JP2003513336A

JP2003513336A - 光シャッタ

Info

Publication number: JP2003513336A
Application number: JP2001535113A
Authority: JP
Inventors: スティーブン・エー・カールソン
Original assignee: スティーブン・エー・カールソン
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2003-04-08
Also published as: AU3642801A; WO2001037034A2; CA2389729A1; AU772671B2; JP2003515188A; EP1248961A2; US6589451B1; AU1461001A; WO2001033286A1; EP1230577A1; AU772621B2; US6381059B1; CA2389467A1; WO2001037034A3

Abstract

(57)【要約】【課題】有機フリーラジカル化合物を有する光シャッタを提供する。【解決手段】有機フリーラジカル化合物が光誘起反応の結果、近赤外における吸収の変化した反応生成物を生成し、好適にはフォトン吸収後０．１ナノ秒未満で光誘起反応が生じ、この吸収変化は可逆的であり１０ミリ秒未満で光シャッタは可逆的にイメージングされフリーラジカル化合物を再生する。光ファイバ通信の光スイッチ、レーザ保護装置、安全保護システム、及び目に装着する装置として光シャッタが用いられる。光シャッタを有する光スイッチアレイ、光バッファ、光ルータ、及び調整可能な光利得フィルタが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の分野］本発明は、光シャッタの分野に関し、特に、近赤外及び／又は可視波長領域に
おいて動作する光シャッタに関する。更に具体的には、本発明は、有機フリーラ
ジカル化合物を有する光シャッタに関し、その有機フリーラジカル化合物は、フ
リーラジカル化合物の光誘導反応の結果として波長域における吸収変化を呈する
反応生成物を形成する。この光シャッタは、フリーラジカル化合物を再生するた
めに可逆的にイメージングできる。本発明はまた、本発明の光シャッタを具備す
る光スイッチアレイ、光バッファ、光ルータ、及び同調可能な光利得フィルタに
関する。

【０００２】［発明の背景］光ファイバシステムを介したデータ通信の質及び速度は、インターネット利用
及び他の通信からくる要望が増大しているために急速に進展しているおり、完全
光スイッチングシステムに対して、汎用スイッチの高コストと低スイッチング速
度を克服すべく関心が高まっている。これらの汎用スイッチには、例えば、種々
の機械式スイッチ、電気光スイッチ、及び熱光スイッチ等がある。例えば、Dona
ldによる米国特許No.5,732,168及びNo.5,828,799に開示されている。特に、光信
号から電気信号へのスイッチング及びその後の光信号への復帰を含むスイッチン
グシステムが複雑になりかつコスト高となったために、完全光スイッチにへの関
心が非常に高まった。

【０００３】完全光スイッチは、通常、１つの出力ポートから別のポートへ光信号を切り替
える。これは、通常、ポンプレーザ源からの入力ポンプ信号を適用して光信号を
選択的に切り替えることにより実現される。このスイッチは、レーザポンプ信号
に応答して光信号の光を、出力ポートのいずれかへ選択的に切り替える。

【０００４】完全光スイッチすなわちハイブリッド光スイッチを製造するための様々な手法
が知られている。例えば、Maenoらによる米国特許No.5,905,587、Aksyukらによ
るNo.5,923,798、BakerらによるNo.5,970,185、Mueller-FiedlerらによるNo.5,8
41,912、RaoらによるNo.5,757,525、SanchezらによるNo.5,872,648、Kobayashi
らによるNo.5,091,984、WolffによるNo.5,406,407、ScaloraらによるNo.5,740,2
87、TomlonsonによるNo.5,960,133、WaslielewskiらによるNo.5,539,100がある
。例えば、Hodgsonによる米国特許No.5,943,453には、完全光スイッチの基本構
成の一つであるMach-Zehnder干渉計が開示され、これは、入力光信号を受信する
ための第１の光ファイバ入力アームと、スイッチングポンプ信号を受信するため
の第２の光ファイバ入力アームとを有する。これらの入力アームは、互いに融合
されることにより第１のカプラを形成するが、これは引き続き２つの中間アーム
へと分岐する。第１のカプラは入力信号を等分するように分割し、それぞれが２
つの中間アームへ入る。これら２つの中間アームは一旦再び融合されることによ
り第２のカプラを形成し、これは２つの出力アームへ分岐する。２つの中間アー
ムを通った後、２つの信号は第２のカプラにより再結合される。これら２つの信
号が第２のカプラにおいて同位相であれば、全ての光が第２の出力ポートの一方
のポートへ結合される。２つの信号が完全に位相がずれていれば、光は２つの出
力ポートの他方のポートへ結合される。光スイッチングにおけるMach-Zehnder干
渉計の信頼性は、一般的に、温度依存性の影響に対して敏感である。

【０００５】光ファイバ中の光信号を、例えば、約１５４０〜１５６０nmの近赤外領域にお
ける１６の異なる波長における１６個の信号へ変換する波長追加／廃棄マルチプ
レクサ（ＷＡＤＭ）の利用により、光スイッチの改良の必要性は増している。例
えば、GilesらによるBell Labs Technical Journal, January-March 1999, p. 2
07-229及びこの中の参考文献、Danagherらによる米国特許No.5,959,749に開示さ
れている。波長チャネルの間が約１nmである。光スイッチの基本的機能は、光フ
ァイバを通る多数の波長に対して光信号を追加したり廃棄したりすることである
。光ファイバー毎の多重波長から、そして多重光ファイバーから、例えば１００
×１００以上の光スイッチアレイまでの光信号を処理する光スイッチのアレイが
強く求められている。さらに、光スイッチの応答時間が超高速、例えば１ナノ秒
又はそれ未満であることも強く要望されている。

【０００６】ハイブリッド電気光システム及び他のシステムの複雑さ及びコストを回避する
と共に、ミリ秒範囲からナノ秒又はピコ秒範囲へスイッチング時間の速度を高速
にする完全光スイッチングシステムが利用可能となれば、有用である。

【０００７】［発明の概要］励起状態がフリーラジカル基底状態からの励起状態であるような有機フリーラ
ジカル化合物は、１ピコ秒又はそれ未満の短い時間スケールにより付随する熱生
成と共にこの励起状態から基底状態へ戻る速やかな内部変換を行うことができる
。この一例においては、有機ラジカルカチオン化合物がサーモクロミック化合物
の存在下でフォトンを吸収し、その吸収されたフォトンを１ナノ秒又はそれ未満
で熱へと変換し、そのサーモクロミック化合物における熱誘導変化による吸収変
化を生じる。これは、1998年12月3日に公開されたCarlsonによるPCT公報No.WO98
/54615に開示された「Optical Shutter Device」に開示されている。本発明は、
光誘起電子移動反応を行うことによりフリーラジカル化合物の酸化又は還元によ
る吸収変化を生じる有機フリーラジカル化合物を利用する。この光誘起電子移動
反応は、吸収されたフォトンの熱への内部変換よりも高速にかつ高効率で生じ得
る。あるいは、この熱への内部変換よりも同程度又は僅かに低速かつ効率的に生
じ得ることにより、電子遷移と熱生成プロセスの双方が生じる。

【０００８】本発明の一態様は、有機フリーラジカル化合物を含む光シャッタに関し、その
フリーラジカル化合物は、フリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結果と
して近赤外波長領域における吸収が変化した酸化生成物又は還元生成物を形成す
ることを特徴とする。一実施例では、フリーラジカル化合物が、ラジカルカチオ
ンであり、好適にはアミニウムラジカルカチオンであり、そしてさらに好適には
、ラジカルカチオンがトリス(ｐ−ジブチルアミノフェニル)アミニウム・ヘキサ
フルオロアンチモネートである。一実施例では、フリーラジカル化合物が、ラジ
カルアニオンであり、好適にはアントラセミキノン・ラジカルアニオンである。

【０００９】本発明の光シャッタの一実施例においては、フリーラジカル化合物がラジカル
カチオンであり、そしてこの光シャッタがさらにラジカルアニオンを含む。一実
施例では、フリーラジカル化合物がラジカルアニオンであり、そしてこの光シャ
ッタがさらにラジカルカチオンを含む。一実施例では、フリーラジカル化合物が
１又は複数のラジカルカチオン及び１又は複数のラジカルアニオンを含み、かつ
、吸収変化が、１又は複数のラジカルカチオンの少なくとも１つ及び１又は複数
のラジカルアニオンの少なくとも１つの光誘起電子移動反応から生じる。一実施
例では、フリーラジカル化合物がラジカルカチオン及びラジカルアニオンの塩を
含む。

【００１０】本発明の光シャッタの一実施例では、吸収変化が０．１以上、好適には０．５
以上、そしてさらに好適には１．５以上である。一実施例では、吸収変化の近赤
外波長領域が７００〜１０００nmである。一実施例では、吸収変化の近赤外波長
領域が１０００〜１４００nmであり、好適には、１４００〜１６００nmであり、
さらに好適には１５２０〜１５８０nmであり、そして最も好適には１５００〜１
７００nmである。

