmits control light and signal light, and is made of a material of the light absorption layer and the heat insulation layer film. Any substance can be used as long as it does not react with the compound. Examples of materials having high thermal conductivity and low light absorption in the visible light wavelength band include diamond [thermal conductivity at 300 K of 900 Wm -1 K -1 ], sapphire [46 Wm -1 K -1 ] and quartz. Single crystal [10.4 Wm -1 K -1 in the direction parallel to the c-axis], quartz glass [1.3 in the direction parallel to the c-axis]
8Wm -1 K -1 ] and hard glass [1.10 Wm -1 K -1 ]
And the like can be suitably used as the heat transfer layer film.

【0078】[光透過層の材料]本発明の積層型薄膜光
素子実施形態の一つは、前記制御光の収束手段としての
屈折率分布型レンズが、光透過層を介して前記制御光の
入射側に積層されて設けられていることを特徴とする
が、光透過層の材質としては、固体の保温層膜および/
または伝熱層膜の材質と同様のものを使用することがで
きる。光透過層は、文字通り、前記制御光および信号光
を効率良く透過させるだけでなく、屈折率分布型レンズ
を積層型薄膜光素子構成要素として接着するためのもの
である。いわゆる紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂
の内、前記制御光および信号光の波長帯域の光透過率の
高いものを特に好適に用いることができる。
[Material of Light-Transmissive Layer] In one embodiment of the laminated thin-film optical element of the present invention, a gradient-index lens as a means for converging the control light is provided through a light-transmitting layer. The light transmitting layer is characterized by being laminated on the incident side, and the material of the light transmitting layer is a solid heat insulating layer film and / or
Alternatively, the same material as the material of the heat transfer layer film can be used. The light transmitting layer is not only for literally transmitting the control light and the signal light efficiently, but also for bonding the gradient index lens as a component of the laminated thin film optical element. Among the so-called ultraviolet curable resins and electron beam curable resins, those having a high light transmittance in the wavelength band of the control light and the signal light can be particularly preferably used.

【0079】[積層型薄膜光素子の作成方法]本発明の
積層型薄膜光素子の作成方法は、積層型薄膜光素子の構
成および使用する材料の種類に応じて任意に選定され、
公知の方法を用いることができる。
[Method of Manufacturing Laminated Thin-Film Optical Device] The method of manufacturing the laminated thin-film optical device of the present invention is arbitrarily selected according to the structure of the stacked thin-film optical device and the type of material used.
A known method can be used.

【0080】例えば、積層型薄膜光素子中の光吸収膜に
用いられる光吸収性の材料が、前述のような単結晶の場
合、単結晶の切削・研磨加工によって、光吸収膜を作成
することができる。
For example, when the light-absorbing material used in the light-absorbing film in the laminated thin-film optical element is a single crystal as described above, the light-absorbing film is formed by cutting and polishing the single crystal. Can be.

【0081】例えば、色素を含有したマトリックス材料
からなる光吸収膜、光学用樹脂からなる熱レンズ形成
層、および光学ガラスを伝熱層膜として組み合わせて用
いた「伝熱層膜/光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜
/伝熱層膜」という構成の積層型薄膜光素子を作成する
場合、以下に列挙するような方法によって、まず、伝熱
層膜上に光吸収膜を作成することができる。
For example, a light absorbing film made of a matrix material containing a dye, a thermal lens forming layer made of an optical resin, and an optical glass used in combination as a heat conductive layer film are used. When a laminated thin-film optical element having a structure of “thermal lens forming layer / light absorbing film / heat transfer layer film” is formed, first, a light absorbing film is formed on the heat transfer layer film by the methods listed below. be able to.

【0082】色素およびマトリックス材料を溶解した溶
液を、伝熱層膜として用いられるガラス板上に塗布法、
ブレードコート法、ロールコート法、スピンコート法、
ディッピング法、スプレー法などの塗工法で塗工する
か、あるいは、平版、凸版、凹版、孔版、スクリーン、
転写などの印刷法で印刷して光吸収膜を形成する方法を
用いても良い。この場合、光吸収膜の形成にゾルゲル法
による無機系マトリックス材料作成方法を利用すること
もできる。
A solution in which a dye and a matrix material are dissolved is coated on a glass plate used as a heat transfer layer film,
Blade coating, roll coating, spin coating,
Coating by coating method such as dipping method, spray method, or lithographic, letterpress, intaglio, stencil, screen,
A method of forming a light absorbing film by printing by a printing method such as transfer may be used. In this case, a method of preparing an inorganic matrix material by a sol-gel method can be used for forming the light absorbing film.

【0083】電着法、電解重合法、ミセル電解法(特開
昭63−243298号報)などの電気化学的成膜手法
を用いることができる。
Electrochemical deposition methods such as an electrodeposition method, an electrolytic polymerization method, and a micellar electrolytic method (JP-A-63-243298) can be used.

【0084】更に、水の上に形成させた単分子膜を移し
取るラングミア・ブロジェット法を用いることができ
る。
Further, a Langmuir-Blodgett method for transferring a monomolecular film formed on water can be used.

【0085】原料モノマーの重合ないし重縮合反応を利
用する方法として、例えば、モノマーが液体の場合、キ
ャスティング法、リアクション・インジェクション・モ
ールド法、プラズマ重合法、および、光重合法などが挙
げられる。
As a method utilizing the polymerization or polycondensation reaction of the raw material monomers, for example, when the monomer is a liquid, a casting method, a reaction injection molding method, a plasma polymerization method, a photopolymerization method and the like can be mentioned.

【0086】昇華転写法、蒸着法、真空蒸着法、イオン
ビーム法、スパッタリング法、プラズマ重合法、CVD
法、有機分子線蒸着法、などの方法を用いることもでき
る。
Sublimation transfer method, evaporation method, vacuum evaporation method, ion beam method, sputtering method, plasma polymerization method, CVD
Method, an organic molecular beam evaporation method, or the like can also be used.

【0087】2成分以上の有機系光学材料を溶液または
分散液状態で各成分毎に設けた噴霧ノズルから高真空容
器内に噴霧して基板上に堆積させ、加熱処理することを
特徴とする複合型光学薄膜の製造方法(特許公報第25
99569号)を利用することもできる。
A composite characterized in that two or more organic optical materials are sprayed in the form of a solution or dispersion from a spray nozzle provided for each component into a high vacuum vessel, deposited on a substrate, and heated. Method of Manufacturing Optical Optical Thin Film (Patent Publication No. 25)
No. 99569) can also be used.

【0088】以上のような固体の光吸収膜の作成方法
は、例えば、固体の有機高分子材料からなる保温層膜を
作成する場合にも、好適に使用することができる。
The method for forming a solid light absorbing film as described above can be suitably used, for example, when forming a heat insulating layer film made of a solid organic polymer material.

【0089】次いで、熱可塑性の光学用樹脂を用いて熱
レンズ形成層を作成する場合、真空ホットプレス法(特
開平4−99609号公報)を用いて「伝熱層膜/光吸
収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜/伝熱層膜」という構
成の積層型薄膜光素子を作成することができる。すなわ
ち、熱可塑性光学用樹脂の粉末またはシートを、上記の
方法で表面に光吸収膜を形成した2枚の伝熱層膜(ガラ
ス板)で挟み、高真空下、加熱・プレスすることによっ
て、上記構成の積層型薄膜素子を作成することができ
る。
Next, when a thermal lens forming layer is formed by using a thermoplastic optical resin, a "heat transfer layer film / light absorbing film / heat absorbing film / heat absorbing film" is formed by using a vacuum hot press method (Japanese Patent Laid-Open No. 4-99609). A laminated thin-film optical element having a structure of “lens forming layer / light absorbing film / heat transfer layer film” can be produced. That is, a powder or a sheet of a thermoplastic optical resin is sandwiched between two heat transfer layer films (glass plates) each having a light absorbing film formed on the surface by the above-described method, and heated and pressed under a high vacuum. A stacked thin film element having the above structure can be manufactured.

【0090】[屈折率分布型レンズの材料と作成方法]
本発明の積層型薄膜光素子の実施形態の一つは、前記制
御光の収束手段としての屈折率分布型レンズが、光透過
層を介して前記制御光の入射側に積層されて設けられて
いることを特徴とするが、この屈折率分布型レンズの材
料と作成方法としては、公知の、任意のものを使用する
ことができる。
[Material of Refractive Index Lens and Method of Making]
In one embodiment of the laminated thin film optical element of the present invention, a gradient index lens as the control light converging means is provided by being laminated on the control light incident side via a light transmitting layer. However, any known material and method for forming the gradient index lens can be used.

【0091】例えば、モノマーの浸透・拡散現象を利用
して、屈折率分布型の屈折率分布型レンズを有機高分子
系材質で作成することができる[M.Oikawa,K.Iga,T.San
ada:Jpn.J.Appl.Phys,20(1),L51-L54(1981)]。すなわ
ち、モノマー交換技術によって、屈折率分布レンズを平
坦な基板上にモノリシックに作ることができ、例えば、
低屈折率プラスチックとしてのメタクリル酸メチル(n
=1.494)を、3.6mmφの円形ディスクのマス
クのまわりから、高屈折率を持つポリイソフタル酸ジア
クリル(n=1.570)の平坦なプラスチック基板中
へ拡散させる。
For example, a gradient index lens of a gradient index type can be made of an organic polymer material by utilizing the permeation / diffusion phenomenon of a monomer [M. Oikawa, K. Iga, T. San.
ada: Jpn. J. Appl. Phys, 20 (1), L51-L54 (1981)]. That is, by the monomer exchange technique, the gradient index lens can be monolithically formed on a flat substrate, for example,
Methyl methacrylate (n
= 1.494) is diffused around a 3.6 mmφ circular disk mask into a flat plastic substrate of polyisophthalic diacrylic acid (n = 1.570) with a high refractive index.

【0092】また、無機イオンの拡散現象を利用し、屈
折率分布型屈折率分布型レンズを無機ガラス系材質で作
成することができる[M.Oikawa,K.Iga: Appl.Opt.,21
(6),1052-1056(1982)]。すなわち、ガラス基板にマス
クを付けてからフォトリソグラフィの手法により直径百
μm前後の円形窓を設け、溶融塩に浸けてイオン交換に
より屈折率分布を形成させるに当たり、数時間に渡って
電界を印加してイオン交換を促進させることによって、
例えば、直径0.9mm、焦点距離2mm、開口数NA
=0.23のレンズを形成させることができる。
In addition, a refractive index distribution type gradient index lens can be made of an inorganic glass material by utilizing the diffusion phenomenon of inorganic ions [M. Oikawa, K. Iga: Appl. Opt., 21
(6), 1052-1056 (1982)]. That is, after a mask is attached to a glass substrate, a circular window having a diameter of about 100 μm is provided by a photolithographic technique, and an electric field is applied for several hours to form a refractive index distribution by ion exchange by immersion in a molten salt. By promoting ion exchange
For example, a diameter of 0.9 mm, a focal length of 2 mm, and a numerical aperture NA
= 0.23 can be formed.

【0093】[ビームウエスト直径の計算]本発明の光
制御方法において光応答を大きくするには、焦点近傍の
光子密度が最も高い領域、すなわち「ビームウエスト」
における前記信号光のビーム断面積が、焦点近傍の光子
密度が最も高い領域における前記制御光のビーム断面積
を越えないように前記信号光および前記制御光のビーム
断面の形状および大きさをそれぞれ設定することが好ま
しい。
[Calculation of Beam Waist Diameter] In order to increase the optical response in the light control method of the present invention, a region near the focal point where the photon density is the highest, that is, “beam waist”
The shape and size of the beam cross section of the signal light and the control light are set so that the beam cross section of the signal light does not exceed the beam cross section of the control light in the region where the photon density near the focal point is the highest. Is preferred.

【0094】以下、進行方向ビーム断面の電場の振幅分
布、すなわち光束のエネルギー分布がガウス分布となっ
ているガウスビームの場合について述べる。なお、以下
の説明では、ビーム収束手段として集光レンズ(屈折率
分布型レンズ)を用いる場合について説明するが、収束
手段が凹面鏡や屈折率分散型レンズであっても同様であ
る。
Hereinafter, the case of a Gaussian beam in which the amplitude distribution of the electric field in the beam section in the traveling direction, that is, the energy distribution of the light beam has a Gaussian distribution, will be described. In the following description, a case will be described in which a condensing lens (refractive index type lens) is used as the beam converging means, but the same applies even if the converging means is a concave mirror or a refractive index dispersive lens.

【0095】ガウスビームを、集光レンズ7などで、開
き角2θで収束させたときの焦点Fc近傍における光線
束および波面30の様子を図8に示す。ここで、波長λ
のガウスビームの直径2ωが最小になる位置を「ビーム
ウエスト」という。以下、ビームウエスト直径を2ω0
で表すものとする。光の回折作用のため、2ω0 はゼロ
にはならず、有限の値を持つ。なお、ビーム半径ωやω
0 の定義は、ガウスビームのビーム中心部分のエネルギ
ーを基準として、エネルギーが1/e2 (eは自然対数
の底)になる位置をビーム中心から測ったときの距離で
ある。いうまでもなく、ビームウエストの中心におい
て、光子密度は最も高い。
FIG. 8 shows the state of the light beam and the wavefront 30 in the vicinity of the focal point Fc when the Gaussian beam is converged by the condenser lens 7 at an opening angle of 2θ. Where the wavelength λ
The position where the diameter 2ω of the Gaussian beam becomes minimum is called “beam waist”. Hereinafter, the beam waist diameter is set to 2ω 0
It shall be represented by Due to the diffraction effect of light, 2ω 0 does not become zero but has a finite value. Note that the beam radius ω and ω
The definition of 0 is the distance when the position where the energy becomes 1 / e 2 (e is the base of natural logarithm) is measured from the beam center with reference to the energy of the beam center portion of the Gaussian beam. Of course, at the center of the beam waist, the photon density is highest.

【0096】ガウスビームの場合、ビームウエストから
充分に遠方でのビーム広がり角θは波長λおよびビーム
ウエスト径ω0 と、次の式(2)で関係付けられる。
In the case of a Gaussian beam, the beam divergence angle θ sufficiently far from the beam waist is related to the wavelength λ and the beam waist diameter ω 0 by the following equation (2).

【0097】[0097]

【数2】π・θ・ω0 ≒ λ …(2) ここで、πは円周率である。Π · θ · ω 0 λλ (2) where π is a circular constant.

【0098】「ビームウエストから充分に遠方」という
条件を満たす場合に限りこの式を用いて、集光レンズに
入射するビーム半径ω、集光レンズの開口数および焦点
距離から、集光レンズで集光されたビームウエスト径ω
0 を計算することができる。
Only when the condition of “sufficiently distant from the beam waist” is satisfied, this formula is used to calculate the focal length of the condenser lens from the beam radius ω incident on the condenser lens, the numerical aperture of the condenser lens, and the focal length. Beam waist diameter ω
0 can be calculated.

【0099】更に一般的に、有効開口半径aおよび開口
数NAの集光レンズで、ビーム半径ωの平行ガウスビー
ム(波長λ)を収束させた場合のビームウエスト直径2
ω0は、次の式(3)で表すことができる。
More generally, the beam waist diameter 2 when a parallel Gaussian beam (wavelength λ) having a beam radius ω is converged by a condenser lens having an effective aperture radius a and a numerical aperture NA.
ω 0 can be expressed by the following equation (3).

【0100】[0100]

【数3】2ω0 ≒ k・λ/NA …(3) ここで、係数kは代数的に解くことができないため、レ
ンズ結像面での光強度分布についての数値解析計算を行
うことによって決定することができる。
0 k k · λ / NA (3) Here, since the coefficient k cannot be solved algebraically, it is determined by performing a numerical analysis calculation on the light intensity distribution on the lens image plane. can do.

【0101】集光レンズに入射するビーム半径ωと集光
レンズの有効開口半径aの比率を変えて、数値解析計算
を行うと、式(3)の係数kの値は以下のように求ま
る。
When the numerical analysis calculation is performed while changing the ratio between the beam radius ω incident on the condenser lens and the effective aperture radius a of the condenser lens, the value of the coefficient k in the equation (3) is obtained as follows.

【0102】[0102]

【数4】 a/ω = 1 のとき k ≒ 0.92 a/ω = 2 のとき k ≒ 1.3 a/ω = 3 のとき k ≒ 1.9 a/ω = 4 のとき k ≒ 3 すなわち、集光レンズの有効開口半径aよりもビーム半
径ωが小さければ小さい程、ビームウエスト径ω0 は大
きくなる。
When a / ω = 1, k ≒ 0.92 when a / ω = 2, k ≒ 1.3 when a / ω = 3, k ≒ 1.9 when a / ω = 3, and k ≒ 3 when a / ω = 4. That is, the smaller the beam radius ω is than the effective aperture radius a of the condenser lens, the larger the beam waist diameter ω 0 is.

【0103】例えば、集光レンズとして焦点距離6.2
mm、開口数0.65、有効開口半径約4mmのレンズ
を用い、波長780nmの信号光を収束したとき、集光
レンズに入射するビーム半径ωが4mmであればa/ω
は約1で、ビームウエストの半径ω0 は0.55μm、
ωが1mmであればa/ωは約4でω0 は1.8μmと
計算される。同様にして波長633nmの制御光を収束
したとき、ビーム半径ωが4mmであればa/ωは約1
で、ビームウエストの半径ω0 は0.45μm、ωが1
mmであればa/ωは約4でω0 は1.5μmと計算さ
れる。
For example, a focal length of 6.2 as a condenser lens
mm, a numerical aperture of 0.65, and an effective aperture radius of about 4 mm. When signal light having a wavelength of 780 nm is converged, if the beam radius ω incident on the condenser lens is 4 mm, a / ω
Is about 1, the beam waist radius ω 0 is 0.55 μm,
If ω is 1 mm, a / ω is approximately 4 and ω 0 is calculated to be 1.8 μm. Similarly, when the control light having the wavelength of 633 nm is converged, if the beam radius ω is 4 mm, a / ω is about 1
And the beam waist radius ω 0 is 0.45 μm and ω is 1
If mm, a / ω is calculated to be about 4 and ω 0 is calculated to be 1.5 μm.

