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JP2005321483A - Optical device with built-in saturable absorber - Google Patents

Optical device with built-in saturable absorber Download PDF

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JP2005321483A
JP2005321483A JP2004137829A JP2004137829A JP2005321483A JP 2005321483 A JP2005321483 A JP 2005321483A JP 2004137829 A JP2004137829 A JP 2004137829A JP 2004137829 A JP2004137829 A JP 2004137829A JP 2005321483 A JP2005321483 A JP 2005321483A
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Japan
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optical
carbon nanotube
slit
optical fiber
optical device
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Pending
Application number
JP2004137829A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Sakakibara
陽一 榊原
Takashi Tokisaki
高志 時崎
Madoka Tokumoto
圓 徳本
Hiromichi Kataura
弘道 片浦
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Publication date
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device using saturable absorption characteristics without an optical loss forming a saturable absorption region having uniform optical quality between minute slits on an optical path of optical fibers. <P>SOLUTION: In the optical device having the saturable absorption region on the optical path of the optical fiber, the saturable absorption region is formed by filling and drying carbon nano-tube dispersion polymer solution in the slit formed between both end faces of the two optical fibers held on the same axis. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、近赤外波長領域の光をカーボンナノチューブ分散ポリマーの有する可飽和吸収機能を利用して制御するための可飽和吸収体内蔵光学装置に関する。   The present invention relates to a saturable absorber built-in optical device for controlling light in the near-infrared wavelength region by utilizing a saturable absorption function of a carbon nanotube-dispersed polymer.

非常に短い時間だけ瞬間的にパルス光を発振する超短時間パルスレーザーは、超高速物理現象や化学現象の観測、光エレクトロニクスや加工技術、医療分野等への幅広い応用が期待される。超短時間パルス光を生成する方法としては、モード同期法が広く普及しており、モード同期を実現するために可飽和吸収材料を利用する方法が簡便な方法として多用されている。近赤外波長領域の可飽和吸収材料としては、1995年から実用された化合物半導体多重量子井戸系があるが、製造コストが高く、光耐損傷性の脆弱さという問題があった。   Ultra-short-time pulse lasers that oscillate pulse light instantaneously for a very short time are expected to have a wide range of applications in the observation of ultra-high-speed physical and chemical phenomena, optoelectronics, processing technology, and medical fields. As a method for generating ultra-short-time pulsed light, a mode-locking method is widely used, and a method using a saturable absorbing material is frequently used as a simple method for realizing mode-locking. As a saturable absorbing material in the near-infrared wavelength region, there is a compound semiconductor multiple quantum well system which has been put into practical use since 1995, but there is a problem that the manufacturing cost is high and the optical damage resistance is weak.

そこで、低製造コストで、光損傷性に優れた可飽和吸収材料の開発が望まれていた。近年発見されたカーボンナノチューブは、直径がカーボンファイバーよりも細い1ミクロン以下の6角網目状のシート状の構造がチューブの軸に平行になって管を形成したものでああるが、半導体的性質を示すSWNTが近赤外波長領域で可飽和吸収機能をもつことが知られており、近赤外波長領域で動作する光学素子へのSWNTの応用について提案されている。   Therefore, it has been desired to develop a saturable absorbing material having a low manufacturing cost and an excellent optical damage property. Recently discovered carbon nanotubes are hexagonal mesh-like sheet-like structures with a diameter of 1 micron or smaller than carbon fibers, forming a tube parallel to the axis of the tube. Is known to have a saturable absorption function in the near-infrared wavelength region, and the application of SWNTs to optical elements operating in the near-infrared wavelength region has been proposed.

例えば、カーボンナノチューブの可飽和吸収機能を利用すれば、現在普及しているモード同期短時間パルスレーザー光源を安価でコンパクトに提供することができる。このようなカーボンナノチューブの可飽和特性を利用した装置として、SWNTをガラスに塗布した薄膜を利用することが提案されている(下記特許文献1参照)。   For example, if the saturable absorption function of carbon nanotubes is used, a mode-locked short-time pulse laser light source that is currently popular can be provided inexpensively and compactly. As an apparatus that utilizes the saturable characteristics of such carbon nanotubes, it has been proposed to use a thin film in which SWNT is coated on glass (see Patent Document 1 below).

また、超短時間パルスレーザーだけでなく、カーボンナノチューブの可飽和吸収体が有する、光パワーが大きくなると透過率が増加する特性を利用すれば、信号光に対して相対的に雑音光を減じることが可能であり、信号光の雑音低減装置としての応用も提案されている(下記特許文献2参照)。
特開2003−121892号公報 特開2003−248251号公報
In addition to ultra-short-time pulse lasers, using the characteristics of carbon nanotube saturable absorbers that increase the transmittance as the optical power increases will reduce noise light relative to the signal light. Application as a noise reduction device for signal light has also been proposed (see Patent Document 2 below).
JP 2003-121892 A JP 2003-248251 A