【００１１】本発明の光シャッタの一実施例では、光誘起電子移動反応が、フリーラジカル
化合物によるフォトン吸収後１ナノ秒未満で生じ、好適には０．１ナノ秒未満で
生じ、さらに好適には０．０１ナノ秒未満で生じ、そして最も好適にはフリーラ
ジカル化合物によるフォトン吸収後０．００１ナノ秒未満すなわち１ピコ秒未満
で生じる。

【００１２】本発明の光シャッタの一実施例では、光誘起電子移動反応は、フリーラジカル
化合物の酸化である。適切な電子移動反応には、フリーラジカル化合物の１電子
酸化、フリーラジカル化合物の２電子酸化、フリーラジカル化合物の１電子還元
、及びフリーラジカル化合物の２電子還元が含まれるが、これらに限定されない
。

【００１３】本発明の光シャッタの好適な実施例では、吸収変化は可逆的である。一実施例
では、吸収における可逆変化が熱により誘起される。一実施例では、吸収におけ
る可逆変化が、紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射からなる群から選択さ
れる照射により誘起され、そして、好適には、吸収における可逆変化が酸素の存
在によりさらに誘起される。一実施例では、吸収における可逆変化が照射のない
場合に５０℃未満で生じる。一実施例では、吸収における可逆変化が１秒未満で
生じ、好適には１０ミリ秒未満で生じ、さらに好適には１ミリ秒未満で生じ、そ
して最も好適には０．１ミリ秒未満で生じる。

【００１４】本発明の光シャッタの一実施例では、光誘起電子移動反応が紫外線照射により
誘起される。一実施例では、光誘起電子移動反応が可視光照射により誘起され、
そして好適には、近赤外線照射により誘起される。一実施例では、光誘起電子移
動反応がフリーラジカル化合物のフリーラジカル基底状態によるフォトンの吸収
により誘起される。

【００１５】本発明の光シャッタの一実施例では、光シャッタがさらに、その光シャッタの
フリーラジカル化合物を含む層の少なくとも一方の面上に金属層を有する。一実
施例では、金属層はアルミニウムである。

【００１６】本発明の一態様は、有機ラジカルカチオン化合物を含む光シャッタに関し、そ
のラジカルカチオン化合物は、ラジカルカチオン化合物の光誘起電子移動反応の
結果として近赤外領域に吸収変化のある酸化生成物又は還元生成物を生成するこ
とを特徴とする。一実施例では、光シャッタはさらに、ラジカルアニオンを含む
。

【００１７】本発明の別の態様は、有機ラジカルアニオン化合物を含む光シャッタに関し、
そのラジカルアニオン化合物は、ラジカルアニオン化合物の光誘起電子移動反応
の結果として近赤外領域に吸収変化のある酸化生成物又は還元生成物を生成する
ことを特徴とする。一実施例では、光シャッタはさらに、ラジカルカチオンを含
む。

【００１８】本発明のさらに別の態様は、１又は複数のカチオン及び１又は複数のアニオン
を含む光シャッタに関し、少なくとも１つのラジカルカチオン及び少なくとも１
つのラジカルアニオンが、その少なくとも１つのラジカルカチオン及び少なくと
も１つのラジカルアニオンの光誘起電子移動反応の結果として近赤外領域に吸収
変化のある酸化生成物若しくは還元生成物を生成することを特徴とする。

【００１９】本発明のさらに別の態様は、有機フリーラジカル化合物、好適にはラジカルカ
チオン化合物又はラジカルアニオン化合物を含む光シャッタに関し、フリーラジ
カル化合物が、そのフリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結果として可
視及び／又は近赤外領域における吸収変化のある酸化生成物又は還元生成物を形
成し、その吸収変化は可逆的であることにより特徴付けられる。一実施例では、
この光シャッタが、光ファイバ通信チャネルの光スイッチに利用される。

【００２０】本発明のさらに別の態様は、有機フリーラジカル化合物を含む光シャッタに関
し、フリーラジカル化合物が、そのフリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応
の結果として可視波長領域における吸収変化のある酸化生成物又は還元生成物を
生成することを特徴とする。一実施例では、吸収変化が可逆的である。一実施例
では、吸収変化が可逆的であって、その光シャッタが目に装着する器具の視野レ
ンズに用いられる。

【００２１】本発明の更なる態様は、有機フリーラジカル化合物を含む光シャッタに関し、
フリーラジカル化合物が、そのフリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結
果として可視又は近赤外波長領域における吸収変化のある酸化生成物又は還元生
成物を生成することを特徴とする。一実施例では、その光シャッタが、レーザ光
源から目やセンサを保護するためのレーザ保護装置に利用される。一実施例では
、光シャッタが、紫外線照射、可視光照射及び赤外線照射からなる群から選択さ
れる高強度照射に対する安全保護システムにおいて光シャッタの露出に対する吸
収変化を検出することに基づく安全保護システムに利用される。

【００２２】本発明の更なる態様は、フォトンによるイメージング可能な光シャッタであっ
て、一の波長における低吸収の第１状態と、その波長における高吸収の第２状態
をもち、その光シャッタがフォトン吸収層を有し、そのフォトン吸収層が本明細
書に記載の通りの有機フリーラジカル化合物を含み、そしてそのフォトン吸収層
は、上記波長における吸収変化を持つ反応生成物を形成するためにフリーラジカ
ル化合物によりフォトン吸収を行いかつフリーラジカル化合物を再生するために
反応生成物の逆反応を行うことにより特徴付けられ、さらに、その光シャッタが
第１状態と第２状態の間で可逆的にイメージング可能であることにより特徴付け
られる。本発明の光シャッタの固有の特性は、広範で多様な極めてコンパクトな
ピコ秒速光素子の製造に利用できる。例えば、１又は複数の光シャッタを有する
光スイッチアレイ、光バッファ、光ルータ、及び同調可能な光利得フィルタがあ
るが、これらに限定されない。

【００２３】当業者であれば、本発明の一態様又は一実施例の特徴が本発明の他の態様又は
実施例へも適用可能であることは自明であろう。

【００２４】［図面の簡単な説明］本発明を説明する便宜ために、特有の機構及び手法が図面に示されている。し
かしながら、本発明は示された精確な機構や詳細な説明の手法に限定されないこ
とを理解されたい。図１は、本発明の光シャッタを利用する光スイッチアレイの一実施例である。図２は、本発明の光シャッタを利用する光スイッチアレイの別の実施例である
。図３は、本発明の光シャッタを利用する光バッファの一実施例である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、光スイッチアレイをイメージングするために本
発明の光直列並列シャッタを利用する光ルータの一実施例である。図５は、光スイッチアレイをイメージングするために本発明の光直列並列シャ
ッタを利用する光ルータの別の実施例である。

【００２５】［発明の詳細な説明］本発明の光シャッタは、入射光に対して１０００ピコ秒又はそれ未満程度の応
答時間という優れた応答速度を実現する。そして、完全光シャッタ機構が望まし
いシステムに特に有用である。

【００２６】本明細書で用いられる「有機フリーラジカル化合物」とは、有機化合物の基底
状態において例えば、炭素原子、窒素原子又は酸素原子等の中性原子上に少なく
とも１つの自由不対電子をもつ有機化合物をいう。本発明の光シャッタに適した
有機フリーラジカル化合物は、中性有機フリーラジカル、有機フリーラジカルカ
チオン、及び有機フリーラジカルアニオンを含む。簡便にするために、「有機フ
リーラジカルカチオン」、「有機ラジカルカチオン」及び「ラジカルカチオン」
は、代替可能に用いられる。本明細書で用いられる「カチオン」は、分子中の正
に荷電した原子をいい、例えば、正に荷電した窒素原子である。同様に、「有機
フリーラジカルアニオン」、「有機ラジカルアニオン」及び「ラジカルアニオン
」は、代替可能に用いられる。本明細書で用いられる「アニオン」は、分子中の
負に荷電した原子をいい、例えば、負に荷電した酸素原子である。自由不対電子
並びに有機フリーラジカル化合物の正及び負の電荷は、１個の原子に局在してい
るか、２以上の原子の間で共有されている。

【００２７】本発明の光シャッタに適した有機フリーラジカルカチオンの例は、アミニウム
ラジカルカチオンを含み、例えば、トリス(ｐ−ジブチルアミノフェニル)アミニ
ウムヘキサフルオロアンチモネートがあり、GlendaleTechnologies, Inc., Lake
land, FLから染料の商標ＩＲ−１６５として入手可能であるが、これに限定され
ない。ＩＲ−１６５は、長時間通常の室温でポリマーコーティング等の材料の層
の中で存在できる安定な材料として知られている。トリス(ｐ−ジブチルアミノ
フェニル)アミニウム塩分子構造をもつ他の適切なアミニウムラジカルカチオン
は、ＩＲ−１２６及びＩＲ−９９を含み、これらは、GlendaleTechnologies, In
c., Lakeland, FLから入手可能な染料の商標である。これら２つの染料は、乾燥
粉形態及び層材料として同様に安定であることが知られており、例えば、多年に
わたる長期間通常の室温でポリマーコーティング等において安定である。

【００２８】本発明の光シャッタに適切な有機フリーラジカルアニオンの例は、Carlson と
Herculesによる「Photochemistry and Photobiology」, Vol. 17, p.123-131 (1
973)に記載されたようなアントラセミキノンラジカルアニオンであるが、これら
の限定されない。