【0104】この計算例から明らかなように、集光レン
ズの焦点近傍の光子密度が最も高い領域、すなわちビー
ムウエストにおける光ビームの断面積を最小にするに
は、集光レンズが受光可能な最大限まで、ビーム径を拡
大(ビームエキスパンド)すれば良い。また、集光レン
ズへ入射するビーム径が同一の場合、光の波長が短い
程、ビームウエスト径は小さくなることも判る。
As is apparent from this calculation example, in order to minimize the cross-sectional area of the light beam at the region where the photon density is highest near the focal point of the condensing lens, that is, at the beam waist, the condensing lens can receive light at the maximum. The beam diameter may be expanded (beam expanded) to the limit. Also, when the diameter of the beam incident on the condenser lens is the same, it can be seen that the shorter the wavelength of the light, the smaller the beam waist diameter.

【0105】前述のように、本発明の光制御方法におい
て光応答を大きくするには、焦点近傍の光子密度が最も
高い領域における前記信号光のビーム断面積が、焦点近
傍の光子密度が最も高い領域における前記制御光のビー
ム断面積を越えないように前記信号光および前記制御光
のビーム断面の形状および大きさをそれぞれ設定するこ
とが好ましい。信号光および制御光ともにガウスビーム
を用いる場合であれば、以上の説明および計算式に従っ
て、集光レンズなどの収束手段で収束する前の平行ビー
ムの状態で、波長に応じて、信号光および制御光のビー
ム径を、必要に応じてビームエキスパンドするなどし
て、調節することによって、焦点近傍の光子密度が最も
高い領域における前記信号光のビーム断面積が、焦点近
傍の光子密度が最も高い領域における前記制御光のビー
ム断面積を越えないようにすることができる。ビームエ
キスパンドの手段としては、公知のもの、例えば2枚の
凸レンズからなるケプラー型の光学系を用いることがで
きる。
As described above, in order to increase the optical response in the light control method of the present invention, the beam cross-sectional area of the signal light in the region where the photon density is the highest near the focal point is such that the photon density near the focal point is the highest. It is preferable to set the shapes and sizes of the beam cross sections of the signal light and the control light so as not to exceed the beam cross section of the control light in the region. If a Gaussian beam is used for both the signal light and the control light, the signal light and the control light are controlled according to the wavelength in the state of the parallel beam before being converged by the converging means such as the condenser lens according to the above description and the calculation formula. By adjusting the beam diameter of the light, for example, by expanding the beam as necessary, the beam cross-sectional area of the signal light in the region where the photon density near the focal point is the highest is the region where the photon density near the focal point is the highest. The beam cross-sectional area of the control light at the time of (1) is not exceeded. As a beam expanding unit, a known unit, for example, a Kepler-type optical system including two convex lenses can be used.

【0106】[共焦点距離Zcの計算]先に述べたよう
に、ガウスビームの場合、凸レンズなどの収束手段で収
束された光束のビームウエスト近傍、すなわち、焦点を
挟んで共焦点距離Zcの区間においては、収束ビームは
ほぼ平行光と見なすことができ、共焦点距離Zcは、円
周率π、ビームウエスト半径ω0 および波長λを用いた
式(1)で表すことができる。
[Calculation of Confocal Distance Zc] As described above, in the case of a Gaussian beam, the vicinity of the beam waist of the light beam converged by the converging means such as a convex lens, that is, the section of the confocal distance Zc across the focal point. in the convergent beam it can be regarded as substantially parallel light, the confocal length Zc can be expressed by the circular constant [pi, the beam waist radius omega 0 and equation using the wavelength lambda (1).

【0107】[0107]

【数5】 Zc = πω0 2 /λ …(1) 式(1)のω0 に式(3)を代入すると、式(4)が得
られる。
To [number 5] Zc = πω 0 2 / λ ... ω 0 of equation (1) (1) Substituting equation (3), equation (4) is obtained.

【0108】[0108]

【数6】 Zc ≒ π(k/NA)2 λ/4 …(4) 例えば、集光レンズとして焦点距離6.2mm、開口数
0.65、有効開口半径約4mmのレンズを用い、波長
780nmの信号光を収束したとき、集光レンズに入射
するビーム半径ωが4mmであればa/ωは約1で、ビ
ームウエストの半径ω0 は0.55μm、共焦点距離Z
cは1.23μm、ωが1mmであればa/ωは約4で
ω0 は1.8μm、共焦点距離Zcは13.1μmと計
算される。同様にして波長633nmの制御光を収束し
たとき、ビーム半径ωが4mmであればa/ωは約1
で、ビームウエストの半径ω0 は0.45μm、共焦点
距離Zcは0.996μm、ωが1mmであればa/ω
は約4でω0 は1.5μm、共焦点距離Zcは10.6
μmと計算される。
Zc ≒ π (k / NA) 2 λ / 4 (4) For example, a lens having a focal length of 6.2 mm, a numerical aperture of 0.65, and an effective aperture radius of about 4 mm is used as a condenser lens, and has a wavelength of 780 nm. A / ω is about 1, if the beam radius ω incident on the condenser lens is 4 mm, the beam waist radius ω 0 is 0.55 μm, and the confocal distance Z
If c is 1.23 μm and ω is 1 mm, a / ω is about 4, ω 0 is 1.8 μm, and confocal distance Zc is calculated as 13.1 μm. Similarly, when the control light having the wavelength of 633 nm is converged, if the beam radius ω is 4 mm, a / ω is about 1
The beam waist radius ω 0 is 0.45 μm, the confocal distance Zc is 0.996 μm, and if ω is 1 mm, a / ω
Is about 4, ω 0 is 1.5 μm, and confocal distance Zc is 10.6
It is calculated as μm.

【0109】[光吸収層の最適膜厚]光吸収層を構成す
る2枚の光吸収膜の厚さを変えず、熱レンズ形成層の厚
さを変えて試料を作製し、光学濃度一定で膜厚の異なる
複数の積層型薄膜光素子について実験した結果、上記の
ようにして計算される共焦点距離Zcの2倍を光吸収層
の膜厚の上限としたとき、本発明の光制御方法の光応答
速度が充分高速になることが判った。
[Optimal Film Thickness of Light Absorbing Layer] A sample was prepared by changing the thickness of the thermal lens forming layer without changing the thickness of the two light absorbing films constituting the light absorbing layer, and keeping the optical density constant. As a result of experiments on a plurality of stacked thin film optical elements having different film thicknesses, when the upper limit of the film thickness of the light absorbing layer is set to twice the confocal distance Zc calculated as described above, the light control method of the present invention It has been found that the photoresponse speed becomes sufficiently high.

【0110】光吸収層の膜厚の下限については、光応答
が検知できる限りにおいて、薄ければ薄いほど好まし
い。
The lower limit of the film thickness of the light absorbing layer is preferably as thin as possible, as long as the optical response can be detected.

【0111】光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜とい
う構成の積層型薄膜構造の光吸収層に制御光が入射し、
入射側の光吸収膜で制御光の10ないし90%が吸収さ
れ、次いで、出射側の光吸収膜で制御光の残余分が吸収
される場合、上記共焦点距離Zcの2倍を光吸収層の膜
厚の上限とし、光吸収層の厚さを薄くしていくと、制御
光入射側および出射側の2箇所で形成された熱レンズが
一体として作用することとなって、熱レンズの形成と、
制御光消灯時の消滅が、極めて効率良く行われ、高速応
答が達成される。
Control light is incident on a light absorbing layer having a laminated thin film structure of a light absorbing film / thermal lens forming layer / light absorbing film structure.
When 10 to 90% of the control light is absorbed by the light absorbing film on the incident side and the remainder of the control light is then absorbed by the light absorbing film on the outgoing side, twice the confocal distance Zc is set to the light absorbing layer. When the thickness of the light absorbing layer is reduced as the upper limit of the film thickness, the thermal lenses formed at the two positions of the control light incident side and the output side work integrally, and the thermal lens is formed. When,
The extinguishing when the control light is turned off is performed extremely efficiently, and a high-speed response is achieved.

【0112】[保温層膜の膜厚]保温層膜の膜厚には、
光応答の大きさおよび/または速度を最大にするような
最適値(下限値および上限値)が存在する。その値は積
層型薄膜光素子の構成、光吸収層の材質および厚さ、保
温層膜の材質、伝熱層膜の材質および厚さなどに応じ
て、実験的に決定することができる。例えば、伝熱層膜
として通常の硼硅酸ガラス、保温層膜および熱レンズ形
成層の材質としてポリカーボネイト、光吸収膜としてプ
ラチナフタロシアニンの蒸着膜を用い、ガラス(伝熱層
膜81、膜厚150μm)/ポリカーボネイト樹脂層
(保温層)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜
84、膜厚0.2μm)/ポリカーボネイト樹脂層(熱
レンズ形成層80、膜厚20μm)/プラチナフタロシ
アニン蒸着膜(光吸収膜85、膜厚0.2μm)/ポリ
カーボネイト樹脂層(保温層)/ガラス(伝熱層膜8
6、膜厚150μm)という構成の積層型薄膜光素子を
作成した場合、保温層膜の膜厚は好ましくは5nmから
5μmであり、更に好ましくは50nmから500nm
である。
[Thickness of Thermal Insulation Layer Film] The thickness of the thermal insulation layer film includes:
There are optimal values (lower and upper limits) that maximize the magnitude and / or speed of the light response. The value can be experimentally determined according to the configuration of the laminated thin film optical element, the material and thickness of the light absorbing layer, the material of the heat insulating layer film, the material and the thickness of the heat transfer layer film, and the like. For example, ordinary borosilicate glass is used as the heat transfer layer film, polycarbonate is used as the material of the heat insulation layer film and the thermal lens forming layer, and platinum phthalocyanine is used as the light absorption film. The glass (heat transfer layer film 81, 150 μm thick) ) / Polycarbonate resin layer (heat insulating layer) / platinum phthalocyanine vapor deposited film (light absorbing film 84, film thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer 80, film thickness 20 μm) / platinum phthalocyanine vapor deposited film (light absorbing film) 85, film thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (heat insulating layer) / glass (heat transfer layer film 8)
6, 150 μm), the thickness of the heat insulating layer is preferably 5 nm to 5 μm, more preferably 50 nm to 500 nm.
It is.

【0113】[伝熱層膜の膜厚]伝熱層膜の膜厚にも、
光応答の大きさおよび/または速度を最大にするような
最適値(この場合は下限値)が存在する。その値は積層
型薄膜光素子の構成、光吸収層の材質および厚さ、保温
層の材質および厚さ、伝熱層膜の材質などに応じて、実
験的に決定することができる。例えば、伝熱層膜として
通常の硼硅酸ガラス、保温層膜および熱レンズ形成層の
材質としてポリカーボネイト、光吸収膜としてプラチナ
フタロシアニンの蒸着膜を用い、ガラス(伝熱層膜8
1、膜厚150μm)/ポリカーボネイト樹脂層(保温
層)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜84、
膜厚0.2μm)/ポリカーボネイト樹脂層(熱レンズ
形成層80、膜厚20μm)/プラチナフタロシアニン
蒸着膜(光吸収膜85、膜厚0.2μm)/ポリカーボ
ネイト樹脂層(保温層)/ガラス(伝熱層膜86、膜厚
150μm)という構成の積層型薄膜光素子を作成した
場合、伝熱層膜の厚さの下限は、好ましくは10μm、
更に好ましくは100μmである。なお、伝熱層膜の膜
厚の上限については光応答の大きさおよび/または速度
からの制約はないが、用いられる集光レンズ7および受
光レンズ9の方式、焦点距離および作動距離(ワーキン
グディスタンス)と整合させて設計する必要がある。
[Thickness of heat transfer layer film]
There is an optimal value (lower limit in this case) that maximizes the magnitude and / or speed of the light response. The value can be experimentally determined according to the configuration of the laminated thin-film optical element, the material and thickness of the light absorbing layer, the material and thickness of the heat insulating layer, the material of the heat transfer layer film, and the like. For example, a normal borosilicate glass as a heat transfer layer film, a polycarbonate as a material of a heat insulating layer film and a thermal lens forming layer, a platinum phthalocyanine vapor deposition film as a light absorption film, and a glass (heat transfer layer film 8).
1, thickness of 150 μm) / polycarbonate resin layer (heat insulating layer) / platinum phthalocyanine deposited film (light absorbing film 84,
0.2 μm thick) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer 80, 20 μm thick) / platinum phthalocyanine deposited film (light absorbing film 85, 0.2 μm thick) / polycarbonate resin layer (heat insulating layer) / glass When a laminated thin-film optical element having a configuration of (thermal layer film 86, film thickness 150 μm) is formed, the lower limit of the thickness of the heat transfer layer film is preferably 10 μm,
More preferably, it is 100 μm. The upper limit of the thickness of the heat transfer layer film is not limited by the magnitude and / or speed of the optical response, but the type, focal length and working distance (working distance) of the condensing lens 7 and light receiving lens 9 used. ) Must be designed.

【0114】[0114]

【実施例】〔実施例1〕まず、本発明の積層型薄膜光素
子が屈折率分布型レンズを含まない場合について、以下
に実施例を示す。
[Embodiment 1] First, an embodiment will be described below in which the laminated thin film optical element of the present invention does not include a gradient index lens.

【0115】本実施例の積層型薄膜光素子8の構成を例
示した断面図を図2に示す。図2に例示するように、本
実施例の積層型薄膜光素子8は、制御光S1および信号
光S2の入射側から、例えば、伝熱層膜81/光吸収膜
84/熱レンズ形成層80/光吸収膜85/伝熱層膜8
6の順に積層されてなる。これらの詳細については後に
記載する。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the laminated thin-film optical element 8 of this embodiment. As illustrated in FIG. 2, the laminated thin-film optical element 8 according to the present embodiment includes, for example, a heat transfer layer film 81 / a light absorption film 84 / a thermal lens formation layer 80 from the incident side of the control light S1 and the signal light S2. / Light absorbing film 85 / heat transfer layer film 8
6 are stacked in this order. Details of these will be described later.

【0116】図2には、また、本実施例の光制御装置の
概略構成が示されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the light control device of this embodiment.

【0117】図2に概要を例示する本発明の光制御装置
は、制御光の光源1、信号光の光源2、NDフィルター
3、シャッター4、半透過鏡5、光混合器6、集光レン
ズ7、本発明の積層型薄膜光素子8、受光レンズ9、波
長選択透過フィルター20、光検出器11および22、
およびオシロスコープ(図示せず)から構成される。こ
れらの光学素子ないし光学部品の内、制御光の光源1、
信号光の光源2、光混合器6、集光レンズ7、積層型薄
膜光素子8、受光レンズ9、および、波長選択透過フィ
ルター20は、図2の装置構成で本発明の光制御方法を
実施するために必須の装置構成要素である。なお、ND
フィルター3、シャッター4、および半透過鏡5は必要
に応じて設けるものであり、また、光検出器11および
22、およびオシロスコープは、本発明の光制御方法を
実施するためには必要ないが光制御の動作を確認するた
めの電子装置として、必要に応じて用いられる。
The light control device of the present invention, which is schematically illustrated in FIG. 2, includes a control light source 1, a signal light source 2, an ND filter 3, a shutter 4, a semi-transmissive mirror 5, a light mixer 6, a condenser lens. 7, the laminated thin film optical element 8, the light receiving lens 9, the wavelength selective transmission filter 20, the photodetectors 11 and 22, of the present invention,
And an oscilloscope (not shown). Among these optical elements or optical components, a light source 1 for control light,
The light source 2, the optical mixer 6, the condenser lens 7, the laminated thin-film optical element 8, the light receiving lens 9, and the wavelength selective transmission filter 20 of the signal light implement the light control method of the present invention with the device configuration of FIG. It is an essential component of the device to perform ND
The filter 3, the shutter 4, and the semi-transmissive mirror 5 are provided as necessary. The photodetectors 11 and 22 and the oscilloscope are not necessary for implementing the light control method of the present invention. It is used as necessary as an electronic device for confirming the control operation.

【0118】次に、個々の構成要素の特徴ならびに動作
について説明する。
Next, the features and operations of the individual components will be described.