しかしながら、上記で提案されているカーボンナノチューブの可飽和吸収特性を利用した装置は、いずれもSWNTをガラスなどの基板上に塗布するものであった。このようなガラス基板上に形成したSWNT薄膜では、光ファイバを用いた装置に組み込む際、図1に示されるように、いったん通路から出て拡がった光をレンズにより集光しなければならず、装置全体としては大がかりになり、光軸調整に手間がかかりコスト高になるなどの問題があった。また、ガラス基板上へのSWNT溶液のスプレーによる塗布では、SWNTをガラス基板上に均一に塗布することが困難であり、場所によって光学的品質にばらつきが生じ再現性のあるデバイスを作製することができなかった。   However, all of the devices using the saturable absorption characteristics of carbon nanotubes proposed above apply SWNTs on a substrate such as glass. When the SWNT thin film formed on such a glass substrate is incorporated into a device using an optical fiber, as shown in FIG. 1, the light that has once spread out of the passage must be collected by a lens, The entire apparatus becomes a large scale, and there is a problem that it takes time to adjust the optical axis and the cost is high. In addition, it is difficult to apply SWNT uniformly on a glass substrate by spraying a SWNT solution onto a glass substrate, and it is difficult to produce a reproducible device with variations in optical quality depending on the location. could not.

これに対して、光ファイバの光の通路において、非常に微小な領域、例えば1〜50μm程度の隙間に可飽和吸収体を収容し、光の通路の一部として連続的に形成することができれば、レンズによる集光が必要なく、かつ、光損失の少ない装置を提供できることになる。   On the other hand, if the saturable absorber is accommodated in a very small region, for example, a gap of about 1 to 50 μm in the optical path of the optical fiber, and can be continuously formed as a part of the optical path. Therefore, it is possible to provide a device that does not require light collection by a lens and that has little optical loss.

したがって、本発明の目的は、光ファイバの光の通路上に設けた微細なスリットの間に均一な光学的品質を有する可飽和吸収領域を形成した光損失の少ない、可飽和吸収特性を利用する光学装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to utilize a saturable absorption characteristic with a small optical loss in which a saturable absorption region having a uniform optical quality is formed between fine slits provided on a light path of an optical fiber. It is to provide an optical device.

上記課題を解決するために、本発明は、光ファイバの光の通路に上に設けたスリットにカーボンナノチューブが分散したポリマー溶液を充填、乾燥することにより、該スリットにカーボンナノチューブ分散ポリマー領域を形成するものである。カーボンナノチューブを水溶性ポリマーに均一に分散するためには、水並びに界面活性剤からなるカーボンナノチューブ分散水溶液を用いることが有効であることが知られている。このナノチューブ分散水溶液を水溶性ポリマー溶液と混合することで、カーボンナノチューブが均一に分散したポリマー溶液を得ることができる。また、本発明の発明者は、アミド系極性溶媒に可溶なポリマーにカーボンナノチューブを均一に分散するためには、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)からなるカーボンナノチューブ分散溶媒を用いることが有効であることを見出した。このカーボンナノチューブ分散溶媒をポリマー溶媒と混合することで、カーボンナノチューブが均一に分散したポリマー溶液を得ることができ、しかも、得られたカーボンナノチューブ分散ポリマーは可飽和吸収機能を有することを確認した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention forms a carbon nanotube-dispersed polymer region in a slit by filling a polymer solution in which carbon nanotubes are dispersed in a slit provided on the optical path of an optical fiber and drying the polymer solution. To do. In order to uniformly disperse the carbon nanotubes in the water-soluble polymer, it is known that it is effective to use an aqueous carbon nanotube dispersion containing water and a surfactant. By mixing this nanotube-dispersed aqueous solution with a water-soluble polymer solution, a polymer solution in which carbon nanotubes are uniformly dispersed can be obtained. In addition, in order to uniformly disperse carbon nanotubes in a polymer soluble in an amide polar solvent, the inventor of the present invention can use an amide polar organic solvent and a nonionic surfactant and / or polyvinylpyrrolidone (PVP). It has been found that it is effective to use a carbon nanotube dispersion solvent comprising By mixing this carbon nanotube dispersion solvent with a polymer solvent, it was confirmed that a polymer solution in which the carbon nanotubes were uniformly dispersed could be obtained, and that the obtained carbon nanotube dispersion polymer had a saturable absorption function.

本発明では、保持部材又は毛細管で保持された光ファイバに形成したスリットにカーボンナノチューブ分散ポリマー溶液を充填、乾燥することにより、光ファイバの途中にカーボンナノチューブが均一に分散された微小な可飽和吸収領域を極めて簡易に製造することができる。   In the present invention, a minute saturable absorption in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in the middle of an optical fiber by filling a carbon nanotube-dispersed polymer solution into a slit formed in an optical fiber held by a holding member or a capillary tube and drying the slit. The area can be manufactured very simply.