【００２９】フリーラジカル部分の存在により、対応する非フリーラジカル化合物と比べた
場合に有機フリーラジカル化合物は、特有の長波長吸収と、特有の光熱変換及び
光化学変換を行う。例えば、ラジカルカチオンであるＩＲ−１６５の吸収スペク
トルと、その極めて速い吸収フォトンの熱への内部変換は、多くの文献に記載さ
れている。例えば、CarlsonによるＰＣＴ国際公開公報No. WO98/54615及びこの
中の参照文献がある。また、例えば、９，１０−アントラセミキノンラジカルア
ニオン及びその光化学特性は、上記で引用したCarlsonとHerculesによる文献並
びに、Carlsonによる「The Photochemistry of Anthraquinone and Related Com
pounds」, Ph. D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1969に記
載されている。

【００３０】励起状態がフリーラジカル基底状態からの励起状態である有機フリーラジカル
化合物は、この励起状態から基底状態へと１ピコ秒又はそれ未満の時間スケール
で光熱プロセスによる熱の発生を伴いつつ速やかな内部変換を行うことができる
。例えば、ＩＲ−１６５のコーティングについて、フリーラジカル基底状態から
の吸収である１０６５nmにおける高強度レーザ照射に対して観察された。このフ
ォトンから熱への変換におけるサブピコ秒の速度は、例えば、CarlsonによるPCT
国際公開公報No. WO/98/54615及びこの中の参照文献に記載されている。光誘起
電子移動反応を行う本発明は、有機フリーラジカル化合物を利用することを目的
とする。この光誘起電子移動反応は、光シャッタに用いられるこれらの光熱プロ
セスの速度と同程度か、好適には上回り、光励起に対して所望される吸収変化は
、光誘起電子移動反応による有機フリーラジカル化合物の酸化生成物又は還元生
成物の形成の結果である。

【００３１】例えば、酸化条件又は還元条件下において、ＩＲ−１６５を含む明るい黄緑層
は、１０６５nmにおけるレーザ照射に対して光誘起電子移動反応を行う。この反
応は、ＩＲ−１６５の超高速光熱プロセスと効率的に同等であり、可視及び近赤
外の双方の波長領域に吸収変化のある酸化生成物を生成する。あるいは、可視及
び近赤外の双方の波長領域に吸収変化のある還元生成物を生成する。例えば、Ｉ
Ｒ−１６５の酸化生成物は、２電子光誘起電子移動反応から生じた青色の化合物
であり、特にＩＲ−１６５の層がニトロセルロース等のポリマーを含む場合は、
照射に曝されることによりそれがＩＲ−１６５の酸化を促進する。同様に、例え
ば、ＩＲ−１６５の還元生成物は、１電子光誘起電子移動反応から生じる濃い緑
色の化合物であり、特にＩＲ−１６５の層がポリマーを含む場合は、照射に曝さ
れることに対してＩＲ１６５の酸化を促進しない。ＩＲ−１６５の緑色の還元生
成物は、ＩＲ−１６５の吸収と比較すると９５０nm及び１４８０nmに新たな強い
吸収ピークをもつ。ＩＲ−１６５の緑色の還元生成物の一つがＩＲ−１２６であ
り、これはＩＲ−１６５の１電子還元生成物である。その層に存在する他の材料
に依存して、これらの青色酸化化合物又は緑色還元化合物は、過渡的化合物とい
うことができ、０．１ミリ秒未満から数秒までの種々の速度で当初のＩＲ−１６
５材料へ戻ることができる。光誘起反応は、当初のＩＲ−１６５材料への復帰を
加速するために用いることができる。

【００３２】さらに、例えば、アントラセミキノンラジカルアニオンの多くの置換体及び他
の誘導体を含むアントラセミキノンラジカルアニオンを含む層は、光誘起電子移
動反応を行うことができる。この反応は、極めて迅速に起こり、これらのラジカ
ルアニオンの光熱プロセスと効率的に同等であり、可視及び近赤外の双方の領域
で吸収変化のある還元生成物を生成する。この吸収変化には、通常、ラジカルア
ニオンの非フリーラジカル化合物、例えばジアニオン等への変換による近赤外波
長領域における吸収損失を含む。

【００３３】＜光シャッタ＞本発明の一態様は、有機フリーラジカル化合物を含む光シャッタに関し、この
フリーラジカル化合物は、そのフリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結
果として可視及び／近赤外の波長領域において吸収変化のある酸化生成物又は還
元生成物を生成することを特徴とする。本明細書において「近赤外波長領域」と
は、７００nm〜２０００nmの波長をいう。本明細書において「可視波長領域」と
は、４００nm〜７００nmの波長をいう。一実施例においては、フリーラジカル化
合物がラジカルカチオンであり、好適にはアミニウムラジカルカチオンであり、
そして最も好適には、ラジカルカチオンがトリス(ｐ−ジブチルアミノフェニル)
アミニウムヘキサフルオロアンチモネート(ＴＡＨ)である。一実施例では、フリ
ーラジカル化合物がラジカルアニオンであり、好適にはアントラセミキノン(Ａ
ＳＱ)ラジカルアニオンである。

【００３４】本発明の光シャッタの一実施例では、フリーラジカル化合物がラジカルカチオ
ンであり、そして光シャッタがさらにラジカルアニオンを含む。吸収変化は、酸
化生成物又は還元生成物を生成するラジカルカチオンの結果として生じるが、ラ
ジカルアニオンは、光誘起電子移動反応の効率を高める。

【００３５】一実施例では、フリーラジカル化合物がラジカルアニオンであり、そして光シ
ャッタがさらにラジカルカチオンを含む。吸収変化は、酸化生成物又は還元生成
物を生成するラジカルアニオンの結果として生じるが、ラジカルカチオンは、光
誘起電子移動反応の効率を高める。

【００３６】一実施例では、フリーラジカル化合物が１又は複数のラジカルカチオン及び１
又は複数のラジカルアニオンを含み、そして吸収変化は、１又は複数のラジカル
カチオンの少なくとも１つ及び１又は複数のラジカルアニオンの少なくとも１つ
の光誘起電子移動反応から生じる。光誘起電子移動反応は、ラジカルカチオン及
びラジカルアニオンの光酸化と光還元の結合を含むことがあり、例えば、ＡＳＱ
ラジカルアニオン等のラジカルアニオンによるＩＲ−１６５等のラジカルカチオ
ンの電子移動反応の光増感、あるいは、それ他に、ラジカルカチオンによるラジ
カルアニオンの電子移動反応の光増感がある。

【００３７】一実施例では、フリーラジカル化合物がラジカルカチオン及びラジカルアニオ
ンの塩を含む。例えば、ＩＲ−１６５ラジカルカチオンの幾つか又は全てについ
てＡＳＱラジカルアニオンをアニオンラジカルとして用いる、ラジカルカチオン
分子とラジカルアニオン分子の互いに密接なこの関係は、光誘起電子移動反応の
速度と効率を高め、そしてさらに元のフリーラジカル化合物を再生する逆電子移
動反応の速度と効率も高める。

【００３８】本発明の光シャッタの一実施例では、吸収変化が０．１より大きく、好適には
０．５より大きく、そしてさらに好適には１．５より大きい。これらの吸収変化
は、公知技術である吸光度装置で測定される。吸光度１．０は、吸収率９０％に
対応し、入射波長すなわち照射の波長の透過率１０％に対応する。従って、例え
ば、光シャッタの初期吸収すなわち吸光度が１５４６nmで０．１であったものが
１５４６nmで１．６に変化した場合は、その吸収変化は１．６−０．１すなわち
１．５である。一実施例では、近赤外波長領域の吸収変化は、７００nm〜１００
０nmである。一実施例では、近赤外波長領域の吸収変化は、１０００nm〜１４０
０nmであり、好適には１４００nmから１６００nmであり、さらに好適には１５２
０nmから１５８０nmであり、そして最も好適には１５００nm〜１７００nmである
。

【００３９】本発明の光シャッタの一実施例では、光誘起電子移動反応が、フリーラジカル
化合物によるフォトン吸収後１ナノ秒未満で生じる。好適には０．１ナノ秒未満
で生じ、より好適には０．０１ナノ秒未満で生じ、そして最も好適には０．００
１ナノ秒未満で生じる。

【００４０】本発明の光シャッタの一実施例では、光誘起電子移動反応がフリーラジカル化
合物の酸化である。適切な電子移動反応は、フリーラジカル化合物の１電子酸化
、フリーラジカル化合物の２電子酸化、フリーラジカル化合物の１電子還元、及
びフリーラジカル化合物の２電子還元を含むが、これらに限定されない。ラジカ
ルカチオンの酸化生成物は、ジラジカルであって容易に逆電子移動を行ってラジ
カルカチオンを再生できる。また、ラジカルアニオンの還元生成物は、ジアニオ
ンであって逆電子移動を容易に行ってラジカルアニオンを再生できる。そして、
ＡＳＱラジカルアニオン及び対応するジアニオンの場合、逆電子移動プロセス中
に酸素の存在を制御することができる。