【0119】制御光の光源1にはレーザー装置が好適に
用いられる。その発振波長および出力は、本発明の光制
御方法が対象とする信号光の波長および使用する光吸収
層の光吸収特性に応じて適宜選択される。レーザー発振
の方式については特に制限はなく、発振波長帯域、出
力、および経済性などに応じて任意の形式のものを用い
ることができる。また、レーザー光源の光を非線形光学
素子によって波長変換してから使用しても良い。具体的
には例えば、アルゴンイオンレーザー(発振波長45
7.9ないし514.5nm)、ヘリウム・ネオンレー
ザー(発振波長633nm)などの気体レーザー、ルビ
ーレーザーやNd:YAGレーザーなどの固体レーザ
ー、色素レーザー、半導体レーザーなどを好適に使用す
ることができる。信号光の光源2にはレーザー光源から
のコヒーレント光だけではなく非コヒーレント光を使用
することもできる。また、レーザー装置、発光ダイオー
ド、ネオン放電管など、単色光を与える光源の他、タン
グステン電球、メタルハライドランプ、キセノン放電管
などからの連続スペクトル光を光フィルターやモノクロ
メーターで単色化して用いても良い。
A laser device is preferably used as the control light source 1. The oscillation wavelength and the output are appropriately selected according to the wavelength of the signal light targeted by the light control method of the present invention and the light absorption characteristics of the light absorption layer used. There is no particular limitation on the type of laser oscillation, and any type can be used according to the oscillation wavelength band, output, economy, and the like. Further, the wavelength of the light from the laser light source may be converted by a nonlinear optical element before use. Specifically, for example, an argon ion laser (oscillation wavelength 45
7.9 to 514.5 nm), gas lasers such as helium-neon laser (oscillation wavelength: 633 nm), solid-state lasers such as ruby laser and Nd: YAG laser, dye lasers, semiconductor lasers, and the like can be preferably used. As the light source 2 for signal light, not only coherent light from a laser light source but also non-coherent light can be used. Further, in addition to a light source that provides monochromatic light, such as a laser device, a light-emitting diode, and a neon discharge tube, continuous spectrum light from a tungsten bulb, a metal halide lamp, a xenon discharge tube, or the like may be used as a monochromatic light with a light filter or a monochromator. .

【0120】以下、信号光の光源2として半導体レーザ
ー(発振波長780nm、連続発振出力5mW)の出射
光をビーム整形して直径約8mmの平行ガウスビームと
して用い、一方、制御光の光源1としてヘリウム・ネオ
ンレーザー(発振波長633nm、ビーム直径約2mm
の平行ビーム、ビーム断面のエネルギー分布はガウス分
布)を用いた場合について実施例を説明する。
Hereinafter, a light emitted from a semiconductor laser (oscillation wavelength: 780 nm, continuous oscillation output: 5 mW) is beam-shaped and used as a parallel Gaussian beam having a diameter of about 8 mm as a signal light source 2, while helium is used as a control light source 1.・ Neon laser (oscillation wavelength 633 nm, beam diameter about 2 mm
An embodiment will be described in the case of using a parallel beam (beam distribution is Gaussian distribution).

【0121】NDフィルター3は必ずしも必要ではない
が、装置を構成する光学部品や光学素子へ必要以上に高
いパワーのレーザー光が入射することを避けるため、ま
た、本発明の積層型薄膜光素子の光応答性能を試験する
に当たり、制御光の光強度を増減するために有用であ
る。本実施例では後者の目的で数種類のNDフィルター
を交換して使用した。
Although the ND filter 3 is not always necessary, the ND filter 3 is used to prevent laser light having an unnecessarily high power from entering the optical parts and optical elements constituting the apparatus. In testing the optical response performance, it is useful for increasing or decreasing the light intensity of the control light. In this example, several types of ND filters were exchanged for the latter purpose.

【0122】シャッター4は、制御光として連続発振レ
ーザーを用いた場合に、これをパルス状に明滅させるた
めに用いられるものであり、本発明の光制御方法を実施
する上で必須の装置構成要素ではない。すなわち、制御
光の光源1がパルス発振するレーザーであり、そのパル
ス幅および発振間隔を制御できる形式の光源である場合
や、適当な手段で予めパルス変調されたレーザー光を光
源1として用いる場合は、シャッター4を設けなくても
良い。
When a continuous wave laser is used as the control light, the shutter 4 is used to make it blink in a pulse shape. The shutter 4 is an essential component of the device for implementing the light control method of the present invention. is not. That is, when the light source 1 of the control light is a laser that oscillates pulses and is a type of light source that can control the pulse width and oscillation interval, or when the laser light that has been pulse-modulated in advance by appropriate means is used as the light source 1 The shutter 4 need not be provided.

【0123】シャッター4を使用する場合、その形式と
しては任意のものを使用することができ、例えば、オプ
ティカルチョッパ、メカニカルシャッター、液晶シャッ
ター、光カー効果シャッター、ポッケルセル、光音響素
子(AO変調器)などを、シャッター自体の作動速度を
勘案して適宜選択して使用することができる。
When the shutter 4 is used, any type can be used. For example, an optical chopper, a mechanical shutter, a liquid crystal shutter, an optical Kerr effect shutter, a Pockel cell, a photoacoustic element (AO modulator) And the like can be appropriately selected and used in consideration of the operation speed of the shutter itself.

【0124】半透過鏡5は、本実施例において、本発明
の光制御方法の作用を試験するに当たり、制御光の光強
度を常時見積もるために用いるものであり、光分割比は
任意に設定可能である。
The semi-transmissive mirror 5 is used in this embodiment to constantly estimate the light intensity of the control light when testing the operation of the light control method of the present invention, and the light splitting ratio can be set arbitrarily. It is.

【0125】光検出器11および22は、本発明の光・
光制御による光強度の変化の様子を電気的に検出して検
証するため、また、本発明の積層型薄膜光素子の機能を
試験するために用いられる。光検出器11および22の
形式は任意であり、検出器自体の応答速度を勘案して適
宜選択して使用することができ、例えば、光電子増倍管
やフォトダイオード、フォトトランジスターなどを使用
することができる。
The light detectors 11 and 22 are provided with the light detectors of the present invention.
It is used for electrically detecting and verifying a change in light intensity due to light control, and for testing the function of the laminated thin film optical element of the present invention. The types of the photodetectors 11 and 22 are arbitrary, and can be appropriately selected and used in consideration of the response speed of the detector itself. For example, a photomultiplier tube, a photodiode, a phototransistor, or the like is used. Can be.

【0126】前記光検出器11および22の受光信号は
オシロスコープなどの他、AD変換器とコンピューター
の組み合わせ(図示せず)によってモニターすることが
できる。
The light receiving signals of the photodetectors 11 and 22 can be monitored by a combination of an AD converter and a computer (not shown), in addition to an oscilloscope.

【0127】光混合器6は、前記積層型薄膜光素子8中
を伝播していく制御光および信号光の光路を調節するた
めに用いるものであり、本発明の光制御方法および光制
御装置を実施するに当たり重要な装置構成要素の一つで
ある。偏光ビームスプリッター、非偏光ビームスプリッ
ター、またはダイクロイックミラーのいずれも使用する
ことができ、光分割比についても任意に設定可能であ
る。
The optical mixer 6 is used for adjusting the optical paths of the control light and the signal light propagating in the laminated thin-film optical element 8, and uses the light control method and light control device of the present invention. This is one of the important components of the apparatus for implementing the method. Any of a polarizing beam splitter, a non-polarizing beam splitter, and a dichroic mirror can be used, and the light splitting ratio can be arbitrarily set.

【0128】集光レンズ7は、信号光および制御光に共
通の収束手段として、光路が同一になるように調節され
た信号光および制御光を収束させて前記積層型薄膜光素
子へ照射するためのものであり、本発明の光制御方法お
よび光制御装置の実施に必須な装置構成要素の一つであ
る。集光レンズ7の焦点距離、開口数、F値、レンズ構
成、レンズ表面コートなどの仕様については任意のもの
を適宜使用することができる。
The condensing lens 7 serves as a common converging means for the signal light and the control light so as to converge the signal light and the control light adjusted to have the same optical path and irradiate the light to the stacked thin film optical element. And is one of the essential components of the light control method and light control device of the present invention. Any specifications such as the focal length, numerical aperture, F-number, lens configuration, and lens surface coating of the condenser lens 7 can be appropriately used.

【0129】本実施例では、以下、集光レンズ7とし
て、焦点距離6.2mm、開口数0.65、有効開口半
径4.03mmの顕微鏡用対物レンズを用いた場合につ
いて述べる。
In this embodiment, a case where a microscope objective lens having a focal length of 6.2 mm, a numerical aperture of 0.65, and an effective aperture radius of 4.03 mm is used as the condenser lens 7 will be described below.

【0130】この場合の集光レンズの焦点近傍の光子密
度が最も高い領域、すなわちビームウエストにおける光
ビームの半径ω0 および共焦点距離Zcは、先に示した
式(2)および式(4)を用いた計算例の通り、波長6
33nm、ビーム直径2mmの制御光についてω0
1.5μm、Zcは10.6μmと計算される。
In this case, the radius ω 0 and the confocal distance Zc of the light beam at the region where the photon density is the highest near the focal point of the condenser lens, ie, the beam waist, are calculated by the above-described equations (2) and (4). As shown in the calculation example using
Ω 0 is calculated to be 1.5 μm and Zc is calculated to be 10.6 μm for the control light having a wavelength of 33 nm and a beam diameter of 2 mm.

【0131】同様にして波長780nm、ビーム直径8
mmの信号光についてビームウエストにおける光ビーム
の半径ω0 は0.55μmと計算される。すなわち、本
実施例において、ビームウエストにおける制御光ビーム
と信号光ビームの大小関係は、ビーム径として約3:
1、ビーム断面積として約7:1の割合で、制御光の方
が大きい。
Similarly, a wavelength of 780 nm and a beam diameter of 8
The radius ω 0 of the light beam at the beam waist for the signal light of mm is calculated to be 0.55 μm. That is, in the present embodiment, the magnitude relationship between the control light beam and the signal light beam at the beam waist is about 3:
1. The control light is larger at a ratio of about 7: 1 as a beam cross-sectional area.

【0132】このようにビームウエストにおける制御光
のビームサイズを信号光に比べて大きくすると、集光レ
ンズの焦点近傍における制御光収束ビームのエネルギー
密度が最も高い領域に、信号光収束ビームのエネルギー
密度が最も高い領域を重ね合わせるように光学系を調整
することが容易になり、かつ、光学系諸要素の変動の影
響を受け難くなる。すなわち、焦点近傍において、制御
光および信号光の光軸中心を完全に一致させる必要はな
く、制御光および信号光のビーム位置が、ある程度変動
ないしドリフトしても、信号光収束ビームのエネルギー
密度が最も高い領域が制御光収束ビームのエネルギー密
度が最も高い領域から逸脱しないように調整することが
可能となる。
As described above, when the beam size of the control light at the beam waist is made larger than that of the signal light, the energy density of the signal light convergent beam is increased in a region where the energy density of the control light convergent beam near the focal point of the condenser lens is highest. It is easy to adjust the optical system so that the areas having the highest values are overlapped, and it is hard to be affected by fluctuations of various elements of the optical system. That is, in the vicinity of the focal point, it is not necessary to completely match the optical axis centers of the control light and the signal light, and even if the beam positions of the control light and the signal light fluctuate or drift to some extent, the energy density of the signal light converging beam is reduced. It is possible to adjust the highest area so as not to deviate from the area where the energy density of the control light converging beam is highest.

【0133】受光レンズ9は、収束されて積層型薄膜光
素子8へ照射され、透過してきた信号光および制御光を
平行および/または収束ビームに戻すための手段である
が、充分な大きさの信号光を再現性良く得るためには、
前記集光レンズ7の開口数より小さい開口数のレンズを
用いる。この実施例では受光レンズ9として、開口数
0.4の顕微鏡レンズを用いた。すなわち、集光レンズ
7の開口数より受光レンズ9の開口数を小さくすること
により、信号光の光束の内、強度変調および/または光
束密度変調を強く受けた領域の光束を分別して取り出す
ことが可能となり、充分な大きさの信号光を再現性良く
検出できるようになる。また、集光レンズおよび受光レ
ンズの代わりに凹面鏡を用いることも可能である。
The light receiving lens 9 is a means for returning the signal light and the control light which have been converged and radiated to the laminated thin-film optical element 8 and transmitted therethrough to a parallel and / or convergent beam. In order to obtain signal light with good reproducibility,
A lens having a numerical aperture smaller than the numerical aperture of the condenser lens 7 is used. In this embodiment, a microscope lens having a numerical aperture of 0.4 was used as the light receiving lens 9. That is, by making the numerical aperture of the light receiving lens 9 smaller than the numerical aperture of the condensing lens 7, it is possible to separate out the light flux of the signal light in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation. This makes it possible to detect a sufficiently large signal light with good reproducibility. It is also possible to use a concave mirror instead of the condenser lens and the light receiving lens.

【0134】波長選択透過フィルター20は、図2の装
置構成で本発明の光制御方法を実施するために必須の装
置構成要素の一つであり、前記積層型薄膜光素子中の同
一の光路を伝播してきた信号光と制御光とから信号光の
みを取り出すための手段の一つとして用いられる。
The wavelength selective transmission filter 20 is one of the essential components of the device for implementing the light control method of the present invention with the device configuration shown in FIG. 2, and has the same optical path in the laminated thin film optical element. It is used as one of means for extracting only the signal light from the propagated signal light and control light.

【0135】波長の異なる信号光と制御光とを分離する
ための手段としては他に、プリズム、回折格子、ダイク
ロイックミラーなどを使用することができる。
As means for separating the signal light and the control light having different wavelengths from each other, a prism, a diffraction grating, a dichroic mirror or the like can be used.

【0136】図2の装置構成で用いられる波長選択透過
フィルター20としては、制御光の波長帯域の光を完全
に遮断し、一方、信号光の波長帯域の光を効率良く透過
することのできるような波長選択透過フィルターであれ
ば、公知の任意のものを使用することができる。例え
ば、色素で着色したプラスチックやガラス、表面に誘電
体多層蒸着膜を設けたガラスなどを用いることができ
る。
The wavelength selective transmission filter 20 used in the device configuration of FIG. 2 is designed to completely block light in the wavelength band of control light and efficiently transmit light in the wavelength band of signal light. Any known wavelength selective transmission filter can be used. For example, plastic or glass colored with a dye, glass having a multilayer dielectric film on its surface, or the like can be used.

【0137】本発明の積層型薄膜光素子の実施形態の一
例を図2に例示する。図2に示す伝熱層膜81/光吸収
膜84/熱レンズ形成層80/光吸収膜85/伝熱層膜
86という構成の積層型薄膜光素子8は、例えば以下の
手順で作成することができる。
FIG. 2 shows an example of an embodiment of the laminated thin-film optical element of the present invention. The laminated thin-film optical element 8 having the structure of the heat transfer layer film 81 / light absorption film 84 / thermal lens formation layer 80 / light absorption film 85 / heat transfer layer film 86 shown in FIG. Can be.

【0138】真空蒸着装置にゲート弁を経由して接続さ
れた基板洗浄用真空容器の内部に中心波長185nm、
出力5Wの紫外線ランプを2灯および中心波長254n
m、出力5Wの紫外線ランプ2灯を、紫外線が基板表面
に照射されるような配置で取り付け、基板(伝熱層膜8
1および86)としてガラス板(24mm×30mm×
0.15mm)を1枚以上、搬入した後、真空容器内部
に、大気圧下、直径0.05μmの微粒子を100%捕
集するガスフィルターを通過させた清浄な窒素ガスを満
たして、内部に浮遊粉塵(直径0.1μm以上)および
汚染性ガスが検出されなくなるまで雰囲気を清浄化して
から直径0.05μmの微粒子を100%捕集するガス
フィルターを通過させた酸素ガスを導入し、酸素濃度を
60%以上まで高めてから紫外線ランプを点灯し、1時
間に渡り、基板表面の紫外線照射処理およびオゾン処理
を行った。以上の浄化処理終了後、基板洗浄用真空容器
内部を排気し、10-4Pa以下の高真空状態にしてか
ら、同じく10-4Pa以下の高真空状態の真空蒸着装置
内へ基板を移送した。予め蒸着源に導入しておいたプラ
チナフタロシアニン(組成式 C32168Pt)を抵抗
線によって加熱し、600℃まで加熱して、上記基板上
へ真空蒸着した。基板温度の制御は特に行わなかった。
蒸着の進行を水晶振動子式膜厚計でモニターし、膜厚が
0.2μmに到達した時点で蒸着源のシャッターを閉
じ、蒸着を終了した。
A substrate having a center wavelength of 185 nm was placed inside a vacuum vessel for cleaning a substrate connected to a vacuum deposition apparatus via a gate valve.
Two 5W UV lamps and 254n center wavelength
m, an ultraviolet lamp having an output of 5 W is mounted in an arrangement such that ultraviolet light is irradiated on the substrate surface, and the substrate (heat transfer layer film 8
1 and 86) as a glass plate (24 mm × 30 mm ×
0.15 mm), and the inside of the vacuum vessel is filled with clean nitrogen gas that has passed through a gas filter that collects 100% of fine particles having a diameter of 0.05 μm under atmospheric pressure. The atmosphere is cleaned until suspended dust (0.1 μm or more in diameter) and contaminant gas are no longer detected, and then oxygen gas is introduced through a gas filter that collects 100% of fine particles having a diameter of 0.05 μm. Was increased to 60% or more, the ultraviolet lamp was turned on, and the substrate surface was subjected to ultraviolet irradiation treatment and ozone treatment for 1 hour. After the above purifying process is completed by evacuating the vacuum chamber for substrate cleaning, 10-4 after the following high vacuum Pa, and transferring the substrate to the same 10 -4 Pa or less in the vacuum evaporation apparatus of the high vacuum . Platinum phthalocyanine (composition formula: C 32 H 16 N 8 Pt) previously introduced into the evaporation source was heated by a resistance wire, heated to 600 ° C., and vacuum evaporated on the substrate. The control of the substrate temperature was not particularly performed.
The progress of vapor deposition was monitored by a quartz crystal film thickness meter, and when the film thickness reached 0.2 μm, the shutter of the vapor deposition source was closed to terminate vapor deposition.