本発明の具体的構成は以下のとおりである。
(1)光ファイバの光通路に可飽和吸収領域を有する光学装置において、前記可飽和吸収領域が、同軸上に保持された2つの光ファイバの両端面間で形成されるスリットにカーボンナノチューブ分散ポリマー溶液を充填、乾燥することにより形成されていることを特徴とする光学装置。
(2)前記スリットが、保持部材上に保持された光ファイバを切断することによって形成されたものである上記(1)に記載の光学装置。
(3)保持部材が基板上に光ファイバのフェルール又は被覆部を保持するための溝及び/又はスリット形成のための溝が形成されたものである上記(1)又は(2)に記載の装置。
(4)前記スリットが、毛細管に2本の光ファイバを挿入し、その両端面間で形成されたものである上記(1)に記載の装置。
(5)前記スリットが1〜50μmである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光学装置。
(6)前記カーボンナノチューブ分散ポリマー溶液が、カーボンナノチューブ、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)からなる溶媒をポリマー混合溶媒に混合した溶液である上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の光学装置。
(7)前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブ(SWNT)である上記(6)に記載の光学装置。
(8)前記ポリマー混合溶媒がポリイミド混合溶媒である請求項7に記載の光学装置。
(9)前記接続領域が、前記光ファイバの近接した部分に複数形成された上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の光学装置。
(10)保持部材上又は保持部材中に保持された光ファイバを切断することによりスリットを形成し、前記スリットに、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)並びにポリマーからなるカーボンナノチューブ分散溶液を充填、乾燥することにより、光ファイバの光通路の途中にカーボンナノチューブ分散ポリマー領域を有する光学装置を製造する方法。
(11)2本の光ファイバを毛細管に挿入し、その両端面間でスリットを形成し、該スリットに、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)並びにポリマーからなるカーボンナノチューブ分散溶液を充填、乾燥することにより、光ファイバの光通路の途中にカーボンナノチューブ分散ポリマー領域を有する光学装置を製造する方法。
The specific configuration of the present invention is as follows.
(1) In an optical device having a saturable absorption region in an optical path of an optical fiber, the saturable absorption region is formed of a carbon nanotube-dispersed polymer in a slit formed between both end faces of two optical fibers held coaxially. An optical device formed by filling and drying a solution.
(2) The optical device according to (1), wherein the slit is formed by cutting an optical fiber held on a holding member.
(3) The apparatus according to (1) or (2) above, wherein the holding member is formed with a groove for holding the ferrule or coating portion of the optical fiber and / or a groove for forming the slit on the substrate. .
(4) The apparatus according to (1) above, wherein the slit is formed between two end faces by inserting two optical fibers into a capillary tube.
(5) The optical device according to any one of (1) to (4), wherein the slit is 1 to 50 μm.
(6) The carbon nanotube-dispersed polymer solution is a solution obtained by mixing a carbon nanotube, an amide-based polar organic solvent, a nonionic surfactant and / or a polyvinyl pyrrolidone (PVP) solvent in a polymer mixed solvent (1 The optical device according to any one of (5) to (5).
(7) The optical device according to (6), wherein the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube (SWNT).
(8) The optical device according to (7), wherein the polymer mixed solvent is a polyimide mixed solvent.
(9) The optical device according to any one of (1) to (7), wherein a plurality of the connection regions are formed in a portion adjacent to the optical fiber.
(10) A slit is formed by cutting the optical fiber held on or in the holding member, and the single-walled carbon nanotube (SWNT), the amide polar organic solvent, and the nonionic surfactant are formed in the slit. A method of manufacturing an optical device having a carbon nanotube-dispersed polymer region in the middle of an optical path of an optical fiber by filling and drying a carbon nanotube-dispersed solution composed of polyvinylpyrrolidone (PVP) and a polymer.
(11) Two optical fibers are inserted into a capillary tube, and a slit is formed between both end faces thereof. A single-walled carbon nanotube (SWNT), an amide polar organic solvent, a nonionic surfactant, and / or Alternatively, a method for producing an optical device having a carbon nanotube-dispersed polymer region in the middle of an optical path of an optical fiber by filling and drying a carbon nanotube-dispersed solution comprising polyvinylpyrrolidone (PVP) and a polymer.

本発明の1つの態様においては、図2で示されるように、支持基板により光ファイバを固定し、固定した支持基板の中央部にブレード等によりスリットを形成する。次に、カーボンナノチューブ分散ポリマー溶液を前記スリット間に充填し、乾燥することにより、極めて簡略に光損失の低い可飽和吸収特性を有する光学装置を得ることができる。   In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, an optical fiber is fixed by a support substrate, and a slit is formed by a blade or the like at the center of the fixed support substrate. Next, by filling the carbon nanotube-dispersed polymer solution between the slits and drying, an optical device having saturable absorption characteristics with low light loss can be obtained very simply.

光ファイバは、光を透過させるために用いられる溶融石英やその他の透明物質の長く細い線で、光信号を送信し受信するものである。光ファイバは、被覆を取り除いたガラス素線または光ファイバの被覆されたものを保持部材で支持できる。   An optical fiber transmits and receives optical signals through long and thin lines of fused silica or other transparent material used to transmit light. The optical fiber can support the glass strand from which the coating is removed or the coated optical fiber with a holding member.

