ナノフォトニクス分子システムの構成と超高速光応答

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10044144
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 長村 利彦 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (90117200)
• 研究分担者: 川井 秀記 静岡大学, 電子工学研究所, 助手 (80324341) ; 坂口 浩司 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (30211931)
• キーワード: 半導体超微粒子 / 超高速吸収変化 / 光励起による電子状態変化 / 二次非線形光学定数 / 励起三重項状態 / 導波モード薄膜 / フォトンモード超高速変調

研究概要

本年度は、半導体超微粒子系の超高速吸収変化の研究に加えて、光励起による電子状態変化の応用などに関する検討も行った。均一溶液中で二次非線形光学定数を評価できるハイパーレイリー散乱(HRS)法に試料の励起光学系を加えて、ナノ秒レーザーによる励起状態での二次非線形光学定数評価システムを構成した。パラニトロアニリン(pNA)のHRS信号は、光励起により増大し、遅延時間に対してプロットすると指数関数的に減衰した。その寿命はpNAの励起三重項状態の減衰に対応した。二次非線形光学効果の増幅機構は現在の所、最低励起三重項状態から上への遷移の増加、あるいは励起三重項状態での共鳴などが考えられる。励起状態の生成と減衰による二次高調波振幅のフォトンモード超高速変調が期待される。
このような光励起による超微粒子や有機分子の電子状態変化に基づく吸収・屈折率・発光・非線形光学定数などの超高速変化を並列光情報処理に応用するため、導波モード薄膜を用いる新しい光学デバイスを構築し、光応答特性を評価した。導波モード条件は、各層の膜厚、複素屈折率などによって決まる。過渡吸収スペクトル変化およびそのKramers-Kronig変換から、波長に応じて複素屈折率の実部、虚部のいずれかあるいは両方が変化する。これに伴って導波モード条件がかわるので、反射光強度あるいは位相を書き込み光によって二次元的に制御できる。光誘起電子移動や光励起によって可視域に過渡吸収または過渡ブリーチングを示す種々の化合物を高分子に分散して、フェムト〜ナノ秒レーザー励起による応答を検討した。その結果、単発のレーザー励起で並列光記録、現在空間光変調に用いられている液晶型に比べて6桁速い応答での強度変調などを実現した。

研究成果

• [文献書誌] Toshihiko Nagamura: "All-Optical Parallel Switching in Guided Wave Geometry Including Photochromic Compounds"Molecular Crystals and Liquid Crystals. 344. 199-204 (2000)
• [文献書誌] Hiroshi Inoue: "Ultrafast dynamics of fluorescence-activated CdS nanoparticles in aqueous solutions by femtosecond transient bleaching spectroscopy"Colloids and Surfaces, A : Physicochemical and Engineering Aspects. 169(1-3). 233-239 (2000)
• [文献書誌] S.-H.Park: "Spectroscopic studies of radicals formed upon photoexcitation of bis (nitrostyrylpyridinium) alkane ditetraphenylborate salts"Journal of Photopolymer Science and Technology. 13(2). 197-202 (2000)
• [文献書誌] W.-S.Xia: "Spectroscopic studies on molecular interactions of photogenerated tricyanovinylstyrylpyridinyl radicals in acetonitrile at room temperature"Journal of Photochemistry and Photobiology, A ; Photochem.. 136(1-2). 35-40 (2000)
• [文献書誌] Toshihiko Nagamura: "Sensors and Optical Switching"Marcel Dekker, Inc., New York (in press).
• [文献書誌] 長村利彦: "超高速分子光情報処理の将来性"日本ビジネスレポート(株). 15 (2000)