【0139】このようにして基板上に作成した蒸着膜表
面の走査型電子顕微鏡写真を図6に示す。この写真か
ら、上記条件で真空蒸着したプラチナフタロシアニンは
外径30ないし50nmの粒子状態で存在していること
が判る。この粒子径は本実施例における信号光の波長
(780nm)および制御光の波長(633nm)の1
/10未満であり、光散乱を起こさない大きさである。
FIG. 6 shows a scanning electron micrograph of the surface of the deposited film thus formed on the substrate. From this photograph, it can be seen that platinum phthalocyanine vacuum-deposited under the above conditions exists in the form of particles having an outer diameter of 30 to 50 nm. This particle diameter is one of the wavelength of the signal light (780 nm) and the wavelength of the control light (633 nm) in this embodiment.
/ 10, which is a size that does not cause light scattering.

【0140】一方、ポリカーボネイト樹脂(帝人化成製
パンライトL1250)1gをジクロロメタン19gに
溶解した溶液を撹拌しながらn−ヘキサン300ml中
へ注ぎ、析出した樹脂小塊を濾過し、n−ヘキサン30
mlにて洗浄し、清浄な空気中で溶剤を除去し、粒子外
径が50μm未満の微粉末になるよう粉砕した。このポ
リカーボネイト樹脂微粉末を10-4Pa以下の高真空容
器中、徐々に加熱して100℃から120℃の温度範囲
で48時間、脱気処理した。
On the other hand, a solution prepared by dissolving 1 g of polycarbonate resin (Panlite L1250 manufactured by Teijin Chemicals Co., Ltd.) in 19 g of dichloromethane was poured into 300 ml of n-hexane while stirring, and the precipitated resin small lump was filtered.
The powder was washed with water, the solvent was removed in clean air, and pulverized to a fine powder having a particle outer diameter of less than 50 μm. This polycarbonate resin fine powder was gradually heated in a high vacuum container of 10 −4 Pa or less and degassed in a temperature range of 100 ° C. to 120 ° C. for 48 hours.

【0141】清浄な雰囲気下、先に作成したガラス基板
上のプラチナフタロシアニン蒸着膜の上に、高真空脱気
処理した樹脂微粉末を散布し、その上にもう1枚のガラ
ス基板上のプラチナフタロシアニン蒸着膜を重ねて置
き、これを高真空容器内に設置した加熱ステージ上に置
き、10-4Pa以下まで排気し、240ないし260℃
まで加熱し、一方、240ないし260℃まで加熱した
加圧板を押しつけ、5kgf/cm2 の圧力で真空ホッ
トプレスを行った。
In a clean atmosphere, a high vacuum degassed resin fine powder is sprayed on the platinum phthalocyanine vapor-deposited film formed on the glass substrate previously formed, and platinum phthalocyanine on another glass substrate is further spread thereon. The deposited films are placed one on top of the other, placed on a heating stage placed in a high vacuum container, and evacuated to 10 -4 Pa or less, at 240 to 260 ° C.
, And a pressure plate heated to 240 to 260 ° C was pressed, and vacuum hot pressing was performed at a pressure of 5 kgf / cm 2 .

【0142】以上の手順によって、ガラス(伝熱層膜8
1、膜厚150μm)/プラチナフタロシアニン蒸着膜
(光吸収膜84、膜厚0.2μm)/ポリカーボネイト
樹脂層(熱レンズ形成層80)/プラチナフタロシアニ
ン蒸着膜(光吸収膜85、膜厚0.2μm)/ガラス
(伝熱層膜86、膜厚150μm)という構成の積層型
薄膜光素子を作成した。
According to the above procedure, the glass (heat transfer layer film 8)
1, film thickness 150 μm) / platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film 84, film thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer 80) / platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film 85, film thickness 0.2 μm) ) / Glass (heat transfer layer film 86, film thickness 150 μm).

【0143】樹脂粉末の散布量、加熱温度および加圧処
理時間(数分から数時間)を調整することによって、ポ
リカーボネイト樹脂製熱レンズ形成層の膜厚が10μ
m、20μm、50μmおよび100μmものを作成し
た。以下、本実施例では、ポリカーボネイト樹脂製熱レ
ンズ形成層の膜厚が20μmのものについて記述する。
この場合、光吸収層を構成する色素膜/樹脂層/色素膜
の合計の厚さは20.4μmであり、上記の条件で計算
した収束制御光の共焦点距離Zc(10.6μm)の2
倍を越えていない。
By adjusting the amount of the resin powder to be sprayed, the heating temperature and the pressure treatment time (from several minutes to several hours), the thickness of the polycarbonate resin thermal lens forming layer can be reduced to 10 μm.
m, 20 μm, 50 μm and 100 μm. Hereinafter, in the present embodiment, the case where the thickness of the thermal lens forming layer made of polycarbonate resin is 20 μm will be described.
In this case, the total thickness of the dye film / resin layer / dye film constituting the light absorbing layer is 20.4 μm, which is 2 of the confocal distance Zc (10.6 μm) of the convergence control light calculated under the above conditions.
Not more than twice.

【0144】なお、同様にして、比較例1として、ガラ
ス(伝熱層膜、膜厚150μm)/プラチナフタロシア
ニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μm)/ポリカーボ
ネイト樹脂層(熱レンズ形成層、膜厚20μm)/ガラ
ス(伝熱層膜、膜厚150μm)という構成の、光吸収
膜単層/熱レンズ形成層単層・積層型薄膜光素子を作成
した。
Similarly, as Comparative Example 1, glass (heat transfer layer film, thickness 150 μm) / platinum phthalocyanine deposited film (light absorption film, thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (thermal lens formation layer) A single-layer light-absorbing film / single-layer thermal lens-forming layer / laminate type thin-film optical element having a structure of (thickness: 20 μm) / glass (heat transfer layer film, 150 μm) was prepared.

【0145】また、比較例2として、ガラス(伝熱層
膜、膜厚150μm)/ポリカーボネイト樹脂層(熱レ
ンズ形成層、膜厚10μm)/プラチナフタロシアニン
蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μm)/ポリカーボネイ
ト樹脂層(熱レンズ形成層、膜厚10μm)/ガラス
(伝熱層膜、膜厚150μm)という構成の、光吸収膜
単層/熱レンズ形成層2層・積層型薄膜光素子を作成し
た。なお、この場合、アルミホイル/樹脂粉末/ガラス
板を真空ホットプレスして作成した積層膜からアルミホ
イルを剥離することによって、ポリカーボネイト樹脂層
/ガラス・積層膜を作成し、この樹脂層上にプラチナフ
タロシアニンを真空蒸着し、この蒸着面に、別に作った
ポリカーボネイト樹脂層/ガラス積層膜の樹脂面を真空
ホットプレスすることによって、「樹脂/色素蒸着膜/
樹脂」という積層膜を作成した。
Further, as Comparative Example 2, glass (heat transfer layer film, film thickness 150 μm) / polycarbonate resin layer (thermal lens formation layer, film thickness 10 μm) / platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film, film thickness 0.2 μm) ) / Polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer, film thickness 10 μm) / glass (heat transfer layer film, film thickness 150 μm). Created. In this case, the aluminum foil / resin powder / glass plate was vacuum hot-pressed, and the aluminum foil was peeled off from the laminated film to form a polycarbonate resin layer / glass / laminated film, and platinum was formed on the resin layer. The phthalocyanine is vacuum-deposited, and the resin surface of the separately formed polycarbonate resin layer / glass laminated film is vacuum hot-pressed on the deposition surface to obtain “resin / dye-deposited film /
A laminated film called “resin” was created.

【0146】以上のようにして作成した本実施例の積層
型薄膜光素子(熱レンズ形成層の膜厚20μm)の透過
率スペクトルを図7の曲線121に示す。また、比較例
1の光吸収膜単層/熱レンズ形成層単層・積層型薄膜光
素子の透過率スペクトルを図7の曲線122に示す。こ
こで、図7の曲線122は、本実施例の積層型薄膜光素
子の2つの光吸収膜(色素蒸着膜)の内、一方の透過率
スペクトルを抜き出したものに相当する。すなわち、本
実施例の積層型薄膜光素子の透過率は制御光の波長(6
33nm)で1.6%、信号光の波長(780nm)で
86%であるが、第1の光吸収膜で波長633nmの光
の約90%が吸収され、第2の光吸収膜で残余部分が吸
収されたものであると解釈される。
A transmittance spectrum of the laminated thin-film optical element (the thickness of the thermal lens forming layer is 20 μm) of the present embodiment fabricated as described above is shown by a curve 121 in FIG. Further, the transmittance spectrum of the light absorbing film single layer / thermal lens forming layer single layer / laminated thin film optical element of Comparative Example 1 is shown by a curve 122 in FIG. Here, a curve 122 in FIG. 7 corresponds to one obtained by extracting a transmittance spectrum of one of the two light absorbing films (dye-deposited films) of the laminated thin-film optical element of this embodiment. That is, the transmittance of the laminated thin-film optical element of this embodiment is determined by the wavelength of the control light (6
It is 1.6% at 33 nm) and 86% at the signal light wavelength (780 nm), but about 90% of the 633 nm light is absorbed by the first light absorbing film, and the remaining part is absorbed by the second light absorbing film. Is interpreted as being absorbed.

【0147】以上のような構成要素からなる図2の光学
装置において、光源1から出射された制御光の光ビーム
は、透過率を加減することによって透過光強度を調節す
るためのNDフィルター3を通過し、次いで制御光をパ
ルス状に明滅するためのシャッター4を通過して、半透
過鏡5によって分割される。
In the optical device shown in FIG. 2 having the above-described components, the control beam emitted from the light source 1 passes through the ND filter 3 for adjusting the transmitted light intensity by adjusting the transmittance. The control light passes through a shutter 4 for blinking the control light in a pulse shape, and is split by a semi-transmissive mirror 5.

【0148】半透過鏡5によって分割された制御光の一
部は光検出器11によって受光される。ここで、光源2
を消灯、光源1を点灯し、シャッター4を開放した状態
において積層型薄膜光素子8への光ビーム照射位置にお
ける光強度と光検出器11の信号強度との関係を予め測
定して検量線を作成しておけば、光検出器11の信号強
度から、積層型薄膜光素子8に入射する制御光の光強度
を常時見積もることが可能になる。この実施例では、N
Dフィルター3によって、積層型薄膜光素子8へ入射す
る制御光のパワーを0.5mWないし10mWの範囲で
調節した。
A part of the control light split by the semi-transmissive mirror 5 is received by the photodetector 11. Here, light source 2
Is turned off, the light source 1 is turned on, and the shutter 4 is opened, the relationship between the light intensity at the light beam irradiation position on the laminated thin film optical element 8 and the signal intensity of the photodetector 11 is measured in advance, and a calibration curve is obtained. If created, the light intensity of the control light incident on the laminated thin-film optical element 8 can be constantly estimated from the signal intensity of the photodetector 11. In this embodiment, N
The power of the control light incident on the laminated thin film optical element 8 was adjusted in the range of 0.5 mW to 10 mW by the D filter 3.

【0149】半透過鏡5で分割・反射された制御光は、
光混合器6および集光レンズ7を通って、積層型薄膜光
素子8に収束されて照射される。積層型薄膜光素子8を
通過した制御光の光ビームは、受光レンズ9を通過した
後、波長選択透過フィルター20によって遮断される。
The control light split and reflected by the semi-transmissive mirror 5 is
The light passes through the optical mixer 6 and the condenser lens 7 and is converged on the laminated thin-film optical element 8 and irradiated. After passing through the light receiving lens 9, the light beam of the control light having passed through the laminated thin film optical element 8 is blocked by the wavelength selective transmission filter 20.

【0150】光源2から出射された信号光の光ビーム
は、前記光混合器6によって、制御光と同一光路を伝播
するよう混合され、集光レンズ7を経由して、積層型薄
膜光素子8に収束・照射され、素子を通過した光は受光
レンズ9および波長選択透過フィルター20を透過した
後、光検出器22にて受光される。
The light beam of the signal light emitted from the light source 2 is mixed by the optical mixer 6 so as to propagate along the same optical path as the control light, and passes through the condenser lens 7 to the laminated thin film optical element 8. The light that has converged and illuminated, has passed through the element, passes through the light receiving lens 9 and the wavelength selective transmission filter 20, and is received by the photodetector 22.

【0151】図2の光学装置を用いて光制御の実験を行
い、図9または図10に示すような光強度変化を観測し
た。図9および/または図10において、111は光検
出器11の受光信号、222および223は光検出器2
2の受光信号である。光検出器22の受光信号222の
得られる場合と223の得られる場合の違いは、以下の
通りである。
An experiment of light control was performed using the optical device of FIG. 2, and a change in light intensity as shown in FIG. 9 or 10 was observed. 9 and / or 10, reference numeral 111 denotes a light receiving signal of the photodetector 11, and reference numerals 222 and 223 denote photodetector 2
2 is a light receiving signal. The difference between the case where the light receiving signal 222 of the photodetector 22 is obtained and the case where 223 is obtained is as follows.

【0152】図2の装置配置においては積層型薄膜光素
子8に制御光と信号光とを収束して入射させているが、
最小収束ビーム径位置、すなわちビームウエスト(焦点
Fc)を積層型薄膜光素子8の集光レンズ7に近いとこ
ろ(光の入射側)に設定すると、前記積層型薄膜光素子
を透過した前記信号光が減少する方向の光応答222が
観察される。一方、ビームウエストを積層型薄膜光素子
8の受光レンズ9に近いところ(光の出射側)に設定す
ると、前記積層型薄膜光素子8を透過した前記信号光の
見かけの強度が増大する方向の光応答223が観察され
る。
In the arrangement of FIG. 2, the control light and the signal light are converged and made incident on the laminated thin-film optical element 8.
When the minimum converging beam diameter position, that is, the beam waist (focal point Fc) is set near the condensing lens 7 of the laminated thin-film optical element 8 (on the light incident side), the signal light transmitted through the laminated thin-film optical element The optical response 222 in the direction in which is decreased is observed. On the other hand, when the beam waist is set near the light receiving lens 9 of the laminated thin-film optical element 8 (light emission side), the apparent intensity of the signal light transmitted through the laminated thin-film optical element 8 is increased. A light response 223 is observed.

【0153】このような光応答が生じる機構は、次のよ
うな熱レンズ効果によるものであると想定される。な
お、熱レンズ効果の検証方法は特開平10−26043
3号報などに詳細に記載されている。
It is assumed that the mechanism that causes such an optical response is due to the following thermal lens effect. The method of verifying the thermal lens effect is described in JP-A-10-26043.
It is described in detail in No. 3 bulletin and the like.

【0154】光吸収層を設けた積層型薄膜光素子8に、
前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれた波長の制
御光を、集光レンズ7によって収束させて照射すると、
制御光は前記光吸収層によって吸収され、吸収された光
エネルギーの大部分は熱エネルギーに変わり、まず制御
光照射部分の光吸収膜(制御光の入射側および出射側の
2箇所)の温度が上昇し、次いで熱伝導によって、隣接
する熱レンズ形成層の温度も上昇する。制御光としてガ
ウスビームを用いたときの温度上昇の分布はガウス分布
に類似し、ビーム中心部分が大きく、周辺にいくに従っ
て小さくなると推測される。このような温度上昇および
その分布に起因して、前記光吸収層中の制御光照射部分
に、分布を持った密度変化および屈折率変化が起こる。
いうまでもなく、このようにして生じた屈折率分布に基
づく光学的作用は「熱レンズ」と呼ばれている。熱レン
ズ形成のきっかけとなった制御光の照射を止めると、光
吸収による温度上昇は止まり、密度変化および屈折率分
布は解消し、熱レンズは消滅する。すなわち、制御光の
断続に対応して、熱レンズは可逆的に形成され、消滅す
る。
The laminated thin film optical element 8 provided with a light absorbing layer has
When the control light having a wavelength selected from the wavelength band absorbed by the light absorbing layer is converged and irradiated by the condenser lens 7,
The control light is absorbed by the light-absorbing layer, and most of the absorbed light energy is converted into heat energy. First, the temperature of the light-absorbing film (two positions on the incident side and the emission side of the control light) of the control light irradiation part is reduced. Rise, and then the temperature of the adjacent thermal lens forming layer also rises due to heat conduction. The distribution of the temperature rise when a Gaussian beam is used as the control light is similar to the Gaussian distribution, and it is estimated that the beam center portion is large and becomes smaller toward the periphery. Due to such a temperature rise and its distribution, a density change and a refractive index change having a distribution occur in the control light irradiation portion in the light absorbing layer.
Needless to say, the optical action based on the refractive index distribution generated in this way is called a “thermal lens”. When the irradiation of the control light, which triggered the formation of the thermal lens, is stopped, the temperature rise due to light absorption stops, the density change and the refractive index distribution are eliminated, and the thermal lens disappears. That is, the thermal lens is reversibly formed and disappears in response to the intermittent control light.

【0155】本発明の積層型薄膜光素子においては、制
御光の光吸収は、制御光の入射側および出射側の2層の
光吸収膜において起こる。光吸収膜/熱レンズ形成層/
光吸収膜という構成の積層型薄膜構造の光吸収層に制御
光が入射し、入射側の光吸収膜で制御光の10ないし9
0%が吸収され、次いで、出射側の光吸収膜で制御光の
残余分が吸収される場合、収束された制御光の共焦点距
離Zcの2倍を光吸収層の膜厚の上限とし、光吸収層の
厚さを薄くしていくと、制御光入射側および出射側の2
箇所で形成された熱レンズが一体として作用することと
なって、熱レンズの形成と、制御光消灯時の消滅が、極
めて効率良く行われ、高速応答が達成されると推定され
る。
In the laminated thin-film optical element of the present invention, light absorption of control light occurs in two layers of light absorption films on the incident side and emission side of control light. Light absorbing film / thermal lens forming layer /
The control light is incident on the light absorption layer of the laminated thin film structure having the structure of the light absorption film, and the light absorption film on the incident side emits 10 to 9 control light.
In the case where 0% is absorbed and the remaining control light is absorbed by the light absorbing film on the emission side, twice the confocal distance Zc of the converged control light is set as the upper limit of the film thickness of the light absorbing layer, As the thickness of the light absorbing layer is reduced, the two on the control light incident side and the control light
It is presumed that the thermal lens formed at the location acts as a unit, and the thermal lens is formed and disappears when the control light is turned off very efficiently, and a high-speed response is achieved.