光ファイバを保持部材上に固定するためには、保持部材にV字型、コの字型などの溝を切っておき、この溝に光ファイバを埋め込んで固定することができる。また、保持部材の中央には、後にスリットを形成しやすいように、前記溝と直交する溝を切り込んでおくことができる。   In order to fix the optical fiber on the holding member, a V-shaped or U-shaped groove can be cut in the holding member, and the optical fiber can be embedded and fixed in this groove. Further, a groove perpendicular to the groove can be cut in the center of the holding member so that a slit can be easily formed later.

光ファイバを固定する保持部材としては、中心部に光ファイバの外径と整合した穴が貫通しているフェルールを用いることもできる。この貫通穴中に光ファイバを通して固定し、フェルール側面よりブレードで溝を切ってスリットとすることができる。保持フェルールの側面は、後にスリットを形成しやすいように、平面研削しておくことができる。   As the holding member for fixing the optical fiber, a ferrule in which a hole aligned with the outer diameter of the optical fiber passes through the center can also be used. The optical fiber can be fixed through the through hole, and a groove can be cut from the side surface of the ferrule with a blade to form a slit. The side surface of the holding ferrule can be ground so that a slit can be easily formed later.

保持部材としては、ガラスと膨張率が等しいか近い材料である、ガラス、ジルコニアなどが好ましいが、アルミナ、ガーネットなどのセラミックスの他、エポキシ樹脂、液晶ポリマーなどの樹脂製の保持部材であってもよい。樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂のいずれも利用可能である。   As the holding member, glass, zirconia, or the like, which is a material having an expansion coefficient equal to or close to that of glass, is preferable. In addition to ceramics such as alumina and garnet, a holding member made of resin such as epoxy resin or liquid crystal polymer may be used. Good. As the resin, either a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used.

保持部材に光ファイバを固定するためには、接着剤を使用することができる。接着剤としては、エポキシ系接着剤、紫外線硬化型接着剤などを使用することができる。   An adhesive can be used to fix the optical fiber to the holding member. As the adhesive, an epoxy adhesive, an ultraviolet curable adhesive, or the like can be used.

本発明の別の態様によれば、2本の光ファイバを毛細管に挿入し、その両端面間でスリットを形成し、該スリットに、カーボンナノチューブ分散ポリマー溶液を充填、乾燥することにより、光ファイバの光通路の途中にカーボンナノチューブ分散ポリマー領域を形成する。   According to another aspect of the present invention, an optical fiber is formed by inserting two optical fibers into a capillary tube, forming a slit between both end faces, filling the slit with a carbon nanotube-dispersed polymer solution, and drying. A carbon nanotube-dispersed polymer region is formed in the middle of the light path.

このような毛細管としては、例えば、市販されているガラス製の光ファイバ接続用光ファイバ接続用毛細管(スプライサー)を使用することが可能である。
光ファイバを保持部材又は毛細管に保持して、光ファイバの途中に可飽和吸収性を有す微小領域を形成するためには、微小な隙間を埋め込むことが可能な可飽和吸収特性を有する材料が必要となる。本発明の発明者は、このような条件を満たす材料としてカーボンナノチューブが均一に分散したポリマー溶液が極めて有益であることを発見した。
As such a capillary tube, for example, a commercially available glass-made optical fiber connection capillary tube (splicer) can be used.
In order to form a microscopic region having saturable absorption in the middle of an optical fiber by holding the optical fiber on a holding member or a capillary tube, a material having a saturable absorption characteristic capable of embedding a minute gap is used. Necessary. The inventor of the present invention has found that a polymer solution in which carbon nanotubes are uniformly dispersed is extremely useful as a material satisfying such conditions.

一般に、カーボンナノチューブをポリマー等の材料に分散させようとすると、相互の凝集力(ファンデルワールスの力)によって、カーボンナノチューブが束状及び縄状になってしまい均一に分散させることは極めて困難である。特に、カーボンナノチューブの原子レベルでの滑らかな表面が基材に対する親和性を低下する要因となっている。カーボンナノチューブのこのような特性のために、ポリマーに対してカーボンナノチューブを混合・分散することは困難であった。特に、カーボンナノチューブが均一分散した光学的品質にすぐれたポリマー材料を形成することは極めて困難であった。   In general, when carbon nanotubes are dispersed in a material such as a polymer, it is extremely difficult to uniformly disperse the carbon nanotubes into bundles and ropes due to mutual cohesive force (van der Waals force). is there. In particular, the smooth surface at the atomic level of carbon nanotubes is a factor that reduces the affinity for the substrate. Due to such characteristics of the carbon nanotubes, it has been difficult to mix and disperse the carbon nanotubes in the polymer. In particular, it has been extremely difficult to form a polymer material with excellent optical quality in which carbon nanotubes are uniformly dispersed.

