JP2000314901A

JP2000314901A - 光スイッチ、および光スイッチング方法

Info

Publication number: JP2000314901A
Application number: JP12525499A
Authority: JP
Inventors: Makoto Furuki; 真古木; Satoshi Tatsuura; 智辰浦; Yasusato Sato; 康郊佐藤; Taminori Den; 民権田; Ryujun Fu; 龍淳夫
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて超高速で光スイッチングし得る、二光
子吸収過程を通して、１３００ｎｍ帯および／または１
５５０ｎｍ帯の赤外光に直接応答する光スイッチ、およ
び光スイッチング方法を提供すること。【解決手段】色素会合体膜における二光子吸収による
光学特性変化を利用することを特徴とする光スイッチ、
および光スイッチング方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、色素会合体薄膜か
らなる光スイッチ、および光スイッチング方法に関し、
詳しくは、制御手段として光を用いることにより極めて
超高速で光スイッチングし得る光スイッチ、および光ス
イッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】色素分子は可視光領域の光を吸収する特
性があるが、パルス幅が短く電界強度の強い超短レーザ
ーパルスを照射することにより強く励起すると、基底状
態にある分子の数が減少し、光の吸収が瞬間的に弱くな
る。このことは非線形光学効果の吸収飽和として知られ
ており、また広く応用が検討されている。特に、数十〜
数百の色素分子が規則正しく配列して緩く結合し、光学
的にあたかも一つの超分子として振る舞うようになるＪ
−会合体等の会合体を形成すると、光吸収効率が増大す
るだけでなく、吸収飽和に必要な光強度の閾値が低くな
り、さらに回復速度が短縮される。

【０００３】発明者らは主としてとしてスクエアリリウ
ム色素Ｊ−会合体に関して研究し、フェムト秒オーダー
の優れた応答特性を有する光スイッチを提案してきた
（特願平１０−１８１５８１号、特願平１０−３０６３
３６号、特願平３００３５７号等）。これらは、テラビ
ット（１０¹²ｂｉｔ／ｓ）オーダーの光情報通信の際に
光スイッチとして使用され得るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スクエ
アリリウム色素会合体を含め、ほとんど全ての色素分子
およびそれらの会合体は、可視光から近赤外光において
吸収を有している。波長に直すと４００〜１０００ｎｍ
の範囲になり、１０００ｎｍの波長を超えて光吸収を有
するような色素分子は少ない。これに対し、光通信にお
いて実際に使用されている光の波長は、光ファイバーの
透過および分散特性から、１３００ｎｍや１５５０ｎｍ
の赤外光である。すなわち、色素分子を利用した光スイ
ッチを、これらの波長域の光に対して作用させようとす
る場合には、共鳴域から著しく離れるため効率が極端に
低下してしまい、一旦波長変換して可視光にした信号を
扱う等、煩雑且つ効率を低下させる操作を介して使用せ
ざるを得ない。

【０００５】一方、強い電界強度を有する光パルスが色
素分子あるいは色素会合体に入射されると、分子が２つ
の光子を同時に吸収する二光子吸収過程が観測される。
二光子吸収の確率は、入射する光の電界強度の自乗、つ
まり入射パルスエネルギーに比例して大きくなり、テラ
ビット光通信に使用されるフェムト秒パルスのように時
間幅が短く先頭値の大きな光パルス程優位に、二光子吸
収を観測することができる。

【０００６】現在まで色素分子の二光子吸収は、立体的
な光記録や３次元観察（二光子顕微鏡）など集光スポッ
トでの二光子応答の増強を利用するものに関して検討さ
れている。この二光子吸収過程を動作波長の観点から捉
えると、赤外の光により可視光に遷移エネルギーを有す
る色素分子を作用させる手法と考えることができる。言
い換えると可視光領域にしか吸収帯を有しない色素分子
あるいは色素会合体を、その倍の波長の赤外光で励起で
きるということである。しかしながら二光子吸収での選
択則は一光子吸収とは相補的であり、異なる。そして現
在までその作用が明確でなかったこともあり、特に色素
会合体の二光子過程に関するエネルギー準位の詳細につ
いては明らかにされていない。

【０００７】このような状況に鑑み、本発明者らは、色
素会合体の二光子過程による励起の確認とこれに伴う光
学特性変化を明確にすることにより、極めて超高速で光
スイッチングし得る光スイッチを模索した。

【０００８】すなわち、本発明の目的は、極めて超高速
で光スイッチングし得る光スイッチ、および光スイッチ
ング方法を提供することにある。さらに本発明の目的
は、二光子吸収過程を通して、１３００ｎｍ帯および／
または１５５０ｎｍ帯の赤外光に直接応答する光スイッ
チ、および光スイッチング方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明により達成される。すなわち本発明は、＜１＞色素会合体膜における二光子吸収による光学特
性変化を利用することを特徴とする光スイッチである。

【００１０】＜２＞二光子励起し得る波長の制御光に
より、二光子励起させることによって色素会合体膜の光
学特性を変化させて、一光子励起し得る波長の信号光を
光スイッチングし得ることを特徴とする＜１＞に記載の
光スイッチである。

【００１１】＜３＞制御光の波長が１３００ｎｍ近傍
および／または１５５０ｎｍ近傍であり、信号光の波長
が可視光領域であることを特徴とする＜２＞に記載の光
スイッチである。

【００１２】＜４＞一光子励起し得る波長に対して、
略倍の波長の制御光により、二光子仮想励起することに
よって色素会合体膜の光学特性を変化させて、一光子励
起し得る波長の信号光を光スイッチングし得ることを特
徴とする＜１＞に記載の光スイッチである。

【００１３】＜５＞一光子励起し得る波長が１３００
ｎｍ近傍または１５５０ｎｍ近傍の略半分であることを
特徴とする＜４＞に記載の光スイッチである。

【００１４】＜６＞二光子励起し得る波長の制御光に
より一光子分の仮の励起が成され、二光子励起し得る波
長の信号光により残りの一光子分の励起が成され、結果
として二光子励起されることにより、二光子励起し得る
波長の信号光を光スイッチングし得ることを特徴とする
＜１＞に記載の光スイッチである。

【００１５】＜７＞電界を印加することにより、二光
子励起禁制の波長を許容遷移に変えるとともに、当該許
容遷移に変わった波長の制御光により、一光子励起し得
る波長の信号光を光スイッチングし得ることを特徴とす
る＜１＞に記載の光スイッチである。