【００４１】本発明の光シャッタの好適例では、吸収変化が可逆的である。一実施例では、
可逆的な吸収変化が熱により誘起される。一実施例では、可逆的な吸収変化が、
紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射からなる群から選択される照射により
誘起される。そして、好適には、可逆的吸収変化がさらに酸素の存在により誘起
される。例えば、ＡＳＱラジカルアニオン及び対応するジアニオンはいずれも、
酸素の存在下で不安定である。そして、酸素の存在下で対応するアントラキノン
化合物へ酸化され、そのアントラキノン化合物は引き続いて光還元され若しくは
他の既知の方法で還元されて対応するＡＳＱラジカルアニオンを生成する。一実
施例では、照射のない場合に可逆的吸収変化が５０℃未満で生じる。一実施例で
は、可逆的吸収変化が１秒未満で生じ、好適には１０ミリ秒未満で生じ、さらに
好適には１ミリ秒未満で生じ、そして最も好適には０．１ミリ秒未満で生じる。

【００４２】本発明の光シャッタの一実施例では、光誘起電子移動反応が紫外線照射により
誘起される。一実施例では、光誘起電子移動反応が可視光照射により誘起され、
そして好適には近赤外線照射により誘起される。一実施例では、光誘起電子移動
反応が、フリーラジカル化合物のフリーラジカル基底状態によるフォトンの吸収
により誘起される。このことは特に重要であり、フリーラジカル化合物のフリー
ラジカル部分基底状態の励起状態が、例えば芳香族部分基底状態等の非フリーラ
ジカル部分基底状態による吸収によっては効率的に占有され得ず、それに続くフ
リーラジカル部分基底状態に関連するより低い励起状態への内部変換によって占
有される。

【００４３】本発明の光シャッタの一実施例では、光シャッタがさらに、その光シャッタの
フリーラジカル化合物を含む層の少なくとも一方の面上に金属層を有する。一実
施例では、金属層がアルミニウムである。この金属層は種々の機能を果たす。例
えば、より多くの入射光を光シャッタ層を通して反射し、光シャッタ層の熱発生
を強化し、そして本発明の光シャッタを具備する光スイッチにおける反射を強化
したり低減したりする要素として作用する。

【００４４】本発明の一態様は、有機ラジカルカチオン化合物を含む光シャッタに関し、ラ
ジカルカチオン化合物が、ラジカルカチオン化合物の光誘起電子移動反応の結果
として可視光及び／又は近赤外波長領域における吸収変化のある酸化生成物又は
還元生成物を生成することを特徴とする。一実施例では、光シャッタがさらにラ
ジカルアニオンを含む。

【００４５】本発明の別の態様は、有機ラジカルアニオン化合物を含む光シャッタに関し、
ラジカルアニオン化合物が、ラジカルアニオン化合物の光誘起電子移動反応の結
果として可視光及び／又は近赤外波長領域における吸収変化のある酸化生成物又
は還元生成物を生成することを特徴とする。一実施例では、光シャッタがさらに
ラジカルカチオンを含む。

【００４６】本発明の更なる別の態様は、１又は複数のラジカルカチオン及び１又は複数の
ラジカルアニオンを含む光シャッタに関し、ラジカルカチオンの少なくとも１つ
及びラジカルアニオンの少なくとも１つが、１又は複数のラジカルカチオンの少
なくとも１つ及び１又は複数のラジカルアニオンの少なくとも１つの光誘起電子
移動反応の結果として可視光及び／又は近赤外波長領域における吸収変化のある
酸化生成物又は還元生成物を生成することを特徴とする。

【００４７】本発明の更なる別の態様は、有機フリーラジカル化合物、好適にはラジカルカ
チオン化合物又はラジカルアニオン化合物を含む光シャッタに関し、そのフリー
ラジカル化合物が、フリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結果として可
視及び／近赤外波長領域に吸収変化のある酸化生成物又は還元生成物を生成し、
その吸収変化が可逆的であることを特徴とする。一実施例では、光シャッタが、
光ファイバ通信チャネル用の光スイッチに利用される。例えば、光スイッチの対
象である１５２５nmから１５７５nm領域における初期吸光度０．１未満すなわち
透過率８０％以上が、１ナノ秒未満で吸光度１．６以上すなわち透過率２．５％
未満へとスイッチングされ、その後１秒未満で初期吸光度へ可逆的に復帰される
。

【００４８】本発明の更なる別の態様は、フォトンによりイメージング可能であって一波長
における低吸収の第１状態とその波長における高吸収の第２状態とをもつ光シャ
ッタに関する。この光シャッタはフォトン吸収層を有し、フォトン吸収層は本明
細書に記載した有機フリーラジカル化合物を含み、そしてフォトン吸収層は、上
記波長における吸収変化のある反応生成物を生成するフリーラジカル化合物によ
るフォトン吸収を行い、かつ、反応生成物の逆反応によりフリーラジカル化合物
を再生することを特徴とし、この光シャッタは第１状態と第２状態との間で可逆
的にイメージング可能であることを特徴とする。

【００４９】本発明の光シャッタには、種々の中性フリーラジカル、ラジカルカチオン、及
びラジカルアニオン等の広範で多様な有機フリーラジカル化合物を用いることが
できる。本発明の光シャッタにおける有機フリーラジカル化合物を利用する特別
な利点としては、フォトン励起のために所望する波長における極めて強い赤外吸
収をもつこと及び／又は光シャッタに関連する吸収変化、サブピコ秒程度の独自
の超高速フォトン変換、熱、光若しくは湿度及び空気の周囲条件による劣化に対
する安定性、例えばコーティングやプラスチック成型等により製造容易であるこ
と、並びに毒性がないこと等があるが、これらに限定されない。

【００５０】これらの極めて強い吸収は、光シャッタにおける所望する可逆的吸収変化を生
じるために必要な材料の量を低減するために特に有用であり、それにより例えば
フォトンを吸収して吸収変化を生じる光シャッタの層の厚さが８ミクロン程度の
極めて小型の光シャッタを製造可能である。この層は、光スイッチアレイ及び他
の光素子に用いる光シャッタの製造においては、所望により８ミクロンより遙か
に厚くすることもできるが、使用される有機フリーラジカル化合物の量は少量の
ままに維持できる。なぜなら、層を厚くしても、吸収変化の所望するレベルを維
持するために余分な有機フリーラジカル化合物を含有させる必要はないからであ
る。一実施例では、フォトン吸収層の厚さが２〜１００ミクロンである。一実施
例では、フォトン吸収層の厚さが４〜２５ミクロンである。一実施例では、フォ
トン吸収層の厚さが８ミクロン未満である。

【００５１】例えば、ＩＲ−１６５とＩＲ−１２６は、本発明の光シャッタにおける有機フ
リーラジカル化合物の一タイプを示すものであり、光誘起電子移動反応において
可逆的に生成される。すなわち、ＩＲ−１２６はＩＲ−１６５の１電子還元生成
物であり、逆に、ＩＲ−１６５はＩＲ−１２６の１電子酸化生成物である。ＩＲ
−１６５は、フォトン励起される１０６５nmにおいて約８０，０００リットル／
モルcmの極めて高いモル吸光係数を示し、光シャッタが光ファイバ通信チャネル
の光スイッチアレイや他の光素子に利用可能な１５３０〜１６２０nmの領域では
約５，０００リットル／モルcmの低いモル吸光係数を示す。ＩＲ−１２６は、１
５３０〜１６２０nmの波長領域に亘って広くかなり平坦な吸収による４０，００
０リットル／モルcmの非常に高いモル吸光係数を示す。ＩＲ−１２６が光シャッ
タのフォトン吸収層に約２５重量％存在しかつ光ファイバ通信チャネルの光シャ
ッタで所望される３０ｄＢ以上のコントラスト比を得るために１５３０〜１６２
０nmの領域の波長において９９．９％以上の吸収を実現するには３．１以上の吸
光度が必要と仮定すると、ＩＲ−１２６を含むフォトン吸収層として必要な厚さ
は約４ミクロンにすぎない。さらに、例えば、１２００×１２００光スイッチア
レイに用いられる１６，０００個の光シャッタを製造するために必要なＩＲ−１
２６の量は１マイクログラム未満である。さらに、光シャッタの大きさが極めて
小さいことから、１２００×１２００光スイッチアレイの体積は０．００１cm^３又はこれ以下にできる。もっとも、製造並びにフォトン源及び他の光素子の組み
込みの容易さのためにより大きな大きさを選択することもできる。

【００５２】いずれかの特定の理論に結びつける意図はないが、有機フリーラジカル化合物
特有のサブピコ秒程度の超高速フォトン変換は、それらの基底状態の固有のフリ
ーラジカル特性によりそしておそらくそれらの励起状態により大きく影響される
と考えられている。ピコ秒及びサブピコ秒の速度は、光シャッタとして特に有用
である。例えば、光ファイバ通信チャネル技術で知られるように光データパケッ
トではナノ秒の光スイッチングが要求される。また例えば、照射線からの目やセ
ンサの保護には、ピコ秒又はそれ以上の速度が要求される。