ポリマーにSWNTを均一に分散させるためには、例えば、SWNTを、NMP(N−メチルピロリドン)溶媒並びに非イオン系界面活性剤混合溶媒及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)混合溶媒に入れて混合したSWNT分散溶媒を用いるのが有効であることを見出した。次に、この溶媒を超音波で処理し、次いで、超遠心分離機又はガラス繊維ろ紙でろ過して、微細なSWNTのみが分散した溶媒とする。これをポリマー溶媒と混合することにより、カーボンナノチューブが均一に分散したポリマー溶液を得ることができる。また、ろ過は、SWNT分散液の段階で行ってもよいし、分散液をポリマー混合有機溶媒と混合した後に行うこともできる。   In order to uniformly disperse SWNTs in a polymer, for example, SWNTs are mixed in NMP (N-methylpyrrolidone) solvent and nonionic surfactant mixed solvent and / or polyvinylpyrrolidone (PVP) mixed solvent. It has been found that it is effective to use a dispersion solvent. Next, this solvent is treated with ultrasonic waves, and then filtered with an ultracentrifuge or glass fiber filter paper to obtain a solvent in which only fine SWNTs are dispersed. By mixing this with a polymer solvent, a polymer solution in which carbon nanotubes are uniformly dispersed can be obtained. Filtration may be performed at the stage of the SWNT dispersion, or after mixing the dispersion with a polymer mixed organic solvent.

本発明で用いられるポリマーとしては、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどがあげられるが、溶剤に可溶であることが必要とされる。特に好ましくは、溶剤に可溶なポリイミドが用いられる。溶剤に可溶なポリイミドとしては、ブロック共重合ポリイミドが知られている。   Examples of the polymer used in the present invention include polyimide and polyvinyl alcohol, but it is required that the polymer is soluble in a solvent. Particularly preferably, a solvent-soluble polyimide is used. As a polyimide soluble in a solvent, a block copolymerized polyimide is known.

カーボンナノチューブは、高い可飽和吸収機能を有することが知られている。本発明においては、好ましくは、SWNTが用いられる。SWNTの製造方法としては、特に制限されるものではなく、触媒を用いる熱分解法(気相成長法と類似の方法)、アーク放電法、およびレーザー蒸発法、HiPco法(High−Presuure carbon monoxide process)等、従来公知のいずれの製造方法を採用しても構わない。   Carbon nanotubes are known to have a high saturable absorption function. In the present invention, SWNT is preferably used. The production method of SWNT is not particularly limited, and a thermal decomposition method using a catalyst (a method similar to a vapor phase growth method), an arc discharge method, a laser evaporation method, a HiPco method (High-Presence carbon monoxide process). ) Etc., any known manufacturing method may be employed.

本発明で用いられるアミド系極性有機溶媒としては、具体的には、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド(DMAC)、N−メチルピロリドン(NMP)などのいずれも用いることができるが、特に好ましくは、N−メチルピロリドン(NMP)及び/又はジメチルアセトアミド(DMAC)を用いることができる。これらは、多くの天然および合成高分子樹脂を溶かすことができる。   As the amide polar organic solvent used in the present invention, specifically, any of dimethylformamide (DMF), diethylformamide, dimethylacetamide (DMAC), N-methylpyrrolidone (NMP) and the like can be used. Particularly preferably, N-methylpyrrolidone (NMP) and / or dimethylacetamide (DMAC) can be used. They can dissolve many natural and synthetic polymer resins.

本発明で用いられる非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレン系、多価アルコールと脂肪酸エステル系、この両者を併せ持つ系のいずれであってもよいが、特に好ましくは、ポリオキシエチレン系のものが用いられる。ポリオキシエチレン系界面活性剤の例としては、脂肪酸のポリオキシエチレン・エーテル、高級アルコールのポリオキシエチレン・エーテル、アルキル・フェノール・ポリオキシエチレン・エーテル、ソルビタン・エステルのポリオキシニチレン・エーテル、ヒマシ油のポリオキシエチレン・エーテル、ポリオキシ・プロピレンのポリオキシエチレン・エーテル、脂肪酸のアルキロールアマイドなどがある。多価アルコールと脂肪酸エステル系界面活性剤の例としては、モノグリセライト型界面活性剤、ソルビトール型界面活性剤、ソルタビン型界面活性剤、シュガーエステル型界面活性剤などがある。   The nonionic surfactant used in the present invention may be any of polyoxyethylene-based, polyhydric alcohol and fatty acid ester-based, or a system having both of these, particularly preferably a polyoxyethylene-based surfactant. Things are used. Examples of polyoxyethylene surfactants include fatty acid polyoxyethylene ethers, higher alcohol polyoxyethylene ethers, alkyl phenols polyoxyethylene ethers, sorbitan ester polyoxyethylene ethers, castors Examples include oil polyoxyethylene ether, polyoxypropylene polyoxyethylene ether, and fatty acid alkylol amide. Examples of polyhydric alcohol and fatty acid ester surfactants include monoglycerite surfactants, sorbitol surfactants, saltabine surfactants, and sugar ester surfactants.