【００１６】＜８＞電界を印加することにより、二光
子励起禁制の波長を許容遷移に変えるとともに、当該許
容遷移に変わった波長の制御光により一光子分の仮の励
起が成され、前記許容遷移に変わった波長の信号光によ
り残りの一光子分の励起が成され、結果として二光子励
起されることにより、前記許容遷移に変わった波長の信
号光を光スイッチングし得ることを特徴とする＜１＞に
記載の光スイッチである。

【００１７】＜９＞許容遷移に変わった二光子励起禁
制の波長が、一光子励起し得る波長の略倍の波長である
ことを特徴とする＜７＞または＜８＞に記載の光スイッ
チである。

【００１８】＜１０＞許容遷移に変わった二光子励起
禁制の波長が、１５５０ｎｍ近傍であることを特徴とす
る＜７＞または＜８＞に記載の光スイッチである。

【００１９】＜１１＞色素会合体膜が、色素のＪ−会
合体によるものであることを特徴とする＜１＞ないし＜
１０＞のいずれか１記載の光スイッチである。

【００２０】＜１２＞色素会合体膜が、スクエアリリ
ウム色素からなる会合体によるものであることを特徴と
する＜１＞ないし＜１１＞のいずれか１に記載の光スイ
ッチである。

【００２１】＜１３＞スクエアリリウム色素が、下記
一般式（Ｉ）で表される化合物であることを特徴とする
＜１２＞に記載の光スイッチである。

【００２２】一般式（Ｉ）

【化３】

【００２３】（Ｒ₁およびＲ₂は同じでも異なっていても
よく、それぞれアルキル基を示し、ＸはＨ、Ｆ、ＯＨ、
ＣＨ₃またはＯＣＨ₃を示す。）

【００２４】＜１４＞色素会合体膜からなる光スイッ
チに、前記色素会合体膜が二光子励起し得る波長の制御
光を照射し、二光子励起させることによって色素会合体
膜の光学特性を変化させて、一光子励起し得る波長の信
号光を光スイッチングすることを特徴とする光スイッチ
ング方法である。

【００２５】＜１５＞色素会合体膜からなる光スイッ
チに、前記色素会合体膜が一光子励起し得る波長に対し
て略倍の波長の制御光を照射し、二光子仮想励起するこ
とによって色素会合体膜の光学特性を変化させて、一光
子励起し得る波長の信号光を光スイッチングすることを
特徴とする光スイッチング方法である。

【００２６】＜１６＞色素会合体膜からなる光スイッ
チに、二光子励起し得る波長の制御光を照射し一光子分
の仮の励起をさせ、二光子励起し得る波長の信号光によ
り残りの一光子分の励起をさせ、結果として二光子励起
させることにより、二光子励起し得る波長の信号光を光
スイッチングすることを特徴とする光スイッチング方法
である。

【００２７】＜１７＞色素会合体膜からなる光スイッ
チに、電界を印加して、二光子励起禁制の波長を許容遷
移に変えるとともに、当該許容遷移に変わった波長の制
御光を照射して、一光子励起し得る波長の信号光を光ス
イッチングすることを特徴とする光スイッチング方法で
ある。

【００２８】＜１８＞色素会合体膜からなる光スイッ
チに、電界を印加して、二光子励起禁制の波長を許容遷
移に変えるとともに、当該許容遷移に変わった波長の制
御光を照射し一光子分の仮の励起をさせ、前記許容遷移
に変わった波長の信号光により残りの一光子分の励起を
させ、結果として二光子励起させることにより、前記許
容遷移に変わった波長の信号光を光スイッチングするこ
とを特徴とする光スイッチング方法である。

【００２９】＜１９＞色素会合体膜が、色素のＪ−会
合体によるものであることを特徴とする＜１４＞ないし
＜１８＞のいずれか１に記載の光スイッチング方法であ
る。

【００３０】＜２０＞色素会合体膜が、スクエアリリ
ウム色素からなる会合体によるものであることを特徴と
する＜１４＞ないし＜１９＞のいずれか１に記載の光ス
イッチング方法である。

【００３１】＜２１＞スクエアリリウム色素が、下記
一般式（Ｉ）で表される化合物であることを特徴とする
＜２０＞に記載の光スイッチング方法である。

【００３２】一般式（Ｉ）

【化４】

【００３３】（Ｒ₁およびＲ₂は同じでも異なっていても
よく、それぞれアルキル基を示し、ＸはＨ、Ｆ、ＯＨ、
ＣＨ₃またはＯＣＨ₃を示す。）

【００３４】本発明の光スイッチは、制御方法として光
を用いているため、極めて超高速で光スイッチングし得
る物となる。また、制御光として、または、信号光とし
て有用な赤外光、特に光通信の分野で使用される１３０
０ｎｍ近傍および１５５０ｎｍ近傍の波長の光を、利用
する、および／または、光スイッチングし得る光スイッ
チを提供することができる。

【００３５】色素会合体薄膜の二光子吸収による光学特
性変化を利用することを特徴とする本発明の光スイッチ
は、半導体材料により形成される光スイッチに比べ、絶
対的な応答時間に優れる以外にも、以下の点で優れてい
る。

【００３６】材料、プロセスが安価、簡易なため、
極めて低コストで作製が可能である。光スイッチの作製、動作とも常温、大気中で可能で
ある。材料作製に要する時間が極めて短く、かつ大掛かり
な設備を必要としないため生産性に優れる。大面積化が容易である。

【００３７】このの大面積化が容易という特徴から、
本発明特有の光スイッチが形成可能である。すなわち、
これまで半導体材料では作製が不可能であるか、または
極めて困難であった大面積（数ｃｍ〜数十ｃｍφ）の光
スイッチが容易に形成できる。また、ある程度の面積の
膜を作製し、その後、マスク形成によって膜を複数に分
割することで、極めて容易に１次元または２次元の光ス
イッチ列が形成できる。これらの特徴から、本発明の光
スイッチは、並列光情報処理などの用途にも極めて有望
である。

【００３８】その他、多様な分子の利用による高機能化
や、製膜に高温を必要としないため、他種材料とのハイ
ブリッド化が容易、などの利点も有している。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。［色素会合体膜］まず、本発明に好ましく用いられる色
素会合体膜（以下、「色素会合体薄膜」という場合があ
る。）について説明する。