【００５３】本発明の光シャッタは、フォトン吸収層を有する光シャッタによる一実施例に
おいて説明される。フォトン吸収層は、ＩＲ−１６５すなわち有機ラジカルカチ
オンを含む。フォトン吸収層の厚さは、４μmであり、ＩＲ−１６５はフォトン
吸収層中に２５重量％存在する。この光シャッタは、フォトンによりイメージン
グ可能であり、例えば、フォトン吸収層中のＩＲ−１６５が１０６５nm波長のフ
ォトンを吸収しかつ、フォトン吸収層がポリマーの還元性電子供与マトリクスと
、対アニオンと、アミニウムラジカルカチオンの周囲の他の添加物とを含むとき
、ＩＲ−１６５は、１電子還元生成物等の還元生成物を生成する。これは、対ア
ニオンに依存してＩＲ−１２６と同一か又は類似のものとなる。フォトンの吸収
に先立って、光シャッタは、例えば波長１６２０nmにおいてＩＲ−１６５による
吸光度０．０５未満程度の低吸収状態にある。フォトンの吸収及び反応生成物の
生成後、光シャッタは、例えば波長１６２０nmにおいてＩＲ−１２６又は同様の
有機フリーラジカル化合物による吸光度３．１程度の高吸収状態にある。その後
、照射のない場合に周囲温度すなわち室温又は５０℃未満の温度における暗反応
により、ＩＲ−１２６又は同様の有機フリーラジカル化合物の反応生成物等が、
当初のフリーラジカル化合物であるＩＲ−１６５を再生するために逆反応を行い
、光シャッタを１６２０nm等の波長における低吸収状態へと戻す。

【００５４】別の例として、逆反応を熱により誘起することができる。これは、イメージン
グプロセス中に発生する熱によりフォトン吸収層の温度を５０℃以上に上げるか
、あるいは、光シャッタを５０℃以上の高温環境に保持する等により熱源からの
熱を外部から適用することにより行われる。アミニウムラジカルカチオンは、通
常、２５０℃までは安定であり、かつ６００℃までの温度でレーザアブレーショ
ンイメージ形成で見られるように非熱平衡条件下で安定であることが知られてい
る。

【００５５】さらに、別の例として、紫外線、可視光、及び赤外線照射からなる群から選択
された照射線により逆反応を誘起することができる。フォトン吸収層に存在する
反応生成物又は他の成分が酸素感知反応性を持つ場合、照射と組み合わされる所
望のレベルの酸素の存在が逆反応の誘起に利用できる。一実施例では、逆反応を
誘起する照射波長が、反応生成物を生成するために吸収されたフォトンの波長と
は異なる。従って、逆反応の機構は変わるが、本発明の光シャッタは、その波長
での第１状態と第２状態の吸収の間で可逆的にイメージング可能であることを特
徴とする。

【００５６】逆反応の速度及び／又はタイミングは、製品用途の要請に依存して広範囲で変
更可能である。一実施例では、逆反応が、反応生成物の光誘起形成後１秒から１
年で起きる。一実施例では、逆反応が１秒未満で起きる。一実施例では、逆反応
が１０ミリ秒未満で起きる。一実施例では、逆反応が１ミリ秒未満で起きる。一
実施例では、逆反応が０．１ミリ秒未満で起きる。一実施例では、逆反応が０．
０１ナノ秒未満すなわち１０ピコ秒未満、例えば２〜３ピコ秒若しくはそれ未満
で起きる。逆反応を誘起するために照射が用いられる場合、逆反応のタイミング
は、その照射にタイする光シャッタの暴露のタイミングに依存して選択可能であ
る。

【００５７】さらに、逆反応を誘起するための照射により、フォトン吸収後の反応生成物の
生成速度を可能な限り速くすることができる。例えば、サブピコ秒程度である。
例えば、可逆的光誘起電子移動が光シャッタで起きたとき、反応生成物の生成速
度は、サブピコ秒にそして４０フェムト秒又はそれ未満にすることができ、そし
て、当初の誘起フリーラジカル化合物を再生するための反応生成物の暗逆反応又
は熱誘起逆反応の速度は２〜３ピコ秒にすることができる。このような速い速度
は、光ファイバ通信チャネル技術で知られるナノ秒の光パケットスイッチングに
用いる光シャッタにおいて特に有用である。

【００５８】反応生成物を生成するためにフォトン吸収層により吸収されるフォトンの波長
は、誘起フリーラジカル化合物及びフォトン吸収層の吸収スペクトル、フォトン
源から得られる波長、並びに光シャッタが低吸収状態と高吸収状態をもち「オン
ーオフ」スイッチとして動作すべく設計される波長と干渉する波長を避けるとい
う必要性に依存して広範な波長から選択可能である。一実施例では、フォトンの
波長は、４００〜７００nmの領域内の１又は複数の波長である。一実施例では、
７００〜２０００nmの領域内の１又は複数の波長である。好適例では、フリーラ
ジカル化合物によるフォトン吸収は、フリーラジカル化合物のフリーラジカル基
底状態から生じ、そしてさらに好適には、フリーラジカル基底状態により吸収さ
れるフォトンの波長は、７００〜２０００nmの領域内の１又は複数の波長である
。

【００５９】反応生成物を生成するために、そして逆反応を誘起するために照射線が用いら
れるとき当初のフリーラジカル化合物を再生するために、多種多様なフォトン源
を利用することができる。適切なフォトン源としては、高強度フォトン源として
技術的に知られるレーザ、水銀ランプ等の連続光源、キセノンパルスランプ等の
パルス光源、及びエレクトロルミネッセンス発光素子等があるがこれらに限定さ
れない。適切な光源としてパルスレーザ及び他のパルス光源を含むようにパルス
でフォトンを供給することが好適である。

【００６０】別の例として一実施例では、レーザ及び連続光源を用い、所望の長さのイメー
ジング時間を与えるレーザ若しくは連続光源と、イメージング領域との間に第１
のモジュレータを介在させることにより、フォトンによる光シャッタのイメージ
ングを行う。適切なモジュレータは、光モジュレータ技術で知られる例えば電気
光モジュレータ等の多様な光モジュレータのいずれでもよく、モジュレータの「
オン−オフ」イメージングの要請に依存する。例えば、モジュレータの「オン」
時間を１．５ピコ秒、「オフ」時間を２０ナノ秒としあるいは「オン」時間を２
０ナノ秒、「オフ」時間を１．５ピコ秒とする要請がある。また、所望するイメ
ージング領域の要請にも依存する。例えば、光シャッタのフォトン吸収層におい
て直径が約６μm又は矩形の辺が約６μmのドット形状すなわちピクセルの形状で
ある等の要請がある。

【００６１】一実施例では、逆反応が、紫外線、可視光、及び赤外線からなる群から選択さ
れた照射により誘起される。第２のモジュレータを照射源と光シャッタとの間に
介在させることにより、照射による光シャッタの逆反応のために所望するイメー
ジング時間及び所望するイメージング領域を実現する。適切なモジュレータは、
光モジュレータ技術で知られる例えば電気光モジュレータ等の多様な光モジュレ
ータのいずれでもよく、上記の第１のモジュレータについて述べたと同様に、「
オン−オフ」イメージングの要請に依存する。また、所望するイメージング領域
の要請にも依存し、光シャッタのフォトン吸収層において直径が約６μm又は矩
形の辺が約６μmのドット形状すなわちピクセルの形状である等の要請がある。
一実施例では、反応生成物を生成するフォトン波長が、逆反応を誘起する照射波
長とは異なる。

【００６２】一実施例では、フォトン源が、無機及び有機エレクトロルミネッセンス発光素
子（ＬＥＤ）技術で知られるエレクトロルミネッセンス発光素子である。一実施
例では、発光素子が、フォトンによる光シャッタのイメージングのために例えば
「オン」時間１．５ピコ秒、「オフ」時間２０ナノ秒等の所望する長さのイメー
ジング時間と、例えば直径が約６μm又は矩形の辺が約６μmのドット形状すなわ
ちピクセルの形状等の所望するイメージング領域とを実現するために、外周と断
続的発光部とを具備する複数の発光ピクセルを有する。一実施例では、逆反応が
、紫外線、可視光、及び赤外線からなる群から選択された照射により誘起される
場合、外周と断続的発光部とを具備する複数の発光ピクセルを具備する第２のエ
レクトロルミネッセンス素子が、照射による光シャッタの逆反応のために例えば
「オン」時間１．５ピコ秒、「オフ」時間６０ナノ秒等の所望する長さのイメー
ジング時間と、例えば直径が約６μm又は矩形の辺が約６μmのドット形状すなわ
ちピクセルの形状等の所望するイメージング領域とを実現する。一実施例では、
反応生成物を生成するフォトン波長が、逆反応を誘起する照射波長と異なる。

【００６３】有機ラジカルカチオンは、種々のアミニウムラジカルカチオンの塩でよい。塩
の対アニオンの選択は、種々の要因に依存する。例えば、反応生成物を生成する
光誘起反応の所望する速度、当初の有機フリーラジカル化合物を再生するための
反応生成物の逆反応の所望する速度、並びに、可逆光シャッタの動作中の酸素、
湿度及びフォトンへの暴露及び逆反応による劣化に対するフォトン吸収層の必要
な安定性、等がある。