これら非イオン性界面活性剤の添加量は、SWNTの配合量、配合するアミド系極性有機溶媒の種類によって適宜定めることができるが、一般には、0.005〜10%であれば、SWNTの十分な分散効果を得ることができる。0.005%以下であると、SWNTに対する界面活性剤の量が不足するために、一部のナノチューブは凝集して沈殿物が生じてしまう。また、10%以上であると、界面活性剤分子の溶媒中での分子回転が困難になるために、疎水性のナノチューブ表面に十分な量の界面活性剤の疎水部が吸着することが出来なくなり、微細なナノチューブの分散には不都合である。また、SWNTの配合量を0.005〜0.05%にした場合、非イオン性界面活性剤の配合量は、0.01〜5%がよい。   The amount of these nonionic surfactants to be added can be appropriately determined depending on the amount of SWNT blended and the type of amide polar organic solvent to be blended, but generally 0.005 to 10% is sufficient for SWNT. A good dispersion effect. If it is 0.005% or less, the amount of the surfactant with respect to SWNT is insufficient, so that some of the nanotubes aggregate and precipitate. If it is 10% or more, the rotation of the surfactant molecules in the solvent becomes difficult, so that a sufficient amount of the hydrophobic portion of the surfactant cannot be adsorbed on the surface of the hydrophobic nanotube. It is inconvenient for dispersion of fine nanotubes. When the SWNT content is 0.005 to 0.05%, the nonionic surfactant content is preferably 0.01 to 5%.

また、SWNTの配合量は、使用目的によっても異なるが、分散性が得られる限り特に限定されるものではない。SWNTを用いて、NMP及びポリオキシエチレン系の界面活性剤の混合溶液に分散した場合、最大0.05%まで分散することができる。   The amount of SWNT blended varies depending on the purpose of use, but is not particularly limited as long as dispersibility is obtained. When SWNT is used and dispersed in a mixed solution of NMP and polyoxyethylene surfactant, it can be dispersed to a maximum of 0.05%.

本発明で使用される超音波は、20kHz,150W及び28kHz,140Wを用い、約1時間処理することによって良好な分散効果を得ることができたが、本発明の超音波の条件はこれに限定されるものではない。配合されるカーボンナノチューブの量、アミド系極性有機の種類等によって、適宜、定めることが可能である。   The ultrasonic waves used in the present invention were 20 kHz, 150 W and 28 kHz, 140 W, and a good dispersion effect could be obtained by processing for about 1 hour, but the ultrasonic conditions of the present invention are limited to this. Is not to be done. It can be determined appropriately depending on the amount of carbon nanotubes to be blended, the type of amide polar organic, and the like.

本発明で使用されるフィルターは、ガラス繊維フィルター、メンブランフィルターなどが用いられる。その際、保留粒子径は、目的に応じて適宜定めることができる。保留粒子径とは、JIS 3801で規定された硫酸バリウムなどを自然ろ過したときの漏洩粒子径により求めたものであるが、実質的には、フィルターの平均孔径に相当する。例えば、光散乱の低減を利用した光学機器に応用する場合、フィルターの保留粒子径は小さいほどよいが、一般には保留粒子径0.1〜2.0μm、好ましくは0.1〜1.0μmのものを用いることができる。   As the filter used in the present invention, a glass fiber filter, a membrane filter or the like is used. At that time, the retained particle diameter can be appropriately determined according to the purpose. The retained particle diameter is obtained from the diameter of the leaked particles when barium sulfate or the like specified in JIS 3801 is naturally filtered, and substantially corresponds to the average pore diameter of the filter. For example, when applied to an optical instrument using light scattering reduction, the smaller the retained particle diameter of the filter, the better, but generally the retained particle diameter is 0.1 to 2.0 μm, preferably 0.1 to 1.0 μm. Things can be used.

本発明で用いられるカーボンナノチューブ分散溶媒には、ポリビニルピロリドン(PVP)を混合してもよい。ポリビニルピロリドンは、カーボンナノチューブの表面に吸着し、カーボンナノチューブを包むいわゆるラッピング効果を有することが知られている。したがって、本発明におけるカーボンナノチューブ分散液に混合することにより、カーボンナノチューブの凝集及び再凝集が防止される効果を有するものと考えられる。   Polyvinylpyrrolidone (PVP) may be mixed in the carbon nanotube dispersion solvent used in the present invention. Polyvinyl pyrrolidone is known to have a so-called wrapping effect that is adsorbed on the surface of the carbon nanotube and encapsulates the carbon nanotube. Therefore, it is considered that mixing with the carbon nanotube dispersion in the present invention has an effect of preventing aggregation and reaggregation of carbon nanotubes.

カーボンナノチューブ分散溶媒中のポリビニルピロリドンの配合量は、カーボンナノチューブの配合量によって適宜定めることができるが、好ましくは0.1%〜10%とするとよい。   The blending amount of polyvinyl pyrrolidone in the carbon nanotube dispersion solvent can be appropriately determined depending on the blending amount of the carbon nanotubes, but is preferably 0.1% to 10%.

本発明は、光ファイバの光の通路中を伝搬する光パルスの波形整形、雑音低減、モード同期など可飽和吸収機能を利用する光学装置において、光ファイバの光通路の途中の微小領域に可飽和吸収領域を極めて簡易に形成することができる。したがって、可飽和吸収機能を利用した装置として、コンパクトで、光損失の少ない安価な装置を、短時間で製造することができる。   The present invention is an optical device that uses a saturable absorption function such as waveform shaping, noise reduction, and mode locking of an optical pulse propagating in the optical path of an optical fiber, and is saturable in a minute region in the optical path of the optical fiber. The absorption region can be formed very easily. Therefore, as a device using the saturable absorption function, an inexpensive device that is compact and has little optical loss can be manufactured in a short time.