【００４０】本発明に用いられる色素会合体膜の材料と
しては、二光子吸収による光学特性変化を生ずるもので
あれば、特に限定されないが、数十〜数百の色素分子が
規則正しく配列して緩く結合し、光学的にあたかも一つ
の超分子として振る舞うようになるＪ−会合体を形成す
るものが好ましい。Ｊ−会合体を形成するものは、光吸
収効率が増大するだけでなく、吸収飽和に必要な光強度
の閾値が低くなり、さらに回復速度が短縮される。Ｊ−
会合体についての詳細は、Ｍ．Ｆｕｒｕｋｉ，Ｌ．Ｓ．
Ｐｕ，Ｆ．Ｓａｓａｋｉ，Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ
ａｎｄＴ．Ｔａｎｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，７２，２１（１９９８）２６４８等に記載があ
る。

【００４１】また、本発明に用いられる色素会合体膜の
材料としては、実用上好適な吸収波長を発現し、化学
的、熱的および光学的な安定性等の観点から、スクエア
リリウム色素からなる会合体であることが好ましく、よ
り好ましくは該会合体がＪ−会合体であることである。
色素会合体膜を形成する好ましいスクエアリリウム色素
としては、下記一般式（Ｉ）で表される化合物が挙げら
れる。

【００４２】一般式（Ｉ）

【化５】

【００４３】（Ｒ₁およびＲ₂は同じでも異なっていても
よく、それぞれアルキル基を示し、ＸはＨ、Ｆ、ＯＨ、
ＣＨ₃またはＯＣＨ₃を示す。）

【００４４】上記一般式（Ｉ）において、Ｒ₁およびＲ₂
は、アルキル基を示すが、炭素数３〜７の低級アルキル
基が好ましく、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、
ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基
がより好ましく、ｎ−プロピル基またはｉｓｏ−プロピ
ル基が特に好ましい。また、上記一般式（Ｉ）中、Ｘ
は、Ｈ、Ｆ、ＯＨ、ＣＨ₃またはＯＣＨ₃を示すが、Ｈ、
ＯＨまたはＣＨ₃が好ましく、Ｈがより好ましい。色素
会合体薄膜は、これらスクエアリリウム色素等の色素を
用いて、固体基板上に有機薄膜を形成することにより得
られる。有機薄膜を固体基板上に形成する方法として、
ＬＢ法（ラングミュア・プロジェット法）の他、色素を
適当な溶媒に溶解して得られた塗布液を、固体基板上に
塗布して薄膜を形成することも可能である。塗布液によ
る場合の詳細について、以下に説明する。

【００４５】色素を溶解する溶媒としては、特に限定さ
れないが、ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロル
エタン等のハロゲン化炭化水素、ベンゼン、トルエン、
キシレン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノー
ル、イソプロピルアルコール等のアルコール類、シクロ
ヘキサン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒ
ドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、酢酸メチル、
酢酸エチル等のエステル類、プロピルアミン、エチルア
ミン等のアミン類を用いることができる。これらの中で
も、一般式（Ｉ）で表されるスクエアリリウム色素を用
いる場合は、ジクロロエタン、エタノールが特に好まし
い。

【００４６】なお、上記一般式（Ｉ）で表されるスクエ
アリリウム色素は、高分子化合物とともに溶媒中に溶解
すると、会合体の形成を促進させることができ、好まし
い。高分子化合物としては、色素の波長域で光学的に透
明なポリマーであればすべて使用可能であり、例えば、
ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸フェニル等
のメタクリル酸系ポリマー、ポリビニルアルコール、ポ
リビニルカルバゾール等のビニル系ポリマー、ポリカー
ボネート、ポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポ
リ塩化ビニルやその誘導体、およびそれらの共重合体等
を用いることができる。これらの中でも、ポリビニルア
ルコールは特に好ましい。

【００４７】上記一般式（Ｉ）で表されるスクエアリリ
ウム色素を高分子化合物とともに溶媒に溶解する場合、
スクエアリリウム色素の重量割合は、スクエアリリウム
色素と高分子化合物との合計重量に基づいて、１０〜３
０重量％とすることが好ましい。混合比をかかる範囲と
することで、良質の色素会合体を形成することができ
る。

【００４８】また、上記一般式（Ｉ）で表されるスクエ
アリリウム色素の溶媒中の濃度は、１〜５重量％とする
ことが好ましく、１〜３重量％とすることが特に好まし
い。濃度をかかる範囲とすることにより、色素会合体の
形成が顕著となる。

【００４９】溶液の固体基板上への塗布方法としては、
従来より知られた方法を採用することができ、例えば、
スピンコート法、キャストコート法、ディップコート
法、ラングミュア・プロジェット法（ＬＢ法）等を挙げ
ることができる。

【００５０】形成される色素会合体膜の厚みとしては、
０．００１〜１μｍ程度が好ましく、０．００５〜０．
０５μｍ程度がより好ましい。色素会合体膜の厚みが厚
すぎると散乱が強くなり、また光学濃度が高くなりすぎ
て信号光が弱くなり、逆に薄すぎると安定性が低下し、
また信号強度の変化が小さくなり、それぞれ好ましくな
い。

【００５１】［光スイッチの構成］本発明の光スイッチ
は、以上の如き色素会合体膜を固体基板上に形成するこ
とにより構成される。固体基板としては、ガラス、石
英、サファイア、プラスチック等の誘電体、Ｓｉ、Ｇａ
−Ａｓ、ＩｎＰ等の半導体、あるいは、金、銀、銅、ア
ルミニウム等の金属基板を用いることができる。固体基
板の厚みには特に制限はないが、裏面からの光入射等を
考慮すると、１ｍｍ程度が望ましい。光スイッチ等の構
成によっては、基板からの反射光を利用するため、反射
率を合わせた金属、あるいは誘電体多層膜を表面にコー
ティングしたものも、必要に応じて使用される。

【００５２】光スイッチの光学特性変化の利用が、光ス
イッチにおける信号光の透過特性を制御するものである
場合には、固体基板としては、ガラス、石英、サファイ
アおよびプラスチック等透明な材料を用いることが必須
となり、基本的に固体基板および色素会合体膜のみで光
スイッチ全体が構成される。勿論、色素会合体膜を固体
基板から剥がして、膜状のまま用いても構わない。