【００６４】例えば、アントラセミキノンラジカルアニオンは、ＩＲ−１６５等のアミニウ
ムラジカルカチオンと共に用いる対イオンの一タイプである。アントラセミキノ
ンラジカルアニオンは電子供与剤であり、酸化されることによりアミニウムラジ
カルカチオンの光誘起還元に参与し、さらに当初のアミニウムラジカルカチオン
を再生するために、アントラセミキノンラジカルアニオンを再生成する逆還元を
同時に行うことにより反応生成物の逆反応にも参与する。特に、逆反応が、アン
トラセミキノンラジカルアニオンの酸化生成物、すなわち対応するアントラキノ
ン等により吸収される紫外線、可視光又は赤外線により誘起されるときに参与す
る。アントラセミキノンラジカルアニオン誘導体のタイプを適宜選択することに
より、結合したアミニウムラジカルカチオン−アントラセミキノンラジカルアニ
オン塩のアントラセミキノンラジカルアニオンを有機フリーラジカルとすること
ができ、この有機フリーラジカルは、その波長で吸収変化のある反応生成物を生
成すべくフォトンを吸収する。そして、アミニウムラジカルカチオンは、この光
誘起反応の促進及び当初のアントラセミキノンラジカルアニオンを再生する逆反
応の促進に参与することができる。

【００６５】光シャッタが低吸収状態と高吸収状態とをもつような波長は、有機フリーラジ
カル化合物の選択により、そしてフォトン吸収層の全体組成により、製品用途に
依存して変化し得る。適切な波長は４００〜２０００nmであるが、この領域に限
定されない。この波長は、単一波長であっても一定領域の複数波長であってもい
。一実施例では、この波長が４００〜１０００nmの一波長である。一実施例では
、この波長が１０００〜１４００nmの一波長である。一実施例では、光ファイバ
ー通信チャネルへの適用においてこの波長が１４００〜１６００nm、好適には１
５２０〜１５８０nm、そしてさらに好適には１５００〜１７００nmの一波長であ
る。

【００６６】低吸収状態及び高吸収状態における吸収レベルは、フリーラジカル化合物のタ
イプ及び量の選択により、そしてフォトン吸収層の全体組成により、製品用途に
依存して変化し得る。通常、その波長における吸収変化は主要な特性であり、製
品用途に依存して、例えば吸光度０．１から吸光度３．０以上までの値の範囲で
ある。例えば、光ファイバ通信チャネルにおける光スイッチアレイの光シャッタ
の通常の用途において、３０ｄＢ以上のコントラスト比を実現するためには、例
えば１６２０nmの波長における低吸収状態の吸光度をできるだけ低く、例えば０
．０１未満若しくは完全に透明とすべきであり、そしてこの波長における高吸収
状態の吸光度をできるだけ高く、例えば３．１以上とすべきである。

【００６７】前述のＩＲ−１６５を含むフォトン吸収層を具備する光シャッタの実施例にお
いては、フォトンの吸収が、低吸収の第１状態から高吸収の第２状態へ光シャッ
タをイメージングする。特定の製品用途における光シャッタに対する要請に依存
して、フォトンの吸収が高吸収の第２状態から低吸収の第１状態へ光シャッタを
イメージングするようにフォトン吸収層を改変することも容易にできる。例えば
、フォトン吸収層がＩＲ−１２６又は類似のアミニウムラジカルカチオンを含ん
でもよく、そしてフォトン吸収層がポリマーの酸化性電子受容マトリクス、対ア
ニオン、及びアミニウムラジカルカチオンの周囲の他の添加物を含む。フォトン
によるこの光シャッタのイメージングにより、例えば９８０nmにおいて、ＩＲ−
１２６タイプのアミニウムラジカルカチオンが、ＩＲ−１６５と同一又は類似の
１電子酸化生成物等の反応生成物を生成する。フォトンの吸収に先立って、光シ
ャッタは、１６２０nm等の波長においてＩＲ−１２６又は類似の有機フリーラジ
カル化合物による吸光度３．１等の高吸収状態をもつ。フォトンの吸収と反応生
成物の生成後、光シャッタは、１６２０nm等の波長においてＩＲ−１６５又は類
似の有機フリーラジカル化合物による吸光度０．０５未満の低吸収状態をもつ。
前述の通り、光シャッタの逆反応は、当初のフリーラジカル化合物であるＩＲ−
１２６タイプのラジカルカチオンを再生し、光シャッタを１６２０nm等の波長で
の高吸収状態へ復帰させる。従って、本発明の光シャッタの実施例はさらに、そ
の波長における吸収の第１状態と第２状態の間で可逆的にイメージング可能であ
ることを特徴とする。

【００６８】本発明の光シャッタの一実施例では、反応生成物がフリーラジカル化合物によ
るフォトン吸収後１ナノ秒未満で生成され、好適にはフォトン吸収後０．１ナノ
秒未満で生成され、さらに好適にはフォトン吸収後０．０１ナノ秒未満で生成さ
れ、そして最も好適にはフォトン吸収後０．００１ナノ秒未満でフリーラジカル
化合物により生成される。０．００１ナノ秒すなわち１ピコ秒未満の反応物生成
速度は、ナノ秒光データパケットスイッチングが要求される光ファイバ通信チャ
ネルにおける製品用途において特に有用である。

【００６９】アミニウムラジカルカチオン等の有機フリーラジカル化合物は、特に、共有結
合の解離が必要とされない光誘起電子移動反応によるサブピコ秒の速度での反応
生成物の生成に特に適している。ＩＲ−１６５が所与のタイプのフォトン吸収層
において熱に対しフォトンのサブピコ秒変換を行い、それでもなお、ＩＲ−１２
６若しくは類似の化合物の可逆的生成又は青い有機フリーラジカル酸化生成物の
可逆的生成も行うという事実は、これらの反応生成物の生成速度がサブピコ秒の
フォトン−熱変換と同程度に十分速いことを示している。実際に、フォトン励起
時間が、例えば３ピコ秒より長いとき、ＩＲ−１６５含有層のフォトン励起中に
逆反応の間の所与の熱発生と共に十分な程度まで可逆的に生じ得る。特に、光誘
起電子移動反応は、４０フェムト秒程度のサブピコ秒で生じ、２〜３ピコ秒程度
の速度で暗反応により可逆であることが知られている。

【００７０】量子効率１００％すなわち反応生成物の分子を生成するために吸収された各フ
ォトンの変換率を１に近づけることを目標として、反応生成物の生成効率を最大
とすべく、かつ、フォトン−熱変換及びフォトン−蛍光変換を最小とすべく、フ
ォトン吸収層の組成を変更することができる。この効率は、光シャッタのイメー
ジングのために必要なフォトンの量を低減するために有用である。有機フリーラ
ジカルの非常に強い吸収は、反応生成物を生成するために用いられるフォトンの
波長において高吸光度をもつフォトン吸収層を作製するのに有利であり、これら
の入射フォトンの高い吸収率を実現する。

【００７１】本発明の光シャッタの一実施例では、反応生成物は、例えば１電子酸化生成物
又は２電子酸化生成物等のフリーラジカル化合物の酸化生成物である。フリーラ
ジカル化合物としてのＩＲ−１２６及び反応生成物としてのＩＲ−１６５は、１
電子酸化生成物である反応生成物の例である。一実施例では、反応生成物が、例
えば１電子酸化生成物又は２電子酸化生成物等のフリーラジカル化合物の還元生
成物である。フリーラジカル化合物としてのＩＲ−１６５及び反応生成物として
のＩＲ−１２６は、１電子還元生成物である反応生成物の例である。

【００７２】有機フリーラジカル化合物に加えて、本発明の光シャッタのフォトン吸収層は
、この層に対する機械的一体性がありかつ反応生成物の生成及び当初有機フリー
ラジカル再生のための逆反応を最適化する他の材料を含んでもよい。フォトン吸
収層のための適切な材料は、ポリカーボネート及びセルロース、無機ガラス技術
で知られる多孔グレードのシリカガラス等の無機ガラス、及びキセロゲル層技術
で知られる１又は複数の無機キセロゲル層を含むが、これらに限定されない。本
発明の光シャッタに可能な小型であるので、有機ポリマー及び無機キセロゲルの
層が好適である。これらは、無機ガラスとは異なり、厚さ０．１〜８μmの層の
作製技術で知られるコーティングや他の蒸着プロセスにより８μm未満の厚さの
層を容易に作製できることが知られている。１又は複数の無機キセロゲル層は、
通常、０．５〜３００nmの範囲の平均孔径をもつナノ多孔構造を有し、この多孔
が部分的又は完全に有機フリーラジカル化合物並びにポリマー材料、電子受容化
合物及び電子供与化合物等の他の材料で充填するために用いられ、それによりナ
ノ複合フォトン吸収層を実現する。