以下に、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(カーボンナノチューブ分散ポリイミド溶液の作製)
SWNT(3mg)を、NMP(N−メチルピロリドン)溶媒(30g)と非イオン性界面活性剤Triton X−100(30mg)の混合溶媒に入れて混合し、超音波(20kHz)で1時間処理した。次に、この分散溶液をガラス繊維濾紙(GC−50、保留粒子径0.5μm)で濾過し、カーボンナノチューブ分散溶媒を得た。
上記で得られたカーボンナノチューブ分散液と、溶剤可溶ポリイミドの有機溶媒混合溶液(30g)を混合攪拌したところ、黒色に着色した均一な溶液を得た。
(Preparation of carbon nanotube-dispersed polyimide solution)
SWNT (3 mg) was mixed in a mixed solvent of NMP (N-methylpyrrolidone) solvent (30 g) and nonionic surfactant Triton X-100 (30 mg) and treated with ultrasonic waves (20 kHz) for 1 hour. . Next, this dispersion solution was filtered with a glass fiber filter paper (GC-50, retained particle diameter 0.5 μm) to obtain a carbon nanotube dispersion solvent.
When the carbon nanotube dispersion obtained above and an organic solvent mixed solution (30 g) of solvent-soluble polyimide were mixed and stirred, a uniform solution colored black was obtained.

(光学装置の作製)
図3に示すように、保持部材4の上面には光ファイバの載置される溝5が形成されている。
光ファイバの途中のポリマー被覆を剥ぎ、光ファイバのガラス素線6を露出する。その素線6を、保持部材4の上に形成された溝5にのせ、エポキシ系接着剤を流し込んだあと硬化させ固定する。素線6をダイシングソーで切断しスリット7を加工する。その際、スリット7は、幅30μmになるようにした。
次に、スリット7の間に、上記により作製されたカーボンナノチューブ分散ポリイミド溶液を適量充填した。これを乾燥することにより、スリット7はカーボンナノチューブが分散したポリイミドで満たされる。
このようにして、図4の断面図に示されるように、光ファイバの光通路の途中の微小領域に可飽和吸収機能有するカーボナノチューブ分散ポリマー領域を極めて簡易に形成することができた。
(Production of optical device)
As shown in FIG. 3, a groove 5 on which the optical fiber is placed is formed on the upper surface of the holding member 4.
The polymer coating in the middle of the optical fiber is peeled off to expose the glass fiber 6 of the optical fiber. The element wire 6 is placed in a groove 5 formed on the holding member 4, and after being poured with an epoxy adhesive, it is cured and fixed. The strand 6 is cut with a dicing saw to process the slit 7. At that time, the slit 7 was made to have a width of 30 μm.
Next, an appropriate amount of the carbon nanotube-dispersed polyimide solution prepared as described above was filled between the slits 7. By drying this, the slit 7 is filled with polyimide in which carbon nanotubes are dispersed.
In this way, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, a carbon nanotube dispersed polymer region having a saturable absorption function could be formed very easily in a minute region in the middle of the optical path of the optical fiber.

(光学装置の作製)
保持部材として、図5に示す市販の光ファイバ接続用毛細管(マイクロ・キャピラリ)を使用した。前記光ファイバ接続用毛細管に、図6に示すように、2本の被覆を除去した光ファイバを挿入し、両端面の間隔により形成されるスリット13の幅は25μmになるようにし、紫外線硬化型接着剤により固定した。
次に、前記スリット13の間に、上記実施例1により作製されたカーボンナノチューブ分散ポリイミド溶液を適量充填した。これを乾燥することにより、スリット13はカーボンナノチューブが分散したポリイミドで満たされる。
このようにして、保持部材14の光ファイバ接続用毛細管内に保持された光ファイバの光通路の途中の微小領域に可飽和吸収機能有するカーボナノチューブ分散ポリマー領域を極めて簡易に形成することができた。
(Production of optical device)
As the holding member, a commercially available optical fiber connecting capillary (microcapillary) shown in FIG. 5 was used. As shown in FIG. 6, an optical fiber from which two coatings have been removed is inserted into the optical fiber connecting capillary, and the width of the slit 13 formed by the distance between both end faces is set to 25 μm. It was fixed with an adhesive.
Next, an appropriate amount of the carbon nanotube-dispersed polyimide solution prepared in Example 1 was filled between the slits 13. By drying this, the slit 13 is filled with polyimide in which carbon nanotubes are dispersed.
In this way, a carbon nanotube-dispersed polymer region having a saturable absorption function could be very easily formed in a minute region in the optical path of the optical fiber held in the optical fiber connecting capillary of the holding member 14. .