【0156】制御光および信号光のビームウエスト位置
(焦点Fc)を積層型薄膜光素子8の集光レンズ7に近
いところ(光の入射側)に設定し、制御光を照射する
と、照射された中心部分ほど屈折率が小さくなり、その
部分の光がビームの外周方向に曲げられる。この場合、
信号光ビームの中心部分だけを取り出して、見かけの信
号光強度を測定すると、制御光の照射に対応して、信号
光の強度が減少する向きの光応答222を、充分な大き
さで取り出すことができる。
When the beam waist position (focal point Fc) of the control light and the signal light is set close to the condenser lens 7 of the laminated thin-film optical element 8 (on the light incident side), and the control light is irradiated, the irradiation is performed. The refractive index becomes smaller toward the center, and the light in that portion is bent toward the outer periphery of the beam. in this case,
When only the central portion of the signal light beam is extracted and the apparent signal light intensity is measured, the optical response 222 in the direction in which the intensity of the signal light decreases corresponding to the irradiation of the control light is extracted with a sufficient size. Can be.

【0157】一方、制御光および信号光のビームウエス
ト位置(焦点Fc)を積層型薄膜光素子8の受光レンズ
9に近いところ(光の出射側)に設定し、制御光を照射
すると、収束されて照射された制御光によって形成され
る熱レンズの光学作用は、同じく収束されて照射される
信号光の収束点を、結果的に積層型薄膜光素子8の外側
に伸ばした状態にする。この場合、信号光ビームの中心
部分だけを取り出して、見かけの信号光強度を測定する
と、制御光の照射に対応して、信号光の強度が増大する
向きの光応答223を充分な大きさで取り出すことがで
きる。容易に理解できるように、本発明の積層型薄膜光
素子において、光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜と
いう構成の積層型薄膜構造の光吸収層膜厚を薄くしてい
くと、制御光および信号光のビームウエスト位置(焦点
Fc)を積層型薄膜光素子8の受光レンズ9に近いとこ
ろ(光の出射側)に設定することが事実上困難になる。
すなわち、光吸収層膜厚が、収束された制御光の共焦点
距離Zcに近づくと、制御光入射側にビームウエスト位
置を設定した場合と区別がつかなくなる。具体的には、
光吸収層の膜厚が収束された制御光の共焦点距離Zcの
2倍程度を下限とし、これを越えた厚さの場合につい
て、前記積層型薄膜光素子8を透過した前記信号光の見
かけの強度が増大する方向の光応答223が充分な大き
さで観察される。
On the other hand, when the beam waist position (focal point Fc) of the control light and the signal light is set to a position close to the light receiving lens 9 of the laminated thin film optical element 8 (light emission side), and the control light is irradiated, the light is converged. The optical action of the thermal lens formed by the illuminated control light causes the convergence point of the signal light to be similarly converged and illuminated so as to extend to the outside of the laminated thin-film optical element 8. In this case, when only the central portion of the signal light beam is extracted and the apparent signal light intensity is measured, the optical response 223 in the direction in which the intensity of the signal light increases corresponding to the irradiation of the control light has a sufficient magnitude. Can be taken out. As can be easily understood, in the laminated thin-film optical device of the present invention, when the thickness of the light-absorbing layer of the laminated thin-film structure having the structure of the light-absorbing film / thermal lens forming layer / light-absorbing film is reduced, It is practically difficult to set the beam waist position (focal point Fc) of the light and the signal light to a position close to the light receiving lens 9 of the laminated thin-film optical element 8 (light emission side).
That is, when the thickness of the light absorption layer approaches the confocal distance Zc of the converged control light, it becomes indistinguishable from the case where the beam waist position is set on the control light incident side. In particular,
The lower limit is about twice the confocal distance Zc of the control light in which the thickness of the light absorbing layer is converged, and when the thickness exceeds the lower limit, the apparent value of the signal light transmitted through the laminated thin film optical element 8 is apparent. The light response 223 in the direction in which the intensity of the light increases is observed with a sufficient magnitude.

【0158】本発明の積層型薄膜光素子を用いることに
よって、図9に示すような、制御光の断続に対応して、
信号光の強度が減少する向きの光応答222を高速化す
ることができる。以下に、その詳細を記載する。
By using the laminated thin film optical element of the present invention, it is possible to cope with intermittent control light as shown in FIG.
The optical response 222 in the direction in which the intensity of the signal light decreases can be accelerated. The details are described below.

【0159】まず、制御光の光ビームと信号光の光ビー
ムとが、積層型薄膜光素子8内部の同一領域で焦点Fc
を結ぶように、それぞれの光源からの光路、光混合器
6、および集光レンズ7を調節した。次いで、波長選択
フィルター20の機能を点検した。すなわち、光源2を
消灯した状態で、光源1を点灯し、シャッター4を開閉
した場合には光検出器22に応答が全く生じないことを
確認した。
First, the light beam of the control light and the light beam of the signal light are focused on the same area within the laminated thin-film optical element 8 by the focal point Fc.
, The optical path from each light source, the optical mixer 6, and the condenser lens 7 were adjusted. Next, the function of the wavelength selection filter 20 was checked. That is, it was confirmed that when the light source 1 was turned on while the light source 2 was turned off and the shutter 4 was opened and closed, no response occurred to the photodetector 22 at all.

【0160】次いで、前記焦点Fcが積層型薄膜光素子
8中の光吸収層の制御光入射側に位置するよう微調整し
た。また、制御光のパワーが集光レンズ7の直前におい
て10mWになるよう調整した。
Next, fine adjustment was performed so that the focal point Fc was located on the control light incident side of the light absorbing layer in the laminated thin film optical element 8. Further, the power of the control light was adjusted to be 10 mW immediately before the condenser lens 7.

【0161】シャッター4を閉じた状態で制御光の光源
1を点灯し、次いで、時刻t1 において光源2を点灯し
積層型薄膜光素子8へ信号光を照射すると、光検出器2
2の信号強度はレベルCからレベルAへ増加した。
When the light source 1 of the control light is turned on with the shutter 4 closed, and then the light source 2 is turned on at time t1 to irradiate the laminated thin-film optical element 8 with signal light, the light detector 2
The signal strength of 2 increased from level C to level A.

【0162】時刻t2 においてシャッター4を開放し、
積層型薄膜光素子8内部の信号光が伝播しているのと同
一の光路へ制御光を収束・照射すると光検出器22の信
号強度はレベルAからレベルBへ減少した。この変化の
応答時間は0.2マイクロ秒未満であった。すなわち、
特開平10−90734号報などに記載されている応答
時間に比べて、約10倍の高速応答が観察された(比較
例3参照)。
At time t2, the shutter 4 is opened,
When the control light was converged and irradiated on the same optical path as the signal light inside the laminated thin film optical element 8 was propagating, the signal intensity of the photodetector 22 decreased from level A to level B. The response time for this change was less than 0.2 microseconds. That is,
The response time was about 10 times faster than the response time described in JP-A-10-90734 (see Comparative Example 3).

【0163】時刻t3 においてシャッター4を閉じ、積
層型薄膜光素子への制御光照射を止めると光検出器22
の信号強度はレベルBからレベルAへ復帰した。
At time t3, the shutter 4 is closed, and the irradiation of the control light to the laminated thin-film optical element is stopped.
Returned from level B to level A.

【0164】時刻t4 においてシャッター4を開放し、
次いで、時刻t5 において閉じると、光検出器22の信
号強度はレベルAからレベルBへ減少し、次いでレベル
Aへ復帰した。
At time t4, the shutter 4 is opened,
Then, when closed at time t5, the signal intensity of the photodetector 22 decreased from level A to level B, and then returned to level A.

【0165】時刻t6 において光源2を消灯すると光検
出器22の出力は低下し、レベルCへ戻った。
When the light source 2 was turned off at time t6, the output of the photodetector 22 decreased and returned to the level C.

【0166】本発明の積層型薄膜光素子の光応答速度の
上限を確認するため、ファンクションジェネレーターで
制御したAO変調器を用いて、制御光をデューティ比
1:9、すなわち、制御光点灯時間1に対して制御光消
灯時間9の割合、または、制御光点灯時間9に対して制
御光消灯時間1の割合で高速に、連続的に明滅させ、信
号光強度の追従状態をストレージオシロスコープで観察
する実験を行った。その結果、本実施例の積層型薄膜光
素子について、制御光点灯時間125ナノ秒および消灯
時間1.125マイクロ秒の高速「明」パルス、およ
び、制御光点灯時間1.125マイクロ秒および消灯時
間125ナノ秒の高速「暗」パルスまで、信号光強度変
化が追従することが確認された。
In order to confirm the upper limit of the optical response speed of the laminated thin-film optical element of the present invention, the control light was supplied to the AO modulator controlled by the function generator at a duty ratio of 1: 9. And the control light extinguishing time 9 or the control light extinguishing time 9 and the control light extinguishing time 1 are blinked at high speed and continuously, and the tracking state of the signal light intensity is observed with a storage oscilloscope. An experiment was performed. As a result, with respect to the laminated thin-film optical element of this example, a high-speed "bright" pulse with a control light on time of 125 nanoseconds and a light off time of 1.125 microseconds, and a control light on time of 1.125 microseconds and a light off time It has been confirmed that the signal light intensity change follows up to a high-speed "dark" pulse of 125 nanoseconds.

【0167】以上、収束した制御光の共焦点距離Zc=
10.6μmに対し、光吸収光層の合計の厚さが、共焦
点距離Zcの2倍を越えない20.4μm(熱レンズ形
成層の厚さ20μm)の場合について記載した。同様に
して光吸収層中のポリカーボネイト樹脂製熱レンズ形成
層の膜厚が10μm、50μmおよび100μmものに
ついて制御光の明滅に対する信号光強度の追従を比較し
たところ、熱レンズ形成層の膜厚が10μmの場合、同
20μmと同等であった。しかるに、制御光共焦点距離
Zcの2倍を越える50μmのものが追従できたのは制
御光点灯時間1マイクロ秒および消灯時間9マイクロ秒
の「明」パルスまでであった。更に100μmものは制
御光点灯時間2マイクロ秒および消灯時間18マイクロ
秒の「明」パルスまでであった。すなわち、高速応答速
度を達成するためには、光吸収層の膜厚が制御光共焦点
距離Zcの2倍を越えないことが好ましい。
As described above, the confocal distance of the converged control light Zc =
The case where the total thickness of the light-absorbing light layer is 20.4 μm (thickness of the thermal lens forming layer is 20 μm), which is not more than twice the confocal distance Zc, is described with respect to 10.6 μm. Similarly, when the film thickness of the polycarbonate resin thermal lens forming layer in the light absorbing layer was 10 μm, 50 μm, and 100 μm, the following of the signal light intensity following the flickering of the control light was compared. In the case of the above, it was equivalent to 20 μm. However, the control light having a length of 50 μm, which is more than twice the confocal distance Zc of the control light, could follow up to the “bright” pulse with the control light on time of 1 microsecond and the light off time of 9 microseconds. Further, those having a thickness of 100 μm were up to a “bright” pulse having a control light lighting time of 2 microseconds and a light-off time of 18 microseconds. That is, in order to achieve a high response speed, it is preferable that the thickness of the light absorbing layer does not exceed twice the control light confocal distance Zc.

【0168】〔比較例1〕前述のようにして比較例1と
して作成した、ガラス(伝熱層、膜厚150μm)/プ
ラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μ
m)/ポリカーボネイト樹脂層(熱レンズ形成層、膜厚
20μm)/ガラス(伝熱層、膜厚150μm)という
構成の、光吸収膜単層/熱レンズ形成層単層・積層型薄
膜光素子について、実施例1の場合と同様に光応答実験
を行った。なお、制御光および信号光は光吸収膜側から
熱レンズ形成層へ向けて入射させ、ビームウエスト(焦
点Fc)を積層型薄膜光素子8中光吸収層の集光レンズ
7に近いところ(光の入射側)に設定し、制御光の照射
に対応して、信号光の強度が減少する向きの光応答22
2を観察した。その結果、制御光の高速明滅に信号光強
度変化が追従できたのは、制御光点灯時間2マイクロ秒
および消灯時間18マイクロ秒の「明」パルスまでであ
った。
Comparative Example 1 A glass (heat transfer layer, 150 μm thick) / platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film, 0.2 μm thick) prepared as Comparative Example 1 as described above.
m) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer, film thickness: 20 μm) / glass (heat transfer layer, film thickness: 150 μm), light absorbing film single layer / thermal lens forming layer single layer / laminated thin film optical element An optical response experiment was performed in the same manner as in Example 1. The control light and the signal light are incident from the light absorbing film side toward the thermal lens forming layer, and the beam waist (focal point Fc) is located near the condenser lens 7 of the light absorbing layer in the stacked thin film optical element 8 (light Light response 22 in the direction in which the intensity of the signal light decreases in response to the irradiation of the control light.
2 were observed. As a result, the change in the signal light intensity could follow the high-speed blinking of the control light up to the "bright" pulse with the control light on time of 2 microseconds and the light off time of 18 microseconds.

【0169】〔比較例2〕前述のようにして比較例2と
して作成した、ガラス(伝熱層、膜厚150μm)/ポ
リカーボネイト樹脂層(熱レンズ形成層、膜厚10μ
m)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚
0.2μm)/ポリカーボネイト樹脂層(熱レンズ形成
層、膜厚10μm)/ガラス(伝熱層、膜厚150μ
m)という構成の、光吸収膜単層/熱レンズ形成層2層
・積層型薄膜光素子について、実施例1の場合と同様に
光応答実験を行った。その結果、制御光の高速明滅に信
号光強度変化が追従できたのは制御光点灯時間20マイ
クロ秒および消灯時間180マイクロ秒の「明」パルス
までであった。
Comparative Example 2 A glass (heat transfer layer, 150 μm thick) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer, 10 μm thick) prepared as Comparative Example 2 as described above.
m) / Platinum phthalocyanine deposited film (light absorbing film, film thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer, film thickness 10 μm) / glass (heat transfer layer, film thickness 150 μm)
A light response experiment was performed on the single-layer light-absorbing film / two-layer thermal-lens-forming layer / laminated thin-film optical element having the configuration m) in the same manner as in Example 1. As a result, the signal light intensity change could follow the high-speed blinking of the control light only up to the "bright" pulse with the control light on time of 20 microseconds and the light off time of 180 microseconds.

【0170】〔比較例3〕特開平10−90734号報
に記載された方法に従って、色素固溶化樹脂膜型単層の
光吸収層を伝熱層膜としてのガラス基板でサンドイッチ
した構造の膜型光素子を作成した。すなわち、フタロシ
アニン誘導体として、2,6,10,14−および/ま
たは2,6,10,15−および/または2,6,1
1,15−および/または2,7,10,15−テトラ
(t−ブチル)オキシバナジウムフタロシアニン(4種
類の置換位置異性体の混合物):6.81mgおよびポ
リメタクリル酸ベンジル:1993.2mgをテトラヒ
ドロフラン:200mlに溶解し、水:1000ml中
へかき混ぜながら加えて析出した沈殿(フタロシアニン
誘導体およびポリマーの混合物)を濾別し、水で洗浄し
てから減圧下乾燥し、粉砕した。得られたフタロシアニ
ン誘導体およびポリマーの混合粉末を10-5Pa未満の
超高真空下、40℃で2日間加熱を続け、残留溶媒等の
揮発成分を完全に除去して、光応答性組成物の粉末を得
た。この粉末20mgをスライドガラス(25mm×7
6mm×厚さ1.150mm)およびカバーガラス(1
8mm×18mm×厚さ0.150mm)の間に挟み、
真空下100℃に加熱し、2枚のガラス板を圧着する方
法(真空ホットプレス法)を用いてスライドガラス/カ
バーガラス間にフタロシアニン誘導体を固溶化したポリ
マーの膜(膜厚75μm)を作成した。すなわち、比較
例3の膜型光素子として、ガラス(伝熱層膜、膜厚15
0μm)/フタロシアニン誘導体を固溶化した樹脂膜
(光吸収層兼熱レンズ形成層、膜厚75μm)/ガラス
(伝熱層膜、膜厚1.150mm)という構成の、膜型
光素子を作成した。この膜型光素子の透過率は制御光の
波長(633nm)で8.8%、信号光の波長(830
nm)で84%であった。
Comparative Example 3 According to the method described in JP-A-10-90734, a film type having a structure in which a single light absorption layer of a dye-solubilized resin film type was sandwiched between glass substrates as heat transfer layer films. An optical element was created. That is, as the phthalocyanine derivative, 2,6,10,14- and / or 2,6,10,15- and / or 2,6,1
1,15- and / or 2,7,10,15-tetra (t-butyl) oxyvanadium phthalocyanine (mixture of four substituted regioisomers): 6.81 mg and polybenzyl methacrylate: 1993.2 mg in tetrahydrofuran : 200 ml, added to water: 1000 ml with stirring, and the precipitated precipitate (mixture of phthalocyanine derivative and polymer) was separated by filtration, washed with water, dried under reduced pressure, and pulverized. The obtained mixed powder of the phthalocyanine derivative and the polymer was heated at 40 ° C. for 2 days under an ultra-high vacuum of less than 10 −5 Pa to completely remove volatile components such as a residual solvent, and to prepare a photoresponsive composition. A powder was obtained. 20 mg of this powder was placed on a slide glass (25 mm × 7
6 mm x thickness 1.150 mm) and cover glass (1
8mm x 18mm x 0.150mm thickness)
A polymer film (thickness: 75 μm) in which a phthalocyanine derivative was solubilized was formed between a slide glass and a cover glass using a method of heating to 100 ° C. under vacuum and pressure bonding two glass plates (vacuum hot pressing method). . That is, as the film-type optical element of Comparative Example 3, glass (heat transfer layer film, film thickness of 15) was used.
0 μm) / a resin film in which a phthalocyanine derivative was dissolved (light absorbing layer / thermal lens forming layer, film thickness: 75 μm) / glass (heat transfer layer film, film thickness: 1.150 mm). . The transmittance of this film type optical element is 8.8% at the wavelength of control light (633 nm), and the wavelength of signal light (830 nm).
nm) was 84%.

