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高屈折率プリズム上に銀薄膜を蒸着し、その上にバクテリオロドプシン膜を堆積した表面プラズモン共鳴を利用した非線形光学素子を作製することを試みた。バクテリオロドプシンをガラス基板上に遠心分離法によって堆積し、得られた膜を湿らせた状態で銀薄膜上に移しとった。本素子において、反射率の角度分布から共鳴角を求め、その入射光強度依存性を測定した。入射光強度が大きくなるにつれ、共鳴角が低角度側にシフトすることが確認できたが、その強度依存性は非常に小さかった。この原因の1つは、表面プラズモンの電場増強効果がそれほど大きくないことであった。さらに、バクテリオロドプシン膜が時間とともに収縮し、銀薄膜からはがれてしまい、安定な状態では実験できなかった。
これらの点を解決するために、表面プラズモン共鳴の代りに、光導波路を、バクテリオロドプシンの代りに色素ドープ高分子を用いた素子を試作した。導波路は、プリズム、銀薄膜、色素ドープ高分子薄膜という構成になっている。プリズム側から入射した光が高分子薄膜内を反射しながら伝搬し、一部がプリズムから反射光として漏れる。この素子は、表面プラズモン共鳴と同様に、ある入射角で共鳴を起こし、反射率が急激に減衰する。このとき、導波路内の電場は入射電場に比べて、非常に大きくなり、増強効果は表面プラズモン共鳴におけるそれ以上になる。実験では、色素としてBis(4-dimethylamino-dithiobenzil)nickel(BDN)を、高分子としてPMMAを使用した。アルゴンイオンレーザーを用い、反射率の角度依存性を測定した。その結果、数mW程度の入射光パワーで、共鳴角が変化し、また、数10mW程度のパワーで、光双安定性が確認できた。この双安定性は共鳴角が入射角の変化方向に依存し、異なる現象である。今後この現象を光センサー等に応用していく予定である。
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