• 日本利用实用光学聚合物中成功发生超短光脉冲
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         日本东北大学电气通信研究所教授中泽正隆和该校多元物质科技研究所教授戒能俊邦等人组成的研究小组日前宣布,将单层碳纳米管(SWCNT)均匀地分布到光通信领域常用的光学塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS),利用SWCNT具有的“过饱和吸收光学效应”,成功地发生了脉冲宽度为171fs(飞秒:10的负15次方秒)的超短光脉冲。过去虽说也有将SWCNT分布到特殊聚合物中,产生超短脉冲振荡的报告,但只能得到薄膜状元件,而且也无法避免长期性的特性老化现象。利用分布在实用光学聚合物中的材料成功实现170fs级的超短脉冲振荡在业界尚属首次。 
          所使用的SWCNT具有半导体特性,购买的是利用“HiPco(HighPressureCARbonMonoxide)工艺”(在高温下利用铁触媒和高压一氧化碳进行合成的手法)制作的SWCNT。使用氯苯或四氢呋喃作为溶剂,将半导体性的SWCNT溶于PMMA和PS等透明聚合物中。SWCNT和聚合物都成功地溶解并均匀地分布到了溶剂中。据称,其中的关键是选择聚合物和溶剂的最佳组合。通过对这种分散溶液进行干燥,就得到了厚约1mm的光学材料。SWCNT的分布浓度为500ppm。之所以要使SWCNT均匀分布,是为了防止因SWCNT发生凝聚,而产生光散射损耗。  
          将刚才得到的含有SWCNT的光学聚合物放入共振器中,利用透镜聚焦,照射波长1.5μm近红外区的脉冲激光(添加有铒的光纤),利用“过饱和吸收光学效应”形成能够可产生超短激光的同步激光。所谓“过饱和吸收光学效应”是半导体性SWCNT的特性之一,是指吸收弱光,透过强光的现象。也就是说,根据所照射的脉冲光的波形来看,强度低的“谷底”部分被吸收掉了,而强度高的峰值部分透过后得到了保留,通过在共振器中反复这种过程,脉冲波形就会越来越尖。也就是说,脉冲宽度越来越小。以上就是它的原理。 
          过去作为SWCNT的均匀分布技术,业界曾提出2种手法,一种是将SWCNT均匀地分布于有机溶剂中之后再溅射到玻璃底板上,另一种是使之分布于聚乙烯醇中。前一种手法由于SWCNT暴露在空气和湿气中,因此无法避免长期的特性老化,而后者由于溶剂使用了水,因此存着于羟基产生吸收损耗的问题。另外,日本产业技术综合研究所最近宣布,成功地使SWCNT均匀地分布到了在聚酰亚胺中,但只能得到薄膜或胶片,存在着无法制作实用元件的问题。 
          而此次使用的PMMA或PS等光学聚合物已经广泛应用于光纤材料等光通信领域,尤其是光通信使用的材料波长为1.55μm而且是透明的,因此能够降低吸收损耗和散射损耗。此外,还可形成厚度超过1mm的材料,不仅便于制作导光线路,而且还易于进行光学研磨。 
          需求较高的超短脉冲激光器和光交换机 
          所考虑到的用途包括光通信、测量和医疗等领域。今后在光通信领域,随着宽带线路的迅速普及,光网络将会迅速迈向大容量化,这就要求使用超短脉冲光。另外,在新一代超高速光网络中传输速度将超过电子电路处理速度的极限,因此就需要使用光交换机等纯光学元件。使用SWCNT的元件由于过饱和吸收效应的恢复时间为1ps(皮秒:10的负12次方秒),速度极快,因此作为光交换机来说也大有希望。在医疗和生物领域,对超短脉冲光的需求也非常高,比如,2006年度“日经BP技术大奖”就授予了“使用飞秒激光器的蛋白质结晶技术”。 
          对于上述需求,该研究小组称此次开发的元件极具实用性,预计可以更低的成本进行量产。在成本方面,关键问题是SWCNT的生产成本。不过,SWCNT的制造技术正在不断进步,该小组认为绝对有望降低成本。今后,该研究小组表示将推进激光器和交换机等元件产品的研究。


     
     
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