【0171】信号光の光源2として、発振波長830n
mの半導体レーザー(連続発振出力5mW、ビーム整形
後の直径約8mmのガウスビーム)を用いた他は実施例
1の場合と同様にして、制御光および信号光のビームウ
エスト位置(焦点Fc)を比較例3の膜型光素子中、光
吸収層兼熱レンズ形成層の集光レンズ7に近いところ
(光の入射側)に設定し、信号光の強度が減少する向き
の光応答222を観察したところ、制御光を点灯したと
きの信号光強度の減少に要する時間は1.9マイクロ秒
であった。
The light source 2 of the signal light has an oscillation wavelength of 830n.
The beam waist position (focal point Fc) of the control light and the signal light is changed in the same manner as in the first embodiment except that a semiconductor laser of m (a continuous oscillation output of 5 mW and a Gaussian beam having a diameter of about 8 mm after beam shaping) is used. In the film-type optical element of Comparative Example 3, the optical response 222 in the direction in which the intensity of the signal light decreases is set at a position close to the condenser lens 7 of the light absorbing layer / thermal lens forming layer (light incident side). As a result, the time required for decreasing the signal light intensity when the control light was turned on was 1.9 microseconds.

【0172】また、制御光の高速明滅に信号光強度変化
が追従できたのは制御光点灯時間2マイクロ秒および消
灯時間18マイクロ秒の「明」パルスまでであった。
Further, the change of the signal light intensity could follow the high-speed blinking of the control light only up to the "bright" pulse with the control light ON time of 2 microseconds and the light-off time of 18 microseconds.

【0173】〔実施例2〕実施例1における集光レンズ
7(焦点距離6.2mm、開口数0.65、有効開口半
径4.03mmの顕微鏡用対物レンズ)の代わりに、開
口数0.66および有効開口半径4mm相当の屈折率分
布型レンズ70を光透過層82を介して伝熱層膜81に
積層したものを用い、図3に例示するような構成の積層
型薄膜光素子および光制御装置を設置した。光透過層8
2としては市販の紫外線硬化樹脂(大日精化工業製「セ
イカビームVDAL−392」)を用いた。
[Embodiment 2] Instead of the condenser lens 7 (a microscope objective lens having a focal length of 6.2 mm, a numerical aperture of 0.65 and an effective aperture radius of 4.03 mm) in the embodiment 1, a numerical aperture of 0.66 is used. A laminated thin-film optical device having a configuration as illustrated in FIG. 3 and a light control device, using a refractive index distribution type lens 70 equivalent to an effective aperture radius of 4 mm laminated on a heat transfer layer film 81 via a light transmission layer 82. Equipment was installed. Light transmission layer 8
A commercially available ultraviolet-curable resin (“Seika Beam VDAL-392” manufactured by Dainichi Seika Kogyo) was used as 2.

【0174】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等の高速光応答を観察した。
The optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and a high-speed optical response equivalent to that of Example 1 was observed.

【0175】〔実施例3〕実施例1における受光レンズ
9(開口数0.4の顕微鏡用対物レンズ)の代わりに、
開口数0.4相当の屈折率分布型レンズ90を光透過層
89を介して伝熱層膜86に積層したものを用い、図4
に例示するような構成の積層型薄膜光素子および光制御
装置を設置した。光透過層89としては実施例2で用い
たのと同じ紫外線硬化樹脂を用いた。
[Embodiment 3] Instead of the light receiving lens 9 (a microscope objective lens having a numerical aperture of 0.4) in Embodiment 1,
FIG. 4 shows a configuration in which a refractive index distribution type lens 90 having a numerical aperture of 0.4 is laminated on a heat transfer layer film 86 via a light transmission layer 89.
The laminated type thin-film optical element and the light control device having the configurations as exemplified in (1) are installed. As the light transmitting layer 89, the same ultraviolet curable resin as used in Example 2 was used.

【0176】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等の高速光応答を観察した。
The optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and a high-speed optical response equivalent to that of Example 1 was observed.

【0177】〔実施例4〕実施例1における集光レンズ
7(図1の焦点距離6.2mm、開口数0.65、有効
開口半径4.03mmの顕微鏡用対物レンズ)の代わり
に、開口数0.66および有効開口半径4mm相当の屈
折率分布型レンズ70を光透過層82を介して伝熱層膜
81に積層し、更に屈折率分布型レンズ70に光軸を合
わせて、実施例1における受光レンズ9(図1の開口数
0.4の顕微鏡用対物レンズ)の代わりに、開口数0.
4相当の屈折率分布型レンズ90を光透過層89を介し
て伝熱層膜86に積層したものを用い、図5に例示する
ような構成の積層型薄膜光素子および光制御装置を設置
した。光透過層82および89としては実施例2で用い
たのと同じ紫外線硬化樹脂を用いた。
[Embodiment 4] Instead of the condenser lens 7 (the objective lens for a microscope having a focal length of 6.2 mm, a numerical aperture of 0.65, and an effective aperture radius of 4.03 mm in FIG. 1) in Embodiment 1, a numerical aperture is used. Example 1 A refractive index distribution type lens 70 having a diameter of 0.66 and an effective aperture radius of 4 mm was laminated on a heat transfer layer film 81 via a light transmission layer 82, and the optical axis was further aligned with the refractive index distribution type lens 70. In place of the light receiving lens 9 (the objective lens for a microscope having a numerical aperture of 0.4 in FIG. 1), the numerical aperture of 0.2 is used.
A laminated type thin-film optical element and a light control device having a configuration as illustrated in FIG. 5 were installed by using a refractive index distribution type lens 90 equivalent to 4 laminated on a heat transfer layer film 86 via a light transmission layer 89. . As the light transmitting layers 82 and 89, the same ultraviolet curable resin as used in Example 2 was used.

【0178】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等の高速光応答を観察した。
The optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and a high-speed optical response equivalent to that of Example 1 was observed.

【0179】〔実施例5〕実施例1におけるポリカーボ
ネイト樹脂および同樹脂粉末を用いた真空ホットプレス
法に替えて、実施例2で用いたのと同じ紫外線硬化樹脂
を用いて、ガラス(伝熱層膜81、膜厚150μm)/
プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜84、膜厚
0.2μm)/紫外線硬化樹脂層(熱レンズ形成層8
0、膜厚20μm)/プラチナフタロシアニン蒸着膜
(光吸収膜85、膜厚0.2μm)/ガラス(伝熱層膜
86、膜厚150μm)という構成の積層型薄膜光素子
を作成した。
[Example 5] Instead of the vacuum hot pressing method using the polycarbonate resin and the resin powder in Example 1, the same ultraviolet curable resin as used in Example 2 was used to form glass (heat transfer layer). Film 81, film thickness 150 μm) /
Platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film 84, film thickness 0.2 μm) / ultraviolet curable resin layer (thermal lens forming layer 8)
0, a film thickness of 20 μm) / a platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film 85, film thickness 0.2 μm) / glass (a heat transfer layer film 86, film thickness 150 μm).

【0180】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等の高速光応答を観察した。
Thereafter, the optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and a high-speed optical response equivalent to that of Example 1 was observed.

【0181】〔実施例6〕ガラス(伝熱層膜81)/光
吸収膜84/液体(熱レンズ形成層80)/光吸収膜8
5/ガラス(伝熱層膜86、膜厚1mm)という構成の
積層型薄膜光素子を作成するため、図11に示すような
組立式光学セル810を用いた。
[Embodiment 6] Glass (heat transfer layer film 81) / light absorbing film 84 / liquid (thermal lens forming layer 80) / light absorbing film 8
In order to produce a laminated thin-film optical element having a structure of 5 / glass (heat transfer layer film 86, film thickness 1 mm), an assembling optical cell 810 as shown in FIG. 11 was used.

【0182】組立式光学セル810は、液体充填部81
8を設けたスペーサー814を2枚の板状の入射・出射
面ガラス813(伝熱層膜81)および815(伝熱層
膜86)で挟み、これをゴムパッキン812および81
6を介して固定枠811および817で挟み、固定ネジ
穴824および825にネジ(図示せず)を用いて固定
するものである。固定枠817に取り付けた導入管82
2および823は、固定枠817に設けた導入孔82
1、ゴムパッキン816に設けた導入孔820、次いで
入射・出射面ガラス815に設けた導入孔819に通じ
ており、これらの導入経路を通して液体を充填部818
へ導入することができる。充填部818の厚さ、すなわ
ち、信号光および/または制御光が垂直に入射したとき
熱レンズ形成層中を伝播する光路長は、組み立て時のス
ペーサー814の厚さによって決定される。ここで使用
したスペーサー814の材質はポリ四フッ化エチレン、
入射・出射面ガラス813および815の材質は溶融石
英ガラス、ゴムパッキン812および815の材質はエ
チレン・プロピレンゴム、および、固定枠811および
817の材質はステンレスである。
The assembly type optical cell 810 includes the liquid filling section 81
8 is sandwiched between two plate-like entrance / exit surface glasses 813 (heat transfer layer film 81) and 815 (heat transfer layer film 86), and this is packed with rubber packings 812 and 81.
6, and is fixed in fixing screw holes 824 and 825 using screws (not shown). Introducing pipe 82 attached to fixed frame 817
2 and 823 are introduction holes 82 provided in the fixed frame 817.
1, leading to an introduction hole 820 provided in the rubber packing 816, and then to an introduction hole 819 provided in the entrance / exit surface glass 815.
Can be introduced. The thickness of the filling portion 818, that is, the optical path length that propagates through the thermal lens forming layer when the signal light and / or the control light is vertically incident is determined by the thickness of the spacer 814 at the time of assembly. The material of the spacer 814 used here is polytetrafluoroethylene,
The material of the entrance and exit surface glasses 813 and 815 is fused silica glass, the material of the rubber packings 812 and 815 is ethylene propylene rubber, and the material of the fixing frames 811 and 817 is stainless steel.

【0183】実施例1の場合と同様にして、実施例1に
おけるガラス板(24mm×30mm×0.15mm)
の代わりに組立式光学セルの入射・出射面ガラス813
(伝熱層膜81)および815(伝熱層膜86)の片面
にプラチナフタロシアニンを膜厚0.2μmになるよう
真空蒸着した。この蒸着面が向かい合うようにして組立
式光学セル810を組み立てた。スペーサーの厚さ、す
なわち熱レンズ形成層の厚さは25μmとした。次い
で、熱レンズ形成層80を構成する液体としてグリセリ
ン(沸点290℃)を、液体充填部818へ注入した。
こうして、石英ガラス(伝熱層膜81、膜厚1mm)/
プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜84、膜厚
0.2μm)/グリセリン液膜(熱レンズ形成層80)
/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜85、膜厚
0.2μm)/石英ガラス(伝熱層膜86、膜厚1m
m)という構成の積層型薄膜光素子を作成した。なお、
グリセリンは吸湿性があり、水分が混入すると制御光照
射時、100℃まで温度が上昇した時点で水蒸気の気泡
が発生してしまう。これを避けるため、モレキュラーシ
ーブを用いて充分に脱水したグリセリンを、乾燥した窒
素雰囲気下で、組立式光学セル810に注入し、注入口
を密閉して用いた。
In the same manner as in Example 1, the glass plate in Example 1 (24 mm × 30 mm × 0.15 mm)
Incoming / outgoing face glass 813 of the assembled optical cell instead of
Platinum phthalocyanine was vacuum-deposited on one surface of (heat transfer layer film 81) and 815 (heat transfer layer film 86) to a thickness of 0.2 μm. The assembly type optical cell 810 was assembled such that the vapor deposition surfaces faced each other. The thickness of the spacer, that is, the thickness of the thermal lens forming layer was 25 μm. Next, glycerin (boiling point: 290 ° C.) was injected into the liquid filling section 818 as a liquid constituting the thermal lens forming layer 80.
Thus, quartz glass (heat transfer layer film 81, film thickness 1 mm) /
Platinum phthalocyanine deposited film (light absorbing film 84, film thickness 0.2 μm) / glycerin liquid film (thermal lens forming layer 80)
/ Platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light-absorbing film 85, film thickness 0.2 μm) / quartz glass (heat-conducting layer film 86, film thickness 1 m)
m) to form a laminated thin film optical element. In addition,
Glycerin has a hygroscopic property, and when water is mixed, water vapor bubbles are generated when the temperature rises to 100 ° C. during irradiation with control light. In order to avoid this, glycerin sufficiently dehydrated using a molecular sieve was injected into the assembled optical cell 810 under a dry nitrogen atmosphere, and the injection port was used in a sealed state.

【0184】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等の高速光応答を観察した。
The optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and a high-speed optical response equivalent to that of Example 1 was observed.

【0185】〔実施例7〕実施例6の場合と同様にし
て、組立式光学セル810の入射・出射面ガラス813
(伝熱層膜81)および815(伝熱層膜86)の片面
にプラチナフタロシアニンを膜厚0.2μmになるよう
真空蒸着した。この蒸着面に実施例2で使用したのと同
じ紫外線硬化樹脂を50nmの厚さにスピンコート法で
塗工、硬化させて、第1の熱レンズ形成層を作成した。
この紫外線硬化樹脂層は、第1の熱レンズ形成層として
作用すると同時に、プラチナフタロシアニンが溶解する
ことを防止する役割を果たすものである。以下、実施例
6の場合と同様にして組立式光学セルを組み立て、液体
充填部818へ市販の液晶(メルク社製「ZLI−11
32」)を充填した。こうして、石英ガラス(伝熱層膜
81、膜厚1mm)/プラチナフタロシアニン蒸着膜
(光吸収膜84、膜厚0.2μm)/液晶膜(熱レンズ
形成層80)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収
膜85、膜厚0.2μm)/石英ガラス(伝熱層膜8
6、膜厚1mm)という構成の積層型薄膜光素子を作成
した。
[Embodiment 7] In the same manner as in Embodiment 6, the entrance / exit surface glass 813 of the assembly type optical cell 810 is set.
Platinum phthalocyanine was vacuum-deposited on one surface of (heat transfer layer film 81) and 815 (heat transfer layer film 86) to a thickness of 0.2 μm. The same UV curable resin as that used in Example 2 was applied to the vapor-deposited surface to a thickness of 50 nm by spin coating and cured to form a first thermal lens forming layer.
The ultraviolet curable resin layer functions as a first thermal lens forming layer and also serves to prevent the dissolution of platinum phthalocyanine. Hereinafter, an assembling optical cell is assembled in the same manner as in Example 6, and a commercially available liquid crystal ("ZLI-11" manufactured by Merck & Co., Inc.) is supplied to the liquid filling portion 818.
32 "). Thus, quartz glass (heat transfer layer film 81, film thickness 1 mm) / platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorbing film 84, film thickness 0.2 μm) / liquid crystal film (thermal lens forming layer 80) / platinum phthalocyanine vapor-deposited film (light absorption film) Film 85, film thickness 0.2 μm) / quartz glass (heat transfer layer film 8)
6, a film thickness of 1 mm).

【0186】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等の高速光応答を観察した。
The optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and the same high-speed optical response as in Example 1 was observed.

【0187】〔実施例8〕ガラス板(24mm×30m
m×0.15mm)の表面に保温層として、ポリカーボ
ネイト樹脂のジクロロメタン溶液をスピンコート法で、
乾燥後の厚さ0.1μmになるよう塗工し、10-4Pa
以下の高真空容器中、100℃から120℃の温度範囲
で48時間、脱気処理したものを用い、保温層の表面に
プラチナフタロシアニンを膜厚0.2μmになるよう真
空蒸着したものを作成した。これを用いた他は実施例1
の場合と同様にして、ガラス(伝熱層膜81、膜厚15
0μm)/ポリカーボネイト樹脂層(保温層、膜厚0.
1μm)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜8
4、膜厚0.2μm)/ポリカーボネイト樹脂層(熱レ
ンズ形成層80、膜厚20μm)/プラチナフタロシア
ニン蒸着膜(光吸収膜85、膜厚0.2μm)/ポリカ
ーボネイト樹脂層(保温層、膜厚0.1μm)/ガラス
(伝熱層膜86、膜厚150μm)という構成の積層型
薄膜光素子を作成した。
Example 8 A glass plate (24 mm × 30 m)
m × 0.15 mm) as a heat insulating layer by spin coating a dichloromethane solution of polycarbonate resin,
Coating to a thickness of 0.1 μm after drying, 10 -4 Pa
In the following high-vacuum container, a material was used which had been degassed in a temperature range of 100 ° C. to 120 ° C. for 48 hours, and platinum phthalocyanine was vacuum-deposited on the surface of the heat insulating layer so as to have a thickness of 0.2 μm. . Example 1 except that this was used
In the same manner as in the case of
0 μm) / polycarbonate resin layer (heat insulating layer, film thickness of 0.
1 μm) / Platinum phthalocyanine evaporated film (light absorbing film 8)
4, film thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (thermal lens forming layer 80, film thickness 20 μm) / platinum phthalocyanine deposited film (light absorbing film 85, film thickness 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (heat insulation layer, film thickness) A multilayer thin-film optical element having a structure of 0.1 μm) / glass (heat transfer layer film 86, film thickness 150 μm) was prepared.