従来のカーボンナノチューブ薄膜を用いた光学装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the optical apparatus using the conventional carbon nanotube thin film. 本発明の光学装置の作製方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the optical apparatus of this invention. 本発明の実施例のスリットの見取り図である。It is a sketch of the slit of the Example of this invention. 本発明の実施例の光学装置の断面図である。It is sectional drawing of the optical apparatus of the Example of this invention. 本発明の実施例の保持部材(光ファイバ接続用毛細管型)の見取り図である。It is a sketch of the holding member (capillary type for optical fiber connection) of the Example of this invention. 本発明の実施例のスリットの見取り図である。It is a sketch of the slit of the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光ファイバ
2 レンズ
3 可飽和吸収体
4 保持部材
5 V溝
6 光ファイバガラス素線
7 スリット
8 保持部材
9 光ファイバガラス素線
10 カーボンナノチューブ分散ポリマー
11 貫通穴
12 光ファイバガラス素線
13 スリット
14 保持部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Lens 3 Saturable absorber 4 Holding member 5 V groove 6 Optical fiber glass strand 7 Slit 8 Holding member 9 Optical fiber glass strand 10 Carbon nanotube dispersion polymer 11 Through hole 12 Optical fiber glass strand 13 Slit 14 Holding member

Claims (11)

光ファイバの光通路に可飽和吸収領域を有する光学装置において、前記可飽和吸収領域が、同軸上に保持された2つの光ファイバの両端面間で形成されるスリットにカーボンナノチューブ分散ポリマー溶液を充填、乾燥することにより形成されていることを特徴とする光学装置。 In an optical device having a saturable absorption region in an optical path of an optical fiber, the saturable absorption region is filled with a carbon nanotube-dispersed polymer solution in a slit formed between both end surfaces of two optical fibers held coaxially. An optical device formed by drying. 前記スリットが、保持部材上に保持された光ファイバを切断することによって形成されたものである請求項1に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein the slit is formed by cutting an optical fiber held on a holding member. 保持部材が基板上に光ファイバのフェルール又は被覆部を保持するための溝及び/又はスリット形成のための溝が形成されたものである請求項1又は2に記載の装置。 The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the holding member is formed with a groove for holding the ferrule or covering portion of the optical fiber and / or a groove for forming a slit on the substrate. 前記スリットが、毛細管に2本の光ファイバを挿入し、その両端面間で形成されたものである請求項1に記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the slit is formed by inserting two optical fibers into a capillary tube and between both end faces thereof. 前記スリットが1〜50μmである請求項1ないし4のいずれかに記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein the slit is 1 to 50 μm. 前記カーボンナノチューブ分散ポリマー溶液が、カーボンナノチューブ、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)からなる溶媒をポリマー混合溶媒に混合した溶液である請求項1ないし5のいずれかに記載の光学装置。 6. The carbon nanotube-dispersed polymer solution is a solution obtained by mixing a carbon nanotube, an amide-based polar organic solvent, a nonionic surfactant and / or a polyvinyl pyrrolidone (PVP) solvent in a polymer mixed solvent. An optical device according to any one of the above. 前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブ(SWNT)である請求項6に記載の光学装置。 The optical device according to claim 6, wherein the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube (SWNT). 前記ポリマー混合溶媒がポリイミド混合溶媒である請求項7に記載の光学装置。 The optical device according to claim 7, wherein the polymer mixed solvent is a polyimide mixed solvent. 前記接続領域が、前記光ファイバの近接した部分に複数形成された請求項1ないし7のいずれかに記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein a plurality of the connection regions are formed in adjacent portions of the optical fiber. 保持部材上又は保持部材中に保持された光ファイバを切断することによりスリットを形成し、前記スリットに、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)並びにポリマーからなるカーボンナノチューブ分散溶液を充填、乾燥することにより、光ファイバの光通路の途中にカーボンナノチューブ分散ポリマー領域を有する光学装置を製造する方法。 A slit is formed by cutting an optical fiber held on or in a holding member, and a single-walled carbon nanotube (SWNT), an amide-based polar organic solvent, a nonionic surfactant, and / or a slit are formed in the slit. A method for producing an optical device having a carbon nanotube-dispersed polymer region in the middle of an optical path of an optical fiber by filling a carbon nanotube-dispersed solution composed of polyvinylpyrrolidone (PVP) and a polymer and drying the solution. 2本の光ファイバを毛細管に挿入し、その両端面間でスリットを形成し、該スリットに、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、アミド系極性有機溶媒並びに非イオン性界面活性剤及び/又はポリビニルピロリドン(PVP)並びにポリマーからなるカーボンナノチューブ分散溶液を充填、乾燥することにより、光ファイバの光通路の途中にカーボンナノチューブ分散ポリマー領域を有する光学装置を製造する方法。

Two optical fibers are inserted into a capillary tube, and a slit is formed between both end faces thereof. A single-walled carbon nanotube (SWNT), an amide polar organic solvent, a nonionic surfactant and / or polyvinylpyrrolidone are formed in the slit. (PVP) A method of manufacturing an optical device having a carbon nanotube dispersed polymer region in the middle of an optical path of an optical fiber by filling and drying a carbon nanotube dispersed solution made of a polymer.

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