【００７３】本発明の光シャッタの一実施例では、光シャッタが、そのフォトン吸収層の少
なくとも一方の面上に金属層を設けており、好適には反応生成物を生成するため
にフォトンがフォトン吸収層へ入ってくる側に設ける。一実施例では、金属層が
アルミニウムである。金属層は、通常、非常に透明であり、例えば光シャッタの
低吸収状体及び高吸収状体の波長における吸光度が０．０５未満である。これら
の低吸収の金属層は、例えば厚さ１０オングストローム未満の極めて薄い金属層
を用いて得られる。金属層は光シャッタの表面に反射率を付与するために用いら
れる。光シャッタの反射率は、光シャッタが低吸収の第１状態にあるときの１％
未満の反射率から高吸収の第２状態にあるときの９９％以上の反射率へと可逆的
に増加し、同時に「透明」から「不透明」へそして「透明」への復帰という光シ
ャッタのイメージングを伴う。さらに、金属層は、大容積の金属等のヒートシン
クへの接続により光シャッタのイメージング中に発生する熱を分散させる熱伝導
経路としても用いられる。例えば、アルミニウムは、約１ピコ秒の速度で吸収さ
れたフォトンを熱へ変換しかつその熱を隣接領域へ伝導させる。

【００７４】一実施例では、本発明の光シャッタがさらに、例えば、低吸収状態及び高吸収
状態の波長で１％未満の４５°反射率である等の低反射率状態をもつ表面層を有
する。この場合、光シャッタが、例えば、低吸収状態及び高吸収状態の波長で９
０％以上の４５°反射率である等の高反射率状態を形成するためにフリーラジカ
ル化合物によるフォトン吸収を特徴とし、かつ、光シャッタが、低反射率状態と
高反射率状態の間で可逆的にイメージング可能であることを特徴とする。好適に
は、この表面層が、フォトン吸収層における反応生成物を生成するために吸収さ
れるフォトンが入ってくる方の側に設けられる。一実施例では、フォトンの吸収
が、低吸収かつ低反射率の第１状態から高吸収かつ高反射率の第２状態へと光シ
ャッタをイメージングする。表面層に適した材料としては、２５℃を超え７００
℃未満、好適には２００℃未満の温度で溶融する金属であるがこれらに限定され
ない。表面層は、効率的なフォトン−熱変換のために選択された有機フリーラジ
カル化合物及び他の材料、例えば、高反射率状態の可逆速度及び反射率％を高め
るような可逆的溶融−固結プロセスを行う材料等を含んでもよい。フォトン吸収
層の少なくとも一方の面上の金属層は、可逆イメージングの効率を高めることが
ある。

【００７５】本発明の光シャッタは、多様な製品用途に利用することができる。一実施例で
は、光シャッタが、光ファイバ通信チャネルの光スイッチアレイに利用される。
一実施例では、光シャッタが、照射源から目やセンサを保護するための保護装置
に利用される。一実施例では、光シャッタが、紫外線、可視光、及び赤外線から
なる群から選択される照射により安全保護システムにおける光シャッタのイメー
ジングにより吸収変化を検出する安全保護システムに利用される。一実施例では
、光シャッタが、目に装着する器具の視野レンズに利用される。

【００７６】本発明の更なる態様は、有機フリーラジカル化合物を含む光シャッタに関し、
フリーラジカル化合物が、そのフリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結
果として可視波長領域における吸収変化のある酸化生成物又は還元生成物を生成
することを特徴とする。一実施例では、吸収変化が可逆的である。一実施例では
、吸収変化が可逆的であって光シャッタが、サングラス等の目に装着する器具の
視野レンズに利用される。

【００７７】本発明の更なる態様は、有機フリーラジカル化合物を含む光シャッタに関し、
フリーラジカル化合物が、そのフリーラジカル化合物の光誘起電子移動反応の結
果として可視又は近赤外波長領域における吸収変化のある酸化生成物又は還元生
成物を生成することを特徴とする。一実施例では、光シャッタが、レーザ光源か
ら目やセンサを保護するためのレーザ保護装置に利用される。一実施例では、光
シャッタが、紫外線照射、可視光照射及び赤外線照射からなる群から選択される
高強度照射に対する安全保護システムにおいて光シャッタの露出に対する吸収変
化を検出することに基づく安全保護システムに利用される。高強度照射は、光シ
ャッタを起動するための固有の光強度を与えるパルスレーザにより発生可能であ
り、これは周囲の部屋の灯りや他の汎用的条件下では起動されない。

【００７８】本発明の有機フリーラジカル化合物の有機特性及び光シャッタは、完全光シャ
ッタ又はハイブリッド光シャッタ及びスイッチで用いられる無機ガラス材料と比
較して、コーティング又はプラスチック成型等の汎用的方法により製造容易な点
が有利である。フォトン吸収層のフォトンを受ける領域のみがイメージングされ
かつ光シャッタとして動作するので、この光シャッタは、より大きな表面積をも
つフォトン吸収層に必要とされるよりも製造容易でかつ製品寿命を延ばすことが
できる。この余分なフォトン吸収層は、後に元々の光シャッタが劣化し新たな光
シャッタが必要となった場合に、この余分なフォトン吸収層を光シャッタとして
暴露するように光シャッタの位置を再設定することにより利用される。

【００７９】本発明の光シャッタの特徴は、光ファイバ通信チャネルの様々な光部品に利用
されるように適応できることである。例えば、光スイッチアレイ、光バッファ、
光ルータ、及び同調可能な光利得フィルタである。

【００８０】本発明の光シャッタは、光ファイバ通信チャネル技術で知られる任意の光スイ
ッチアレイに利用可能であり、光スイッチアレイは１又は複数の光シャッタ又は
光ゲートを用いる。通常、光ファイバ用途では光シャッタが光ゲートと称され、
低吸収状態と高吸収状態の間の可逆イメージングにより動作する。同時に低反射
率状態と高反射率状態の間の可逆イメージングも含まれる。これらのタイプの光
シャッタ又は光ゲートの可逆イメージングの各々は、本発明の光シャッタとして
上記の通り説明されたものである。

【００８１】図１は、本発明の光シャッタを用いる光スイッチアレイ１００の一実施例を示
す。固有通信チャネルの波長、例えば１６２０nmの入力光信号１(ＩＮ)をもつ第
１チャネル１は、入力信号１(ＩＮ)を光分割素子１１を介し、好適には等しい信
号振幅をもつ２つの光信号へと分割する。これら２つの光信号の一方は、フォト
ン吸収層４をもつ光シャッタ３へ向けられる。フォトン吸収層が図１の光信号の
光路面の上又は下の光源等からフォトンを吸収するとき、フォトン吸収層中の有
機フリーラジカル化合物がフォトンを吸収し、反応生成物を生成することにより
１６２０nmにおける吸収変化をもたらす。例えば、１６２０nmにおける吸光度が
３．１０から０．０３へと減少する。反応生成物が生成され１６２０nmにおける
吸光度が非常に低くなると、２つの光信号のうちのこの一方は、光シャッタ３を
通過してミラー５により、又はこの信号を伝搬させるウェーブガイド中の曲部若
しくは光ファイバ通信チャネル技術において既知の他の方向変更光学部品により
、光結合素子２２へ向けられる。光結合素子２２はこの光信号を、同じく光結合
素子２２へ同時に向けられた他の任意の光信号と結合させる。第２チャネル２２
で光信号は、１６２０nmにおける出力光信号２(ＯＵＴ)となる。反応生成物が逆
反応を行い、当初の有機フリーラジカルを再生するとき、１６２０nmにおける吸
光度は非常に大きくなり、光信号は光シャッタ３を通過できない。

【００８２】任意であるが、この実施例の光スイッチアレイがさらに、フォトン吸収層７を
具備する光シャッタ６を有してもよい。この場合、フォトン吸収層７が図１の光
信号の光路面の上又は下の光源等からフォトンを吸収するとき、フォトン吸収層
７中の有機フリーラジカル化合物がフォトンを吸収し、反応生成物を生成するこ
とにより１６２０nmにおける吸収変化をもたらす。例えば、１６２０nmにおける
吸光度が０．０３から３．１０へと増大する。この反応生成物が生成されかつ１
６２０nmにおける吸光度が非常に大きくなると、光信号は光シャッタ６を通過で
きない。フォトンの吸収に先立って、すなわち反応生成物が当初の有機フリーラ
ジカル化合物を再生すべく逆反応を行うとき、１６２０nmにおける吸光度は非常
に小さく、この２つの光信号の他方は光シャッタ６を通過でき、ミラー５により
、又はこの信号を伝搬させるウェーブガイド中の曲部若しくは光ファイバ通信チ
ャネル技術において既知の他の方向変更光学部品により、光結合素子２１へ向け
られる。光結合素子２１はこの光信号を、同じく光結合素子２１へ同時に向けら
れた他の任意の光信号と結合させる。その後、光信号をチャネル１へ方向付け、
光信号は１６２０nmにおける出力光信号１(ＯＵＴ)となる。