【0188】以下、実施例1の場合と同様にして本実施
例の積層型薄膜光素子の光応答を測定し、実施例1の場
合と同等以上の高速光応答を観察した。すなわち、制御
光点灯時間100ナノ秒および消灯時間900ナノ秒の
高速「明」パルス、および、制御光点灯時間900ナノ
秒および消灯時間100ナノ秒の高速「暗」パルスま
で、信号光強度変化が追従することが確認された。
The optical response of the laminated thin-film optical element of this example was measured in the same manner as in Example 1, and a high-speed optical response equivalent to or higher than that of Example 1 was observed. That is, the signal light intensity changes up to a high-speed “bright” pulse with a control light ON time of 100 nanoseconds and a light-off time of 900 nanoseconds and a high-speed “dark” pulse with a control light ON time of 900 nanoseconds and a light-off time of 100 nanoseconds. It was confirmed that it would follow.

【0189】[0189]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
積層型薄膜光素子、光制御方法および光制御装置によれ
ば、例えば、可視領域にある低パワーのレーザー光を制
御光として、近赤外線領域にある信号光を精度良く変調
することが、極めて単純な光学装置によって、電子回路
などを一切用いることなく、サブマイクロ秒の応答速度
において実現可能になる。また、制御光と信号光の光軸
調整を簡便に行うことができ、更に、極めてコンパクト
な光制御装置を提供することができる。
As described above in detail, according to the laminated thin film optical element, the light control method and the light control device of the present invention, for example, a low power laser light in a visible region is used as control light. It is possible to accurately modulate signal light in the near-infrared region with a very simple optical device at a submicrosecond response speed without using any electronic circuit or the like. Further, the optical axes of the control light and the signal light can be easily adjusted, and a very compact light control device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の積層型薄膜光素子の構成例を例示し
た断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a laminated thin-film optical element of the present invention.

【図2】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a device configuration used when embodying the present invention;

【図3】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a device configuration used when embodying the present invention;

【図4】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a device configuration used when embodying the present invention;

【図5】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a device configuration used when embodying the present invention;

【図6】 プラチナフタロシアニン蒸着膜表面の走査型
電子顕微鏡写真である。
FIG. 6 is a scanning electron micrograph of the surface of a platinum phthalocyanine vapor-deposited film.

【図7】 実施例1の積層型薄膜光素子および比較例1
の光吸収膜単層/熱レンズ形成層単層・積層型薄膜光素
子の透過率スペクトルである。
FIG. 7 shows a laminated thin-film optical element of Example 1 and Comparative Example 1
3 is a transmittance spectrum of the light absorbing film single layer / thermal lens forming layer single layer / laminated thin film optical element of FIG.

【図8】 集光レンズなどで収束されたガウスビームの
焦点近傍における様子を表した模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state near a focal point of a Gaussian beam converged by a condenser lens or the like.

【図9】 最小収束ビーム径位置を薄膜光素子の集光レ
ンズに近いところに設定したときの制御光および信号光
の光強度時間変化を例示した図である。
FIG. 9 is a diagram exemplifying a change over time in light intensity of control light and signal light when a minimum convergent beam diameter position is set near a condenser lens of a thin film optical element.

【図10】 最小収束ビーム径位置を薄膜光素子の受光
レンズに近いところに設定したときの制御光および信号
光の光強度時間変化を例示した図である。
FIG. 10 is a diagram exemplifying a change over time in light intensity of control light and signal light when a minimum convergent beam diameter position is set near a light receiving lens of a thin film optical element.

【図11】 実施例6で用いられる組立式液体セル81
0の構成部品を例示した模式図である。
FIG. 11 is an assembled liquid cell 81 used in Embodiment 6.
It is the schematic diagram which illustrated the component of No. 0.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御光の光源、2 信号光の光源、3 NDフィル
ター、4 シャッター、5 半透過鏡、6 光混合器、
7 集光レンズ、8 積層型薄膜光素子、9受光レン
ズ、11 光検出器(制御光の光強度検出用)、20
波長選択透過フィルター(制御光遮断用)、22 光検
出器(信号光の光強度検出用)、70および90 屈折
率分布型レンズ、80熱レンズ形成層、81および86
伝熱層膜、82および89 光透過層、83 保温層
膜、84および85 光吸収膜、100 オシロスコー
プ、111 光検出器11からの信号(制御光の光強度
時間変化曲線)、222および223 光検出器22か
らの信号(信号光の光強度時間変化曲線)、121 実
施例1の積層型薄膜光素子の透過率スペクトル曲線、1
22 比較例1の光吸収膜単層/熱レンズ形成層単層・
積層型薄膜光素子の透過率スペクトル曲線、810 組
立式光学セル、811 固定枠、812 ゴムパッキ
ン、813 入射・出射面ガラス、814 スペーサ
ー、815 入射・出射面ガラス(導入孔付)、816
ゴムパッキン(導入孔付)、817 固定枠(導入管
付)、818 液体充填部(熱レンズ形成層)、819
導入孔、820 導入孔、821 導入孔、822
導入管、823 導入管、824固定ネジ穴、825
固定ネジ穴、A 制御光を遮断した状態で信号光の光源
を点灯した場合の光検出器22の出力レベル、B 焦点
Fcが積層型薄膜光素子8の集光レンズ7側に設定され
た場合で、かつ信号光の光源を点灯した状態で制御光を
照射した場合の光検出器22の出力レベル、C 信号光
を消灯した状態の光検出器22の出力レベル、D 焦点
Fcが積層型薄膜光素子8の受光レンズ9側に設定され
た場合で、かつ信号光の光源を点灯した状態で制御光を
照射した場合の光検出器22の出力レベル、d78 集光
レンズ7と積層型薄膜光素子8の距離、d89 積層型薄
膜光素子8と受光レンズ9の距離、Fc 焦点、S1
制御光、S2 信号光、t1 信号光の光源を点灯した
時刻、t2 制御光を遮断していたシャッターを開放し
た時刻、t3 制御光をシャッターで再び遮断した時
刻、t4 制御光を遮断したシャッターを開放した時
刻、t5 制御光をシャッターで再び遮断した時刻、t
6 信号光の光源を消灯した時刻、θ 集光レンズで収
束させた光ビームの外周部が光軸となす角度、ω0 集光
レンズで収束させたガウスビームのビームウエスト(焦
点位置におけるビーム半径)、Zc 共焦点距離。
1 light source for control light, 2 light source for signal light, 3 ND filter, 4 shutter, 5 transflective mirror, 6 optical mixer,
7 condensing lens, 8 laminated thin-film optical element, 9 light receiving lens, 11 photodetector (for detecting light intensity of control light), 20
Wavelength selective transmission filter (for blocking control light), 22 photodetector (for detecting light intensity of signal light), 70 and 90 refractive index distribution type lens, 80 thermal lens forming layer, 81 and 86
Heat transfer layer film, 82 and 89 light transmission layer, 83 heat insulation layer film, 84 and 85 light absorption film, 100 oscilloscope, 111 signal from light detector 11 (light intensity time change curve of control light), 222 and 223 light 121. Signal from light detector 22 (light intensity time change curve of signal light), 121: transmittance spectrum curve of laminated thin film optical element of Example 1, 1
22 Single Layer of Light Absorbing Film of Comparative Example 1 / Single Layer of Thermal Lens Forming Layer
Transmittance spectrum curve of laminated thin film optical element, 810 assembled optical cell, 811 fixed frame, 812 rubber packing, 813 entrance / exit surface glass, 814 spacer, 815 entrance / exit surface glass (with inlet hole), 816
Rubber packing (with introduction hole), 817 Fixed frame (with introduction tube), 818 Liquid filling part (thermal lens forming layer), 819
Introducing hole, 820 Introducing hole, 821 Introducing hole, 822
Introduction pipe, 823 Introduction pipe, 824 fixing screw hole, 825
When the light level of the signal light is turned on and the B focus Fc is set on the condenser lens 7 side of the stacked thin film optical element 8 when the light source of the signal light is turned on while the control light is blocked. And the output level of the photodetector 22 when the control light is irradiated with the light source of the signal light turned on, the output level of the photodetector 22 with the signal light turned off, and the D focus Fc are the laminated thin film. The output level of the photodetector 22 when it is set on the light receiving lens 9 side of the optical element 8 and when the control light is irradiated with the signal light source turned on, the d78 condenser lens 7 and the laminated thin film distance of the optical device 8, the distance of the light receiving lens 9 and d 89 stacked thin film optical element 8, Fc focus, S1
The time when the light sources of the control light, the S2 signal light, and the t1 signal light were turned on, the time when the shutter that blocked the t2 control light was opened, the time when the t3 control light was blocked again by the shutter, and the shutter that blocked the t4 control light were switched off. Time when it was released, t5 Time when the control light was shut off again by the shutter, t5
6 The time when the light source of the signal light is turned off, the angle between the outer circumference of the light beam converged by the θ focusing lens and the optical axis, the beam waist of the Gaussian beam focused by the ω 0 focusing lens (beam radius at the focal position) ), Zc confocal distance.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記2名の代理人 100075258 弁理士 吉田 研二 (外2名) (72)発明者 平賀 隆 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 陳 國榮 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 守谷 哲郎 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 田中 教雄 東京都中央区日本橋馬喰町1丁目7番6号 大日精化工業株式会社内 (72)発明者 柳本 宏光 東京都中央区日本橋馬喰町1丁目7番6号 大日精化工業株式会社内 (72)発明者 上野 一郎 神奈川県横浜市神奈川区守屋町3丁目12番 地 日本ビクター株式会社内 (72)発明者 辻田 公二 神奈川県横浜市神奈川区守屋町3丁目12番 地 日本ビクター株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (74) The above two agents 100075258 Patent Attorney Kenji Yoshida (two outsiders) (72) The inventor Takashi Hiraga 1-4-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref. Within the research institute (72) Kuniei Chen 1-1-4 Umezono, Tsukuba-city, Ibaraki Pref. Inside the Electrotechnical Laboratory (72) Norio Tanaka, Inventor 1-7-6 Nibashi Bakurocho, Chuo-ku, Tokyo Inside Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd. (72) Hiromitsu Yanagimoto 1-7-6 Nihonbashi Bakurocho, Chuo-ku, Tokyo (72) Inventor Ichiro Ueno 3-12-12 Moriyacho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside of Victor Company of Japan (72) Who Koji Tsujita Yokohama-shi, Kanagawa, Kanagawa-ku, Moriya-cho 3-chome 12th place Victor Company of Japan, Ltd. in

