| 研究概要 |
本研究課題に関連した世界の動向を概観すると,光散乱体の効果と球共振器の効果とは独立してレーザー動作との関連を検討している状況にあり,現在もこの状況は変わっていない.筆者らは,既に得ている球共振器の成果と,進行中の散乱体との効果を結合することにより,研究課題に関しての先駆的な成果取得を目指した.
光学的利得媒質と高散乱媒質からなるレーザーの研究が近年のトピックスとなっているが,これらは,実験手法により2つに分類される.その第1は,光多重散乱を生じさせるためのTiO_2固体ナノ微粒子を混入したほとんど不透明なバルク状色素溶液によるもの[N.M.Lawandy et al.Nature,p.436,1994]であり,その第2は,色素をドープした高透明な微小液滴球を用いるもの[P.W.Barber and R.K.Chang,Eds.,"Optical effects associated with small particles,"World Scientific,Singapore,1988]を根底としている.この第2のものは,レーザー動作のための高いQ-値をもつ光学的共振器が自動的に構成されるという優れた特徴を有している.筆者らはこの第2の手法を発展させ,色素ド-ブ微小液滴中にポリ・メチルメタクリレート(PMMA)の固体ナノ高散乱体を混入してレーザー動作の性能を格段に向上させた世界に先駆けた報告を行った[H.Taniguchi et al.Opt.Lett.p.263,1996].更にこの手法に基づき引き続く筆者らのレーザーの実験的な検討として,ロ-ダミンやアクリジンなど種々のレーザー色素溶液[Appl.Phys.Lett.p.719,1996;Appl.Opt.印刷中]やリボ・フラビンなど生化学物質[CLEO/Pacific Rim'97,P7,p.157.1997]及び大根葉や緑色淡水藻(アオミドロ)など,生体からの直接抽出色素[Electron.Lett.p.1484,1996;CLEO/Pacific Rim'97,P6,p.156,1997;Electron,Lett.p.1797,1997]に人工血液として医療用に汎用されているイントラリピット(Intralipid-10%)ミルク状ソフト・ナノ高散乱体を混入して行った成功例がある.これらの例,特に生体関連抽出媒質においては,高散乱体の混入なしではレーザー動作の得られない状況から,明確なしきい値を持ったレーザー動作と,大幅なレーザー出力の増強が高散乱体の混入により得られており,優れた共振効果を有するとされる微小球共振器によるよりも,より効果的な誘導放出効果の生じることを確認している.このような高散乱媒質中におけるレーザー発振は,放出光子のみならず励起光子もまた光の多重散乱過程を通して狭い空間領域にトラップされ,その結果光共振器を設けなくても,利得が損失を上回るために生じるものと考えられるが,そのメカニズムの詳細は未解明の状況にあり,新知見の出現が待望されている.
この課題を解明すべく筆者らが勢力的に行ってきた種々の予備実験の結果,光多重散乱を効果的に生じさせることができるならば,従来の利得媒質中への高散乱体の混入(非連続高散乱体混入利得媒質)の手法によらなくてもレーザー動作を実現できる,との新たな見解を世界に先駆けて得ている[Nature,Scientic Correspondence;投稿中].その結果,光多重散乱現象のダイナミクスを根源的に理解するためには,従来の高透明バルク及び液滴球更に非連続高散乱体混入利得媒質と,新しい知見に基づく連続高散乱体混入利得媒質とに関し,自然放出と誘導放出の過程を総合的かつ詳細に比較検討することが最重要である,との先駆的立場に立って現在もなお引き続き検討を進めている.
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