【００５３】一方、光スイッチの光学特性変化の利用
が、光スイッチにおける信号光の反射特性を制御するも
のである場合には、固体基板として光を反射し得る材料
を用いるか、固体基板と色素会合体膜との間に反射層を
設けることが必須となる。反射層を形成する材料として
は、金、銀、アルミニウム、クロム等の金属膜や、フッ
化マグネシウム、フッ化カルシウム、酸化ケイ素、酸化
アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の誘電
体が挙げられる。反射層は多層構成とすることが好まし
い。反射層の厚みとしては、特に制限はないが一般的
に、金属膜については５０ｎｍ〜１０μｍ程度であり、
１００ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。一方、誘電体多層
膜については、一般的に、高屈折率のものと低屈折率の
ものとを、用いる光の波長に対して１／４波長の光学厚
みで交互に積層したものを用い、該積層の周期の数とし
ては、１〜２０周期程度であり、５〜１０周期程度が好
ましい。

【００５４】なお光スイッチは、固体基板上に上記色素
会合体膜を１ｍｍ²以上、特に１ｃｍ²以上の面積に渡っ
て製膜したものであることが望ましい。また、本発明の
光スイッチは大面積化が容易であるというメリットを有
するため、数ｃｍ〜数十ｃｍφの面積の光スイッチを作
製することもでき、その場合には勿論、上記色素会合体
膜を数ｃｍ〜数十ｃｍφの面積に渡って製膜したもので
ある。

【００５５】［光スイッチの態様］上記一般式（Ｉ）に
おいてＲ₁およびＲ₂がｎ−プロピル基で、ＸがＨである
スクエアリリウム色素を用い、固体基板（ガラス、厚さ
１ｍｍ）上にスピンコート法により色素会合体膜（厚さ
０．１μｍ）を形成したもの（以下、「色素会合体膜
Ａ」という。）を例に挙げて、本発明の光スイッチの各
態様について説明する。

【００５６】まず、色素会合体膜Ａの吸収スペクトルを
図１に示す。この色素会合体膜Ａにおいて、分子状態の
溶液中における吸収帯は６３０〜６４０ｎｍの範囲にあ
り、７７５ｎｍの吸収帯は明確に会合体（Ｊ−会合体）
由来の励起子吸収帯であることがわかる。

【００５７】（第１の実施の形態）色素会合体膜Ａを１
１００〜１６００ｎｍのフェムト秒（パルス幅：２００
ｆｓ）の赤外光で励起すると、図２に示されるようなス
ペクトルを示す蛍光を発生する。この蛍光は色素会合体
膜Ａを５００〜７７０ｎｍの可視および近赤外光で励起
した場合と全く一致するものである。色素会合体Ａのエ
ネルギーギャップに相当する７７５ｎｍの光よりもはる
かに長波長の赤外光により近赤外の蛍光を発していると
いうことは、多光子吸収過程により励起状態が形成され
ていることを示している。実際に励起光強度と蛍光強度
の関係を測定すると１パルス当たりのエネルギーが０〜
１０ｍＪ／ｃｍ²の範囲で励起強度の自乗に比例して蛍
光強度が増大することを分かり、この蛍光が二光子励起
によるものであることが確認された。

【００５８】二光子励起による蛍光強度の励起波長依存
性について、励起波長と蛍光強度の測定によって調べた
結果を図３に示す。図３から、二光子により実励起する
蛍光強度は、１３００ｎｍ近傍が最大であり、一光子の
吸収体である７７５ｎｍの倍の波長である１５５０ｎｍ
ではかなり低いことが分かる。これは一光子励起と二光
子励起の選択則の違いによるものと解釈され、今回用い
たスクエアリリウム色素のＪ−会合体は、７７５ｎｍに
一光子許容で且つ二光子禁制の準位が存在し、６５０ｎ
ｍ近傍に一光子では禁制だが二光子許容の準位が存在す
ることを示している。さらに１３００ｎｍ近傍の赤外光
で励起された二光子励起状態は、スクエアリリウム色素
のＪ−会合体内でのエネルギー移動により、エネルギー
的には低い一光子励起状態に移行する。この励起状態が
発光により緩和したため、７８０ｎｍ近傍の蛍光が観測
されている。

【００５９】以上の内容を分かりやすく図示すると、図
４のようになる。すなわち図４は、色素会合体膜Ａの一
光子励起及び二光子励起による蛍光の発生を説明するエ
ネルギー準位に関する模式図である。図４から、可視お
よび近赤外領域にしか吸収帯を有しない色素会合体膜Ａ
であっても、二光子励起過程を通じてやれば赤外光によ
り励起できることがわかる。

【００６０】以上の如き、色素会合体膜における二光子
吸収による光学特性変化を利用したものが、第１の実施
の形態の光スイッチである。すなわち、第１の実施の形
態の光スイッチは、二光子励起し得る波長の制御光、こ
こでは１３００ｎｍ近傍の赤外光により、二光子励起さ
せることによって色素会合体膜の光学特性を変化させ
て、一光子励起し得る波長の信号光、ここでは７８０ｎ
ｍ近傍の可視光を光スイッチングし得ることを特徴とす
る。なお、本発明において「近傍」とは、当該波長から
若干ずれる波長を含む概念とし、例えば±５％の波長領
域全体を含むものとする。

【００６１】第１の実施の形態の光スイッチについて、
吸収飽和の測定をフェムト秒ポンプ・プローブ法により
測定した。波長１３００ｎｍ、パルス幅２００ｆｓ、１
パルス当たりのエネルギー２５ｍＪ／ｃｍ²のポンプ光
（制御光）を照射したときの過渡吸収スペクトルを図５
に示す。７７０ｎｍのポンプ光（制御光）による一光子
励起の場合と同様に会合体吸収の短波長側に吸収の増大
（誘導吸収）、長波長側に吸収の減少（吸収飽和）の見
られる過渡スペクトルが観測された。これは、１３００
ｎｍのポンプ光で一旦二光子許容の準位に励起されたエ
ネルギーが、７７５ｎｍの会合体の一光子の準位に移動
し、このため信号光（プローブ光）による一光子励起が
抑制され、吸収飽和として観察されていることを示して
いる。吸収飽和の回復の時定数は、実励起を伴っている
ので、一光子で励起した場合と同様に５００ｆｓであっ
た。また吸収飽和の大きさは通常の一光子の場合と異な
り、励起光パルスエネルギーの自乗に比例して大きくな
った。