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも光吸収層を含む積層型薄膜光
素子中の光吸収層に、互いに波長の異なる制御光および
信号光を各々収束させて照射し、前記制御光の波長は前
記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、少なくとも
前記制御光は前記光吸収層内において焦点を結び、前記
光吸収層が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領
域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の
分布に基づいた熱レンズを用いることによって、前記信
号光の強度変調および/または光束密度変調を行う薄膜
光素子において、 前記光吸収層が3層からなる積層型薄膜であって、 第1層は、前記制御光の波長帯域の光を吸収する光吸収
膜であり、 第2層は、前記制御光および前記信号光の波長帯域にお
いて光透過性である熱レンズ形成層であり、 第3層は、前記制御光の波長帯域の光を吸収する光吸収
膜であることを特徴とする積層型薄膜光素子。
1. A light absorbing layer in a laminated thin-film optical element including at least a light absorbing layer is irradiated with converging control light and signal light having different wavelengths from each other, and the wavelength of the control light is the light absorbing layer. Is selected from the wavelength band in which the control light is focused, at least the control light is focused in the light absorption layer, and the light absorption layer is reversible due to a temperature rise occurring in a region where the control light is absorbed and the surrounding region. A thin-film optical element for performing intensity modulation and / or luminous flux density modulation of the signal light by using a thermal lens based on a distribution of a refractive index generated in the light-absorbing layer, wherein the light-absorbing layer is a three-layer thin film; The first layer is a light absorbing film that absorbs light in the wavelength band of the control light, and the second layer is a thermal lens forming layer that is light transmissive in the wavelength band of the control light and the signal light. The first Layers stacked thin film optical element which is a light-absorbing layer that absorbs light in the wavelength band of the control light.
【請求項2】 請求項1に記載の積層型薄膜光素子にお
いて、 前記熱レンズ形成層を挟む前記2枚の光吸収膜の内、前
記制御光入射側の前記光吸収膜が前記制御光の10ない
し90%を吸収し、更に前記制御光出射側の前記光吸収
膜が前記制御光の残余分を吸収するように前記制御光波
長帯域の透過率が調整されていることを特徴とする積層
型薄膜光素子。
2. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein, of the two light absorbing films sandwiching the thermal lens forming layer, the light absorbing film on the control light incident side receives the control light. A laminate wherein the transmittance of the control light wavelength band is adjusted so that 10 to 90% is absorbed, and the light absorbing film on the control light emission side absorbs the remainder of the control light. Type thin film optical element.
【請求項3】 請求項1に記載の積層型薄膜光素子にお
いて、 前記積層型薄膜からなる光吸収層の厚さが、収束された
前記制御光の共焦点距離の2倍を越えないことを特徴と
する積層型薄膜光素子。
3. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein a thickness of the light-absorbing layer formed of the laminated thin film does not exceed twice a confocal distance of the converged control light. Characteristic laminated thin-film optical element.
【請求項4】 請求項2に記載の積層型薄膜光素子にお
いて、 前記積層型薄膜からなる光吸収層の厚さが、収束された
前記制御光の共焦点距離の2倍を越えないことを特徴と
する積層型薄膜光素子。
4. The laminated thin-film optical element according to claim 2, wherein a thickness of the light-absorbing layer formed of the laminated thin film does not exceed twice a confocal distance of the converged control light. Characteristic laminated thin-film optical element.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の積
層型薄膜光素子において、 前記積層型薄膜からなる光吸収層に、更に、 前記制御光および前記信号光の波長帯域において光透過
性の保温層膜、および/または、 前記制御光および前記信号光の波長帯域において光透過
性の伝熱層膜を、以下の群(a)〜(i)から選択され
る構成で積層したことを特徴とする積層型薄膜光素子。 (a)光吸収層/保温層膜 (b)保温層膜/光吸収層/保温層膜 (c)光吸収層/伝熱層膜 (d)伝熱層膜/光吸収層/伝熱層膜 (e)光吸収層/保温層膜/伝熱層膜 (f)伝熱層膜/光吸収層/保温層膜 (g)伝熱層膜/光吸収層/保温層膜/伝熱層膜 (h)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層/保温層膜 (i)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層/保温層膜/伝熱
層膜
5. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein the light-absorbing layer made of the laminated thin film further has a light transmittance in a wavelength band of the control light and the signal light. And / or a heat transfer layer film that is light-transmissive in the wavelength band of the control light and the signal light, and laminated with a configuration selected from the following groups (a) to (i). Characteristic laminated thin-film optical element. (A) Light absorption layer / heat insulation layer film (b) Heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film (c) Light absorption layer / heat transfer layer film (d) Heat transfer layer film / light absorption layer / heat transfer layer Film (e) Light absorption layer / heat insulation layer / heat transfer layer film (f) Heat transfer layer film / light absorption layer / heat insulation layer film (g) Heat transfer layer film / light absorption layer / heat insulation layer film / heat transfer layer Film (h) Heat transfer layer film / heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film (i) Heat transfer layer film / heat insulation layer film / light absorption layer / heat insulation layer film / heat transfer layer film
【請求項6】 請求項5に記載の積層型薄膜光素子にお
いて、 前記制御光および前記信号光の収束手段としての屈折率
分布型レンズが、 前記信号光入射側の光吸収層、または、保温層膜、また
は、伝熱層膜に、 直接または更に光透過層を介して、積層されて設けられ
ていることを特徴とする積層型薄膜光素子。
6. The laminated thin-film optical element according to claim 5, wherein the refractive index distribution type lens as a converging means for the control light and the signal light comprises: a light absorption layer on the signal light incident side; A laminated thin-film optical element, which is provided by being laminated on a layer film or a heat transfer layer film directly or further via a light transmitting layer.
【請求項7】 請求項5に記載の積層型薄膜光素子にお
いて、 前記光吸収層を透過した後、発散していく信号光光線束
を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範囲
で取り出すことによって強度変調および/または光束密
度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別して取り
出すための手段としての屈折率分布型レンズが、 前記信号光出射側の光吸収層、または、保温層膜、また
は、伝熱層膜に、 直接または更に光透過層を介して、積層されて設けられ
ていることを特徴とする積層型薄膜光素子。
7. The laminated thin-film optical element according to claim 5, wherein a signal light beam diverging after passing through the light absorbing layer has an angle range smaller than a divergence angle of the signal light beam. A gradient index lens as a means for separating and extracting a signal light beam in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation by extracting the light absorption layer on the signal light emission side, or A laminated thin-film optical element which is provided by being laminated on a heat insulating layer film or a heat transfer layer film directly or via a light transmitting layer.
【請求項8】 請求項6に記載の積層型薄膜光素子にお
いて、 前記光吸収層を透過した後、発散していく信号光光線束
を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範囲
で取り出すことによって強度変調および/または光束密
度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別して取り
出すための手段としての屈折率分布型レンズが、 前記信号光出射側の光吸収層、または、保温層膜、また
は、伝熱層膜に、 直接または更に光透過層を介して、 前記光吸収層の前記信号光入射側に設けられた屈折率分
布型レンズに向かい合って、各々のレンズ中心軸を揃え
て、 積層されて設けられていることを特徴とする積層型薄膜
光素子。
8. The laminated thin-film optical element according to claim 6, wherein the signal light beam diverging after passing through the light absorbing layer has an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam. A gradient index lens as a means for separating and extracting a signal light beam in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation by extracting the light absorption layer on the signal light emission side, or A central axis of each lens, facing the refractive index distribution type lens provided on the signal light incident side of the light absorption layer, directly or through a light transmission layer, on the heat insulation layer film or the heat transfer layer film. A stacked thin-film optical element characterized by being provided in a stacked manner.
【請求項9】 請求項1ないし4のいずれかに記載の積
層型薄膜光素子において、 前記光吸収膜が、前記制御光波長帯域の光を吸収する色
素を含有していることを特徴とする積層型薄膜光素子。
9. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein the light-absorbing film contains a dye that absorbs light in the control light wavelength band. Stacked thin film optical element.
【請求項10】 請求項1ないし4のいずれかに記載の
積層型薄膜光素子において、 前記光吸収膜が、前記制御光波長帯域の光を吸収する色
素の非晶質凝集体からなることを特徴とする積層型薄膜
光素子。
10. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein the light-absorbing film is made of an amorphous aggregate of a dye that absorbs light in the control light wavelength band. Characteristic laminated thin-film optical element.
【請求項11】 請求項1ないし4のいずれかに記載の
積層型薄膜光素子において、 前記光吸収膜が、前記制御光波長帯域の光を吸収する色
素の微小結晶凝集体からなり、 かつ、前記色素微小結晶の粒子径が前記信号光の波長と
制御光の波長を比べて短い方の波長の1/5を越えない
大きさであることを特徴とする積層型薄膜光素子。
11. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein the light-absorbing film is made of a fine crystal aggregate of a dye that absorbs light in the control light wavelength band, and A laminated thin-film optical element, wherein the particle diameter of the dye microcrystals does not exceed 1/5 of the shorter wavelength of the signal light and the control light.
【請求項12】 請求項1ないし4のいずれかに記載の
積層型薄膜光素子において、 前記熱レンズ形成層が、非晶質の有機化合物、有機化合
物液体、および液晶からなる群から選ばれる有機化合物
からなることを特徴とする積層型薄膜光素子。
12. The laminated thin-film optical element according to claim 1, wherein the thermal lens forming layer is selected from the group consisting of an amorphous organic compound, an organic compound liquid, and a liquid crystal. A laminated thin-film optical element comprising a compound.
【請求項13】 請求項1ないし4のいずれかに記載の
積層型薄膜光素子を用い、 前記光吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号
光を各々収束させて照射し、前記制御光の波長は前記光
吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、少なくとも前記
制御光は前記光吸収層内において焦点を結び、前記光吸
収層は前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に
起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布
に基づいた熱レンズを用いることによって、前記信号光
の強度変調および/または光束密度変調を行うことを特
徴とする光制御方法。
13. The control light, wherein the control light and the signal light having different wavelengths are respectively converged and applied to the light absorbing layer, using the laminated thin film optical element according to claim 1. Is selected from the wavelength band that the light absorbing layer absorbs, at least the control light is focused within the light absorbing layer, and the light absorbing layer has a temperature that occurs in a region where the control light is absorbed and a peripheral region thereof. A light control method, wherein intensity modulation and / or luminous flux density modulation of the signal light is performed by using a thermal lens based on a refractive index distribution reversibly generated due to the rise.
【請求項14】 請求項6に記載の積層型薄膜光素子を
用い、 前記制御光および前記信号光入射側に設けられた前記屈
折率分布型レンズに、前記制御光および前記信号光を各
々照射し、少なくとも前記制御光が前記光吸収層内にお
いて焦点を結び、前記光吸収層が前記制御光を吸収した
領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆
的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いるこ
とによって、前記信号光の強度変調および/または光束
密度変調を行うことを特徴とする光制御方法。
14. The control light and the signal light are respectively applied to the refractive index distribution type lens provided on the control light and the signal light incident side using the laminated thin film optical element according to claim 6. At least the control light is focused in the light absorbing layer, and is based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorbing layer absorbs the control light and a peripheral region thereof. A light control method for performing intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens.
【請求項15】 請求項7に記載の積層型薄膜光素子を
用い、 前記光吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号
光を各々収束させて照射し、前記制御光の波長は前記光
吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、少なくとも前記
制御光は前記光吸収層内において焦点を結び、前記光吸
収層は前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に
起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布
に基づいた熱レンズを用いることによって、前記信号光
の強度変調および/または光束密度変調を行うことを特
徴とする光制御方法。
15. The laminated thin-film optical element according to claim 7, wherein control light and signal light having different wavelengths are respectively converged and irradiated to the light absorbing layer, and the wavelength of the control light is the light. Selected from the wavelength band absorbed by the absorption layer, at least the control light is focused within the light absorption layer, and the light absorption layer is caused by a temperature rise occurring in the region where the control light is absorbed and the peripheral region thereof. A light control method comprising performing intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens based on a reversible refractive index distribution.
【請求項16】 請求項8に記載の積層型薄膜光素子を
用い、 前記制御光および前記信号光入射側に設けられた前記屈
折率分布型レンズに、前記制御光および前記信号光を各
々照射し、少なくとも前記制御光が前記光吸収層内にお
いて焦点を結び、前記光吸収層が前記制御光を吸収した
領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆
的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いるこ
とによって、前記信号光の強度変調および/または光束
密度変調を行うことを特徴とする光制御方法。
16. The control light and the signal light are respectively applied to the refractive index distribution type lens provided on the control light and the signal light incident side using the laminated thin film optical element according to claim 8. At least the control light is focused in the light absorbing layer, and is based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorbing layer absorbs the control light and a peripheral region thereof. A light control method, wherein intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light is performed by using a thermal lens.
【請求項17】 請求項13に記載の光制御方法におい
て、 前記積層型薄膜光素子を透過した後、発散していく信号
光光線束を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい
角度範囲で取り出すことによって、 強度変調および/または光束密度変調を強く受けた領域
の信号光光線束を分別して取り出すことを特徴とする光
制御方法。
17. The light control method according to claim 13, wherein a signal light beam diverging after passing through the laminated thin-film optical element has an angle range smaller than a divergence angle of the signal light beam. A light control method characterized by separating and extracting a signal light beam in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light density modulation by extracting the light beam.
【請求項18】 請求項14に記載の光制御方法におい
て、 前記積層型薄膜光素子を透過した後、発散していく信号
光光線束を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい
角度範囲で取り出すことによって、 強度変調および/または光束密度変調を強く受けた領域
の信号光光線束を分別して取り出すことを特徴とする光
制御方法。
18. The light control method according to claim 14, wherein the signal light beam diverging after passing through the laminated thin-film optical element has an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam. A light control method characterized by separating and extracting a signal light beam in a region that has been strongly subjected to intensity modulation and / or light density modulation by extracting the light beam.
【請求項19】 請求項15に記載の光制御方法におい
て、 前記光吸収層の前記信号光出射側に積層されて設けられ
た前記屈折率分布型レンズを用いて、前記光吸収層を透
過した後、発散していく信号光光線束を、前記信号光光
線束の発散角度よりも小さい角度範囲で取り出すことに
よって、 強度変調および/または光束密度変調を強く受けた領域
の信号光光線束を分別して取り出すことを特徴とする光
制御方法。
19. The light control method according to claim 15, wherein the light is transmitted through the light absorption layer by using the refractive index distribution type lens provided on the signal light emission side of the light absorption layer. Thereafter, by extracting the diverging signal light beam in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam, the signal light beam in an area which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light density modulation is separated. A light control method characterized by taking out separately.
【請求項20】 請求項16に記載の光制御方法におい
て、 前記光吸収層の前記信号光出射側に積層されて設けられ
た前記屈折率分布型レンズを用いて、前記光吸収層を透
過した後、発散していく信号光光線束を、前記信号光光
線束の発散角度よりも小さい角度範囲で取り出すことに
よって、 強度変調および/または光束密度変調を強く受けた領域
の信号光光線束を分別して取り出すことを特徴とする光
制御方法。
20. The light control method according to claim 16, wherein the light is transmitted through the light absorption layer using the refractive index distribution type lens provided on the signal light emission side of the light absorption layer. Thereafter, by extracting the diverging signal light beam in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam, the signal light beam in an area which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light density modulation is separated. A light control method characterized by taking out separately.
【請求項21】 請求項1ないし4のいずれかに記載の
積層型薄膜光素子を用い、 前記光吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号
光を各々照射し、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸
収する波長帯域から選ばれ、前記光吸収層は前記制御光
を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に
起因し可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ
を用いることによって、前記信号光の強度変調および/
または光束密度変調を行う光制御装置であって、 前記制御光および前記信号光を各々収束させる収束手段
を有し、収束された前記制御光および前記信号光のそれ
ぞれの焦点近傍の光子密度の最も高い領域が互いに重な
るように、前記制御光および前記信号光の光路がそれぞ
れ配置され、 また、前記積層型薄膜光素子の前記光吸収層は、収束さ
れた前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍
の光子密度の最も高い領域が互いに重なり合う位置に配
置されていることを特徴とする光制御装置。
21. The laminated thin film optical element according to claim 1, wherein the light absorbing layer is irradiated with control light and signal light having different wavelengths, respectively, and the wavelength of the control light is The light absorbing layer is selected from a wavelength band absorbed by the light absorbing layer, and the light absorbing layer includes a thermal lens based on a refractive index distribution that reversibly occurs due to a temperature rise occurring in a region absorbing the control light and a peripheral region thereof. By using this, intensity modulation of the signal light and / or
Or a light control device that performs light flux density modulation, further comprising convergence means for converging the control light and the signal light, respectively, wherein the converged control light and the signal light have the highest photon density in the vicinity of their respective focal points. The optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged such that the high regions overlap with each other, and the light absorption layer of the laminated thin-film optical element includes the converged control light and the signal light, respectively. A light control device characterized in that regions having the highest photon density near the focal point are arranged at positions overlapping each other.
【請求項22】 請求項6に記載の積層型薄膜光素子を
用い、 前記制御光および前記信号光入射側に設けられた前記屈
折率分布型レンズに、前記制御光および前記信号光を各
々照射し、少なくとも前記制御光が前記光吸収層内にお
いて焦点を結び、前記光吸収層が前記制御光を吸収した
領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆
的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いるこ
とにより、前記信号光の強度変調および/または光束密
度変調を行う光制御装置であって、 前記制御光および前記信号光を各々収束させる収束手段
として前記制御光および前記信号光入射側に設けられた
前記屈折率分布型レンズを有し、収束された前記制御光
および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子密度の最
も高い領域が互いに重なり合うように、前記制御光およ
び前記信号光の光路がそれぞれ配置され、 また、前記薄膜光素子の前記光吸収層は、収束された前
記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子
密度の最も高い領域が互いに重なり合う位置に配置され
ていることを特徴とする光制御装置。
22. The control light and the signal light are respectively applied to the refractive index distribution type lens provided on the control light and the signal light incident side, using the laminated thin film optical element according to claim 6. At least the control light is focused in the light absorbing layer, and is based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorbing layer absorbs the control light and a peripheral region thereof. A light control device that performs intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens, wherein the control light and the signal light serve as converging means for converging the control light and the signal light, respectively. Having the gradient index lens provided on the incident side, areas where the converged control light and the signal light have the highest photon densities near the respective focal points overlap each other. As described above, the optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged, and the light absorption layer of the thin-film optical element has the highest photon density near the focal point of each of the converged control light and the signal light. A light control device, wherein the regions are arranged at positions overlapping each other.
【請求項23】 請求項21に記載の光制御装置におい
て、 強度変調および/または光束密度変調を強く受けた領域
の信号光光線束を分別して取り出すための手段として、
前記薄膜光素子を透過した後、発散していく信号光光線
束を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範
囲で取り出す手段を設けたことを特徴とする光制御装
置。
23. The light control device according to claim 21, wherein as means for separating and extracting a signal light beam in a region which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation,
A light control device comprising means for extracting a signal light beam diverging after passing through the thin film optical element in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam.
【請求項24】 請求項22に記載の光制御装置におい
て、 強度変調および/または光束密度変調を強く受けた領域
の信号光光線束を分別して取り出すための手段として、
前記薄膜光素子を透過した後、発散していく信号光光線
束を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角度範
囲で取り出す手段を設けたことを特徴とする光制御装
置。
24. The light control device according to claim 22, wherein as means for separating and extracting a signal light beam in a region which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation,
A light control device comprising means for extracting a signal light beam diverging after passing through the thin film optical element in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam.
【請求項25】 請求項7に記載の積層型薄膜光素子を
用い、 前記光吸収層に、互いに波長の異なる制御光および信号
光を各々照射し、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸
収する波長帯域から選ばれ、前記光吸収層は前記制御光
を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に
起因し可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズ
を用いることによって、前記信号光の強度変調および/
または光束密度変調を行う光制御装置であって、 前記制御光および前記信号光を各々収束させる収束手段
を有し、収束された前記制御光および前記信号光のそれ
ぞれの焦点近傍の光子密度の最も高い領域が互いに重な
るように、前記制御光および前記信号光の光路がそれぞ
れ配置され、 また、前記積層型薄膜光素子の前記光吸収層は、収束さ
れた前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍
の光子密度の最も高い領域が互いに重なり合う位置に配
置され、 更に、前記光吸収層を透過した後、発散していく信号光
光線束を、前記信号光光線束の発散角度よりも小さい角
度範囲で取り出すことによって強度変調および/または
光束密度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分別し
て取り出すための手段として、前記光吸収層の前記信号
光出射側に設けられた前記屈折率分布型レンズを有する
ことを特徴とする光制御装置。
25. The laminated thin-film optical element according to claim 7, wherein the light absorbing layer is irradiated with control light and signal light having different wavelengths, respectively, and the wavelength of the control light is controlled by the light absorbing layer. It is selected from a wavelength band that absorbs, the light absorbing layer uses a thermal lens based on a refractive index distribution that reversibly occurs due to a temperature rise that occurs in a region that absorbs the control light and a peripheral region thereof. Signal light intensity modulation and / or
Or a light control device that performs light flux density modulation, further comprising convergence means for converging the control light and the signal light, respectively, wherein the converged control light and the signal light have the highest photon density in the vicinity of their respective focal points. The optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged such that the high regions overlap with each other, and the light absorption layer of the laminated thin-film optical element includes the converged control light and the signal light, respectively. The regions having the highest photon densities near the focal point are arranged at positions overlapping each other, and further, the signal light flux that diverges after passing through the light absorbing layer is formed at an angle smaller than the divergence angle of the signal light flux. As a means for separating and extracting a signal light beam in an area which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light flux density modulation by extracting in the range, the signal of the light absorbing layer is used. Light control device characterized by having a gradient index lens that is provided on the emission side.
【請求項26】 請求項8に記載の積層型薄膜光素子を
用い、 前記制御光および前記信号光入射側に設けられた前記屈
折率分布型レンズに、前記制御光および前記信号光を各
々照射し、少なくとも前記制御光が前記光吸収層内にお
いて焦点を結び、前記光吸収層が前記制御光を吸収した
領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆
的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いるこ
とにより、前記信号光の強度変調および/または光束密
度変調を行う光制御装置であって、 前記制御光および前記信号光を各々収束させる収束手段
として前記制御光および前記信号光入射側に設けられた
前記屈折率分布型レンズを有し、収束された前記制御光
および前記信号光のそれぞれの焦点近傍の光子密度の最
も高い領域が互いに重なり合うように、前記制御光およ
び前記信号光の光路がそれぞれ配置され、 また、前記積層型薄膜光素子の前記光吸収層は、収束さ
れた前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点近傍
の光子密度の最も高い領域が互いに重なり合う位置に配
置され、 更に、前記積層型薄膜光素子を透過した後、発散してい
く信号光光線束を、前記信号光光線束の発散角度よりも
小さい角度範囲で取り出すことによって強度変調および
/または光束密度変調を強く受けた領域の信号光光線束
を分別して取り出すための手段として、前記光吸収層の
前記信号光出射側に設けられた前記屈折率分布型レンズ
を有することを特徴とする光制御装置。
26. The control light and the signal light are respectively applied to the refractive index distribution type lens provided on the control light and the signal light incident side using the laminated thin film optical element according to claim 8. At least the control light is focused in the light absorbing layer, and is based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorbing layer absorbs the control light and a peripheral region thereof. A light control device that performs intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light by using a thermal lens, wherein the control light and the signal light serve as converging means for converging the control light and the signal light, respectively. Having the gradient index lens provided on the incident side, areas where the converged control light and the signal light have the highest photon densities near the respective focal points overlap each other. As described above, the optical paths of the control light and the signal light are respectively arranged, and the light absorption layer of the stacked thin film optical element has a photon density near the focal point of each of the converged control light and the signal light. The highest areas are arranged at positions overlapping each other, and further, a signal light beam diverging after passing through the laminated thin film optical element is extracted in an angle range smaller than the divergence angle of the signal light beam. Means for separating and extracting a signal light beam in a region which has been strongly subjected to intensity modulation and / or light beam density modulation by the refractive index distribution type lens provided on the signal light emission side of the light absorbing layer. A light control device characterized by the above-mentioned.
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