【００６２】（第２の実施の形態）第１の実施の形態に
おいて説明した、色素会合体膜Ａにおける二光子吸収に
よる光学特性変化を利用したものとして、以下に示す第
２の実施の形態の光スイッチも挙げることができる。す
なわち、第２の実施の形態の光スイッチは、二光子励起
し得る波長の制御光、ここでは１３００ｎｍ近傍の赤外
光により一光子分の仮の励起が成され、二光子励起し得
る波長の信号光、ここでは１３００ｎｍ近傍の赤外光に
より残りの一光子分の励起が成され、結果として二光子
励起されることにより、二光子励起し得る波長の信号光
を光スイッチングし得ることを特徴とする。

【００６３】二光子遷移確率は、励起光エネルギーがパ
ルス当たり２５ｍＪ／ｃｍ²のとき、一光子の場合の１
０００分の１であるが、７５ｍＪ／ｃｍ²のときは１０
０分の１に向上する。このことは今回使用した吸光度
２．５の色素会合体膜Ａで７５ｍＪ／ｃｍ²のポンプ光
（制御光）で励起をした場合に、１３００ｎｍ近傍の信
号光を約１０％の確率で吸収する新たな仮想的吸収帯が
発生していることを示している。つまり、第２の実施の
形態の光スイッチによれば、１３００ｎｍ近傍のポンプ
光（制御光）で励起することにより、１３００ｎｍ近傍
の信号光（プローブ光）をも光スイッチングすることが
できる、言いかえれば、赤外光を制御光として、赤外光
の信号光を制御することができるものである。

【００６４】色素会合体膜Ａの二光子励起による吸収飽
和と、第２の実施の形態における新たな赤外領域におけ
る吸収の発生を説明するエネルギー準位に関して模式的
に図６に示す。

【００６５】（第３の実施の形態）色素会合体膜Ａを１
５５０ｎｍの赤外光で照射すると、図７に示すように、
ポンプ光（制御光）とプローブ光（信号光）とが同時に
照射される時間原点付近にのみ、過渡的な吸収スペクト
ル変化が観測され、二光子仮想励起されていることがわ
かる。

【００６６】このような、色素会合体膜における二光子
仮想励起による光学特性変化を利用したものが、第３の
実施の形態の光スイッチである。すなわち、第３の実施
の形態の光スイッチは、一光子励起し得る波長に対し
て、略倍の波長の制御光、ここでは１５５０ｎｍ近傍の
赤外光により、二光子仮想励起することによって色素会
合体膜の光学特性を変化させて、一光子励起し得る波長
の信号光、ここでは１５５０ｎｍの略半分である７７５
ｎｍ近傍の可視光を光スイッチングし得ることを特徴と
する。なお、本発明において「略倍」あるいは「略半
分」とは、正確に２倍あるいは半分の波長のみならず、
その近傍の波長を含む概念とする。

【００６７】第３の実施の形態では、先の二光子蛍光の
励起スペクトルでも明らかなように、実励起を伴わず、
仮想的な二光子の励起状態と一光子の励起状態との共鳴
的な相互作用によってのみ光学特性変化が引き起こされ
ているため、効率は多少低下するが、ポンプ光（制御
光）の存在する時間範囲、すなわち２００ｆｓの時間幅
のみの信号が現れる。仮想的な準位でのこのような応答
は、全く尾を引かないため、非常に高い繰り返しでの使
用が可能になる。また１３００ｎｍの波長の制御光を照
射したときと同様に、１５００ｎｍの波長の制御光を照
射したときも透過特性など光学特性が変化している。つ
まり二光子吸収を利用した光スイッチは、通常の一光子
励起によるものに比べて効率面では悪くなるものの応答
速度の面では優れた光スイッチが形成できることを示し
ている。また効率に関しては、制御光のエネルギーが強
くなるほどその自乗に比例して向上する、あるいはパル
ス当たりのエネルギーが等しくても、パルスの時間幅が
短くなれば、その時間幅比の自乗に逆比例して大きくな
るという性能も有している。

【００６８】（第４の実施の形態）色素分子薄膜に電界
を印加して計測される電場変調スペクトルは、静電場と
いう一つの電場を利用することにより一光子の吸収スペ
クトルの変調分として二光子吸収帯を観測できることが
知られている（「Ｍｏｎｏｍｏｌｅｃｕｌａｒｌａｙ
ｅｒｏｆｓｑｕａｒｙｌｉｕｍｄｙｅＪａｇ
ｇｒｅｇａｔｅｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇａｆｅｍｔ
ｏｓｅｃｏｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｄｅｌｏｃａ
ｌｉｚｅｄｅｘｃｉｔｏｎｓ」ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，７２，２１，（１９９
８），ｐ．２６４８)。前記色素会合体膜Ａにこの電場
変調吸収測定を応用すると、図３で見られた吸収帯が一
光子吸収として観測される。すなわち電場印加の変調分
として６５０ｎｍに吸収帯が観測される。

【００６９】この電場変調を利用すると、二光子励起の
選択則を三光子励起の選択則つまり一光子励起と同様の
選択則に変えることができる。このような、電場変調を
利用して二光子励起の選択則を一光子と同様の選択則に
変えた上で、色素会合体膜における二光子吸収による光
学特性変化を利用したものが、第４の実施の形態の光ス
イッチである。すなわち、第４の実施の形態の光スイッ
チは、電界を印加することにより、二光子励起禁制の波
長、ここでは１５５０ｎｍ近傍を許容遷移に変えるとと
もに、当該許容遷移に変わった波長の制御光（１５５０
ｎｍ近傍の赤外光）により、一光子励起し得る波長の信
号光、ここでは７７５ｎｍ近傍の可視光を光スイッチン
グし得ることを特徴とする。

【００７０】第４の実施の形態の光スイッチについて、
電場を印加した状態で、１５５０ｎｍのポンプ光（制御
光）によりポンプ・プローブ測定を行うと、二光子仮想
励起した第３の実施の形態とは異なり、実励起を伴う図
５と同様な過渡吸収スペクトル変化が観測される。すな
わち静電場を介して一光子の励起子帯を二光子で共鳴実
励起することができる。第４の実施の形態による効率
は、電場変調の大きさに依存するが、仮想励起による第
３の実施の形態に比べてはるかに高効率である。これら
第３の実施の形態および第４の実施の形態の原理を図８
に模式的に示す。

【００７１】第４の実施の形態において、印加すべき電
界は、少なくとも制御光の照射の瞬間に印加されていれ
ばよい。また、印加すべき電界の大きさとしては、１０
⁴〜１０⁶Ｖ／ｃｍ程度であり、印加すべき電圧は、色素
会合体の質に大きく依存し、良質なものほど低い電圧で
大きな効果が得られる。

【００７２】（第５の実施の形態）第４の実施の形態に
おいて説明した、色素会合体膜Ａにおける電場変調と二
光子吸収による光学特性変化を利用したものとして、以
下に示す第５の実施の形態の光スイッチも挙げることが
できる。すなわち、第５の実施の形態の光スイッチは、
電界を印加することにより、二光子励起禁制の波長、こ
こでは１５５０ｎｍ近傍を許容遷移に変えるとともに、
当該許容遷移に変わった波長の制御光（１５５０ｎｍ近
傍の赤外光）により一光子分の仮の励起が成され、前記
許容遷移に変わった波長の信号光、ここでは１５５０ｎ
ｍ近傍の赤外光により残りの一光子分の励起が成され、
結果として二光子励起されることにより、前記許容遷移
に変わった波長の信号光（１５５０ｎｍ近傍の赤外光）
を光スイッチングし得ることを特徴とする。電場変調ま
での構成は、第４の実施の形態と同様である。

【００７３】本実施の形態の光スイッチは、電場変調を
利用して二光子励起の選択則を一光子と同様の選択則に
変えた上で、第２の実施の形態の光スイッチ同様、制御
光（１５５０ｎｍ近傍の赤外光）による一光子分の仮の
励起が成され、残りの一光子分の励起を信号光（１５５
０ｎｍ近傍の赤外光）に担わせることにより、１５５０
ｎｍ近傍に新たな仮想的吸収帯が発生し、当該信号光を
光スイッチングし得るものである。第５の実施の形態に
よれば、二光子励起禁制の波長の赤外光を制御光に使用
することができ、かつ、当該波長の信号光を光スイッチ
ングすることができる。

【００７４】以上、第１〜第５の実施の形態に示すよう
に、７７５ｎｍ近傍に色素会合体に由来する励起子吸収
帯を有する上記色素会合体膜Ａは、１３００ｎｍの制御
光により７８０ｎｍおよび１３００ｎｍの信号光の透過
あるいは反射・屈折強度を変化させ、これら信号光をス
イッチングすることができ、さらに１５００ｎｍの制御
光により７８０ｎｍおよび１５００ｎｍの信号光をスイ
ッチングすることができる。そして電場印加により変調
の効率を高めることも可能である。以上、第１〜第５の
実施の形態では、色素会合体膜Ａを用いた例により説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、

【００７５】［本発明の適用範囲］本発明は、一般に言
われるいわゆるオン・オフ型の光スイッチの他、光分配
器、光変調器、光スイッチ列に応用することができる。
すなわち、本発明において光スイッチとは、光で光を変
調する広い意味での光変調器全体を包含する概念であ
る。したがって、必ずしもオン・オフ型の光スイッチの
みを意味しない。光変調器は、光路変換素子、レンズ、
ミラー、方向性結合器の他、制御光により誘起された屈
折率変化により信号光を変調するデバイス全てを含む。
また、屈折率変化の要因は特に限定されず、吸収飽和現
象以外にも、色素会合体膜の示す２次または３次の非線
形光学効果の全てを利用することができる。

【００７６】さらに本発明において光スイッチとは、該
光スイッチを組み合わせた光分配器等のシステムデバイ
スをも包含する概念である。また、色素会合体膜に利用
する色素分子も、一例としてスクエアリリウム色素を示
したが、可視光および近赤外光領域に吸収帯を有する色
素会合体薄膜は、全て二光子励起の可能性を有してお
り、本発明に利用することができる。特に、６００ｎｍ
〜８００ｎｍに会合体由来の吸収を示す色素会合体膜を
好ましく利用することができる。

【００７７】以上、本発明を実施の形態を挙げつつ説明
したが、二光子過程は必ずしも等しい波長の光を利用す
る必然性はなく、２つの光の振動数の和が実励起あるい
は仮想的共鳴励起のエネルギーギャップに一致しておれ
ば良く、その意味では非常に広い波長選択性がある。

【００７８】また、以上の実施の形態では、その最も有
望な材料系であるスクエアリリウム色素のスピンコート
膜を色素会合体膜の例として説明したが、同様の現象は
他の製膜法および他の分子系でも観察されるものであ
る。したがって本発明はこれら材料に限定されるもので
はない。

【００７９】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げてより具体的に
説明する。ただし、本発明は、以下の実施例により限定
されるものではない。

【００８０】［実施例１］本発明の光スイッチを以下の
ように試作した。図９に、本実施例において作製した光
スイッチの模式断面図を示す。信号光Ｙの入射角、およ
び、スピンコート法で形成されるスクエアリリウム色素
のＪ−会合体膜である色素会合体膜１１の膜厚は、色素
会合体膜１１の表面反射光の強度と、色素会合体膜１１
を２回、４回、６回および８回透過した光の強度の総和
が等しくなるように選択した。構成としては、ガラス基
板（固体基板）１４表面に、酸化チタンと酸化ケイ素と
を、信号光入射角に対応して１／４波長の光学膜厚で、
それぞれ交互に積層（１０周期）した誘電体多層膜ミラ
ー１３、色素会合体膜１１に近い屈折率を有する酸化チ
タンからなるスペーサー１２を順次積層し、さらにその
上にスクエアリリウム色素のＪ−会合体膜である色素会
合体膜１１をスピンコート法により形成し、光スイッチ
を作製した。

【００８１】このとき、スペーサー１２の膜厚は、制御
光Ｘなしの状態で、信号光Ｙの色素会合体膜１１表面で
の反射光と誘電体多層膜ミラー１３からの反射光とが、
１／２位相ずれる厚みとし、色素会合体膜１１表面での
反射光と誘電体多層膜ミラー１３からの反射光とが干渉
して、全体として反射光の強度がになるよう調整した。

【００８２】（１）パルス幅２００ｆｓ、７８０ｎｍの
信号光Ｙ（１００ｎＪ／ｃｍ²）、およびパルス幅２０
０ｆｓ、１３００ｎｍの制御光Ｘ（５０ｍＪ／ｃｍ²）
を照射したところ、制御光Ｘの照射時のみ信号光Ｙの反
射が観測された。このときの光スイッチの応答速度は５
００ｆｓであった。このように、制御光Ｘの有無で可視
光である信号光Ｙのオン・オフを行うことができた。

【００８３】（２）さらに誘電体多層膜ミラー１３の設
計を１３００ｎｍの信号光に合わせて、信号光１３００
ｎｍの信号光Ｙ（２５ｍＪ／ｃｍ²）および１３００ｎ
ｍの制御光Ｘ（２５ｍＪ／ｃｍ²）を照射したととこ
ろ、制御光Ｘの照射時のみ信号光Ｙの反射が観測され
た。このときの光スイッチの応答速度は２００ｆｓであ
った。このように、制御光Ｘの有無で赤外光である信号
光Ｙのオン・オフを行うことができた。

【００８４】（３）同様にして、信号光Ｙを７８０ｎｍ
（１００ｎＪ／ｃｍ²）にし、１５５０ｎｍの制御光Ｘ
（１００ｍＪ／ｃｍ²）としたところ、同様に信号光Ｙ
のオン・オフを行うことができ、応答速度は２００ｆｓ
であった。

【００８５】（４）さらに同様にして、信号光Ｙを１５
５０ｎｍ（５０ｍＪ／ｃｍ²）にし、１５５０ｎｍの制
御光Ｘ（５０ｍＪ／ｃｍ²）とした場合にも、同様に信
号光Ｙのオン・オフを行うことができ、応答速度は２０
０ｆｓであった。

【００８６】［実施例２］スペーサー膜１２と色素会合
体膜１１との間に、図１０に示す形状の櫛形電極（材
質：金、厚さ０．５μｍ）１６ａ，１６ｂを設けたこと
以外は、実施例１と同様にして、光スイッチを作製し
た。

【００８７】櫛形電極１６ａ，１６ｂ間に±１０Ｖの交
流電界を印加しながら、実施例１と同様に、１５００ｎ
ｍの制御光Ｘを照射し、７８０ｎｍ（１００ｎＪ／ｃｍ
²）および１５５０ｎｍ（２５ｍＪ／ｃｍ²）の信号光Ｙ
を、それぞれオン・オフしたところ、制御光Ｘはそれぞ
れ５０ｍＪ／ｃｍ²および２５ｍＪ／ｃｍ²のパルスエネ
ルギーで同じ信号強度を得ることができた。

【００８８】［実施例３］図１１は本発明の光スイッチ
を利用した光分配器を模式的に示す図である。光分配器
は、テラビット信号光をギガビット信号光に変換する本
システム全体を示すものであり、光変調器としての機能
および光スイッチ列としての機能を併せ持つ超高速空間
変調素子２２を有している。実施例１および２で用いた
色素会合体膜１１は、光分配器中にある超高速空間変調
素子２２の材料として用いられる。超高速空間変調素子
２２は光変調器として、制御光２６により、信号光２０
に強度変調を与えるものである。

【００８９】この超高速空間変調素子２２は、図１１に
示すような個々の光スイッチが集合した光スイッチ列２
４により形成される。光スイッチ列２４は、固体基板上
に形成された色素会合体膜１１を部分的に被覆すること
により容易に形成できる。

【００９０】本実施例の動作状態を断面から見た模式図
である図１２を用いて、光分配器の動作を簡単に説明す
る。十分に波面の広がったテラビット信号光２０を超高
速空間変調素子２２に対して垂直に入射させる（便宜的
に図１１においては５パルスのみ、図１２においては６
パルスのみ示している。）。一方、同様に波面を広げた
制御光（フェムト秒パルス光）２６を、超高速空間変調
素子２２に対して傾斜した方向から入射させる（図１２
（Ａ））。

【００９１】超高速空間変調素子２２の傾斜による制御
光２６の光路差のため、ある瞬間においては、超高速空
間変調素子２２を形成する光スイッチ列２４のうち、唯
一の光スイッチ２４’のみを作動させることが可能であ
る（図１２（Ｂ））。

【００９２】超高速空間変調素子２２上に到達している
テラビット信号光２０は、制御光２６と交差する位置で
ある光スイッチ２４’のみが作動しているため、当該箇
所のみが切り出され、制御光２６の超高速空間変調素子
２２上への到達時間の違いから、各テラビット信号光２
０は異なる空間位置で切り出される（図１２（Ｃ））。

【００９３】空間的に並列に切り出された信号光２８
は、受光素子アレイ３０の各素子上に割り振ることが可
能となり、受光素子アレイ３０により別々に読み出され
る（図１２（Ｄ））。

【００９４】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、吸収帯が
可視光および近赤外光領域にあっても、二光子過程を利
用することにより通信波長帯である１３００ｎｍ近傍お
よび１５５０ｎｍ近傍の光により動作させることができ
る。

【００９５】色素会合体薄膜の二光子吸収を利用する本
発明の光スイッチは、フェムト秒領域での光スイッチと
して使用可能である。本発明によれば、テラビット光通
信のための高性能な超高速光スイッチを、極めて低コス
トで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態において用いたスクエアリリウム
色素の色素会合体膜Ａの吸収スペクトルを示すグラフで
ある。

【図２】スクエアリリウム色素の色素会合体膜Ａの二
光子励起による蛍光のスペクトルを示すグラフである。

【図３】スクエアリリウム色素の色素会合体膜Ａの二
光子励起による蛍光強度の励起波長依存性を示すグラフ
である。

【図４】スクエアリリウム色素の色素会合体膜Ａの一
光子励起及び二光子励起による蛍光の発生を説明するエ
ネルギー準位に関する模式図である。

【図５】スクエアリリウム色素の色素会合体膜Ａを、
１３００ｎｍのポンプ光（制御光）により励起したとき
の、可視光および近赤外光領域における過渡吸収スペク
トルを示すグラフである。

【図６】スクエアリリウム色素の色素会合体膜Ａの二
光子励起による吸収飽和と、第２の実施の形態における
新たな赤外領域における吸収の発生を説明するエネルギ
ー準位に関する模式図である。

【図７】スクエアリリウム色素の色素会合体膜Ａを１
５５０ｎｍの制御光により励起したときの、可視光およ
び近赤外光領域における過渡吸収スペクトルを示すグラ
フである。

【図８】第３の実施の形態の原理である色素会合体膜
Ａの二光子励起に伴う仮想状態による吸収飽和の機構
と、第４の実施の形態の原理である電界印加により三光
子許容になった色素会合体膜Ａの吸収飽和の機構を説明
するエネルギー準位に関する模式図である。

【図９】実施例において作製した光スイッチの模式断
面図である。

【図１０】光スイッチに用いられる電場変調用の櫛形
電極の模式平面図である。

【図１１】実施例において作製した光分配器を示す模
式図である。

【図１２】実施例において作製した光分配器の動作状
態を断面から見た模式図である。

【符号の説明】

１１色素会合体膜１２スペーサ１３誘電体多層膜ミラー（反射層）１４ガラス基板（固体基板）１６ａ，１６ｂ櫛形電極２０テラビット信号光２２超高速空間変調素子２４光スイッチ列２６制御光２８空間的に並列に切り出された信号光３０受光素子アレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤康郊神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者田民権神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者夫龍淳神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB04 BA01 BA06 CA05 CA06 HA19 HA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】色素会合体膜における二光子吸収による
光学特性変化を利用することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】二光子励起し得る波長の制御光により、
二光子励起させることによって色素会合体膜の光学特性
を変化させて、一光子励起し得る波長の信号光を光スイ
ッチングし得ることを特徴とする請求項１に記載の光ス
イッチ。
【請求項３】制御光の波長が１３００ｎｍ近傍および
／または１５５０ｎｍ近傍であり、信号光の波長が可視
光領域であることを特徴とする請求項２に記載の光スイ
ッチ。
【請求項４】一光子励起し得る波長に対して、略倍の
波長の制御光により、二光子仮想励起することによって
色素会合体膜の光学特性を変化させて、一光子励起し得
る波長の信号光を光スイッチングし得ることを特徴とす
る請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】一光子励起し得る波長が１３００ｎｍ近
傍または１５５０ｎｍ近傍の略半分であることを特徴と
する請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項６】二光子励起し得る波長の制御光により一
光子分の仮の励起が成され、二光子励起し得る波長の信
号光により残りの一光子分の励起が成され、結果として
二光子励起されることにより、二光子励起し得る波長の
信号光を光スイッチングし得ることを特徴とする請求項
１に記載の光スイッチ。
【請求項７】電界を印加することにより、二光子励起
禁制の波長を許容遷移に変えるとともに、当該許容遷移
に変わった波長の制御光により、一光子励起し得る波長
の信号光を光スイッチングし得ることを特徴とする請求
項１に記載の光スイッチ。
【請求項８】電界を印加することにより、二光子励起
禁制の波長を許容遷移に変えるとともに、当該許容遷移
に変わった波長の制御光により一光子分の仮の励起が成
され、前記許容遷移に変わった波長の信号光により残り
の一光子分の励起が成され、結果として二光子励起され
ることにより、前記許容遷移に変わった波長の信号光を
光スイッチングし得ることを特徴とする請求項１に記載
の光スイッチ。
【請求項９】許容遷移に変わった二光子励起禁制の波
長が、一光子励起し得る波長の略倍の波長であることを
特徴とする請求項７または８に記載の光スイッチ。
【請求項１０】許容遷移に変わった二光子励起禁制の
波長が、１５５０ｎｍ近傍であることを特徴とする請求
項７または８に記載の光スイッチ。
【請求項１１】色素会合体膜が、色素のＪ−会合体に
よるものであることを特徴とする請求項１ないし１０の
いずれか１記載の光スイッチ。
【請求項１２】色素会合体膜が、スクエアリリウム色
素からなる会合体によるものであることを特徴とする請
求項１ないし１１のいずれか１に記載の光スイッチ。
【請求項１３】スクエアリリウム色素が、下記一般式
（Ｉ）で表される化合物であることを特徴とする請求項
１２に記載の光スイッチ。一般式（Ｉ）【化１】（Ｒ₁およびＲ₂は同じでも異なっていてもよく、それぞ
れアルキル基を示し、ＸはＨ、Ｆ、ＯＨ、ＣＨ₃または
ＯＣＨ₃を示す。）
【請求項１４】色素会合体膜からなる光スイッチに、
前記色素会合体膜が二光子励起し得る波長の制御光を照
射し、二光子励起させることによって色素会合体膜の光
学特性を変化させて、一光子励起し得る波長の信号光を
光スイッチングすることを特徴とする光スイッチング方
法。
【請求項１５】色素会合体膜からなる光スイッチに、
前記色素会合体膜が一光子励起し得る波長に対して略倍
の波長の制御光を照射し、二光子仮想励起することによ
って色素会合体膜の光学特性を変化させて、一光子励起
し得る波長の信号光を光スイッチングすることを特徴と
する光スイッチング方法。
【請求項１６】色素会合体膜からなる光スイッチに、
二光子励起し得る波長の制御光を照射し一光子分の仮の
励起をさせ、二光子励起し得る波長の信号光により残り
の一光子分の励起をさせ、結果として二光子励起させる
ことにより、二光子励起し得る波長の信号光を光スイッ
チングすることを特徴とする光スイッチング方法。
【請求項１７】色素会合体膜からなる光スイッチに、
電界を印加して、二光子励起禁制の波長を許容遷移に変
えるとともに、当該許容遷移に変わった波長の制御光を
照射して、一光子励起し得る波長の信号光を光スイッチ
ングすることを特徴とする光スイッチング方法。
【請求項１８】色素会合体膜からなる光スイッチに、
電界を印加して、二光子励起禁制の波長を許容遷移に変
えるとともに、当該許容遷移に変わった波長の制御光を
照射し一光子分の仮の励起をさせ、前記許容遷移に変わ
った波長の信号光により残りの一光子分の励起をさせ、
結果として二光子励起させることにより、前記許容遷移
に変わった波長の信号光を光スイッチングすることを特
徴とする光スイッチング方法。
【請求項１９】色素会合体膜が、色素のＪ−会合体に
よるものであることを特徴とする請求項１４ないし１８
のいずれか１に記載の光スイッチング方法。
【請求項２０】色素会合体膜が、スクエアリリウム色
素からなる会合体によるものであることを特徴とする請
求項１４ないし１９のいずれか１に記載の光スイッチン
グ方法。
【請求項２１】スクエアリリウム色素が、下記一般式
（Ｉ）で表される化合物であることを特徴とする請求項
２０に記載の光スイッチング方法。一般式（Ｉ）【化２】（Ｒ₁およびＲ₂は同じでも異なっていてもよく、それぞ
れアルキル基を示し、ＸはＨ、Ｆ、ＯＨ、ＣＨ₃または
ＯＣＨ₃を示す。）