【００８３】このように、図１では、光シャッタ３が「不透明から透明へ」の光シャッタで
あり、チャネル１からチャネル２へ光信号を落とすために可逆的にイメージング
される。光シャッタ６は「透明から不透明へ」の光シャッタであり、これもまた
交互に可逆的にイメージングされ、スイッチアレイ１００を通った後にチャネル
１内でチャネル１からの光信号が持続するのを停止させるために用いられる。同
様に、光分割素子１２の後の光シャッタ３及び６は、第２チャネル２からの入力
光信号２(ＩＮ)を第１チャネルへ落とし光信号が出力光信号１(ＯＵＴ)になるた
めに用いられ、かつ／又は、スイッチアレイ１００の後に入力光信号２(ＩＮ)が
出力光信号２(ＯＵＴ)になるべくチャネル２へ通過するのを停止させるために用
いられる。

【００８４】従って、本発明の光スイッチアレイの一態様は、１又は複数の入力光信号チャ
ネルと、２又はそれ以上の出力光信号チャネルと、１又は複数の光シャッタとを
有する光スイッチアレイに関し、１又は複数の光シャッタはフォトンによりイメ
ージング可能であり、一の波長で低吸収である第１状態と、その波長で高吸収で
ある第２状態をもつ。１又は複数の光シャッタの少なくとも１つは、フォトン吸
収層を有し、このフォトン吸収層は有機フリーラジカル化合物を含み、このフリ
ーラジカル化合物によるフォトン吸収により当該波長における吸収変化のある反
応生成物を生成し、この反応生成物の逆反応により当初のフリーラジカル化合物
を再生することを特徴とする。さらに、１又は複数のシャッタの少なくとも１つ
は、吸収の第１状態と第２状態の間で可逆的にイメージング可能であることを特
徴とする。さらに、光スイッチアレイは、このスイッチアレイに入るその波長の
光信号を第１入力光信号チャネルから第２出力光信号チャネルのスイッチアレイ
出力へとスイッチングできることを特徴とする。

【００８５】本発明の光スイッチアレイの一実施例では、フォトンの吸収が１又は複数の光
シャッタの少なくとも１つを第１状態から第２状態へイメージングし、第１チャ
ネルから光スイッチアレイに入る光信号が光信号分割素子により２又はそれ以上
のチャネルの２又はそれ以上の光信号へと分割され、１又は複数の光シャッタの
少なくとも１つが光分割素子と第２チャネルの間における２又はそれ以上の光信
号の少なくとも１つの光路に挿入されることにより２又はそれ以上の光信号の少
なくとも１つを出力する。一実施例では、フォトンの吸収が１又は複数の光シャ
ッタの少なくとも１つを第１状態から第２状態へイメージングし、第１チャネル
から光スイッチアレイに入る光信号が光信号分割素子により２又はそれ以上のチ
ャネルの２又はそれ以上の光信号へと分割され、１又は複数の光シャッタの少な
くとも１つが光分割素子とミラー等の１又は複数の反射面の間における光路に挿
入され、１又は複数の反射面は第２チャネルへの光路の一部である。

【００８６】本発明の光スイッチアレイの一実施例では、１又は複数の光シャッタの少なく
とも１つがさらに、その波長での低反射率状態をもつ表面層を有し、１又は複数
の光シャッタの少なくとも１つがフォトン吸収により高反射率状態をもつ表面層
を形成するし、かつ高反射率状態の逆反応により表面層の低反射率状態を再生す
ることを特徴とし、１又は複数の光シャッタの少なくとも１つが低反射率状態と
高反射率状態の間で可逆的にイメージング可能であることを特徴とする。

【００８７】一実施例では、フォトン吸収が、低吸収の第１状態から高吸収の第２状態へと
１又は複数の光シャッタの少なくとも１つをイメージングさせることにより、光
信号がフォトン吸収層を透過しないことを確保する一方、その光信号が同時に高
反射率状態をもつ表面層から反射される。図２を参照すると、フォトン吸収層の
低吸収状態と高吸収状態の双方の間並びに表面層の低反射率状態と高反射率状態
の間を可逆的にイメージングする本発明の光シャッタを利用する光スイッチアレ
イ１１０の一実施例が示されている。固有の通信チャネルの、例えば、１６２０
nm等の所定の波長の入力光信号１(ＩＮ)をもつ第１チャネル１は、その入力光信
号１(ＩＮ)を、ミラー等の反射面１５へと向ける。その後、反射面１５は、入力
光信号１(ＩＮ)を、低反射率状態をもつ表面層９を有する光シャッタ１４と、有
機フリーラジカル化合物を有するフォトン吸収層７へと向ける。光シャッタ１４
のフォトン吸収層７が、図２の光信号の光路面の上方又は下方の光源からフォト
ンを吸収するとき、有機フリーラジカル化合物がそのフォトンを吸収し、１６２
０nmにて低吸収状態から高吸収状態へと変化する反応生成物を生成すると同時に
、光シャッタ１４の表面層９が低反射率状態から第２の高反射率状態へイメージ
ングされる。反応生成物が生成されかつ１６２０nmにおける吸光度及び反射率が
非常に高くなる一方、この光信号はミラー等の反射面２５へと反射される。その
後、光信号は反射面２５により第２チャネルへと反射され、そこで光信号は１６
２０nmの出力光信号２(ＯＵＴ)となる。光シャッタ１４によるフォトン吸収以前
、又は、反応生成物及び高反射率状態の表面層が逆反応を行い当初の有機フリー
ラジカル化合物及び低反射率状態の表面層を再生したとき、１６２０nmにおける
吸光度及び反射率は非常に低く、従って、光信号は光シャッタ１４及び光シャッ
タ１５をチャネル１へと透過でき、そこで光信号は１６２０nmの出力光信号１(
ＯＵＴ)となる。

【００８８】同様に、固有の通信チャネルの、例えば、１６２０nm等の波長における入力出
力信号２(ＩＮ)をもつ第２チャネルは、入力光信号を、低反射率状態をもつ表面
層９を有する光シャッタ１６と、有機フリーラジカル化合物を有するフォトン吸
収層７へと向ける。光シャッタ１６のフォトン吸収層７が図２の光信号の面の上
方又は下方の光源からフォトンを吸収するとき、有機フリーラジカル化合物がフ
ォトンを吸収し、かつ、１６２０nmにて低吸収状態から高吸収状態へと半価する
反応生成物を生成し、同時に光シャッタ１６の表面層９が低反射率状態から高反
射率の第２状態へとイメージングされる。反応生成物が生成されかつ１６２０nm
における吸光度及び反射率が非常に高いとき、この光信号はチャネル１へと反射
され、そこで光信号は１６２０nmの出力光信号１(ＯＵＴ)となる。光シャッタ１
６によるフォトンの吸収以前、又は、反応生成物及び高反射率の表面層が逆反応
を行い当初の有機フリーラジカル及び低反射率状態の表面層を再生したとき、１
６２０nmにおける吸光度と反射率は非常に低く、従って光信号は光シャッタ１６
及び光シャッタ１４を透過して反射面２５へと透過できる。その後光信号は、反
射面２５によりチャネル２へと反射され、そこで光信号は１６２０nmにおける出
力光信号２(ＯＵＴ)となる。

【００８９】光シャッタ１６と光シャッタ１４とは非常に近くにあり、ダブル光シャッタ部
品１８を形成するが、これらの光シャッタをイメージングするための光源は、光
スイッチアレイ中のただ一つの光シャッタのみをイメージングするフォトンを与
えるためにコリメートされかつ焦点合わせされる。例えば、ダブル光シャッタ部
品１８の光シャッタ１４をイメージングすることなく光シャッタ１６のみをイメ
ージングする。

【００９０】以上述べたように、「透明から不透明」となる光シャッタとしたり、「不透明
から透明」となる光シャッタとしたり、さらに「透明から反射性」となる光シャ
ッタとしたりするフレキシビリティをもつ本発明の光シャッタの多くの変形及び
組合せは、本発明の光スイッチアレイの設計で利用でき、設計において「透明か
ら不透明」となる光シャッタ、「不透明から透明」となる光シャッタ、及び「透
明から反射性」となる光シャッタを必要とする技術における既知の光スイッチア
レイにおける利用を含む。

【００９１】図２の２×２光スイッチアレイは、より大型のアレイへと容易に拡張できる。
例えば、各チャネルが１５３０〜１６２０nmの領域の異なる８０個の波長をもつ
光信号の１５個のファイバチャネルがある１２００×１２００光スイッチアレイ
である。非常に近い２つの光シャッタからなるダブル光シャッタ部品を具備する
図２に示した「透明から反射性」となる光シャッタは、例えば、全体の大きさが
各辺が約８μmの立方形のように小さくできる。もし、光スイッチアレイが、各
々固有波長をもつ１５個のチャネルを分割して別の７９個の固有波長をもつ１５
個のチャネルをもつ単一面の光スイッチアレイへ入力し、この第１単一面に平行
で上方又は下方にある７９個の個々の面に分割された信号を位置決めしかつ与え
るように動作し、さらに、各面の光シャッタが他のいずれの面の光シャッタから
も十分に離れており、光スイッチアレイの面の上方又は下方からの光源が他のい
ずれの光シャッタもイメージングすることなく一つの個々の光シャッタをイメー
ジングすることができるように動作する場合、光スイッチアレイは非常にコンパ
クトな大きさとすることができる。例えば、図２のダブル光シャッタ部品１８の
立方形状の各辺を８μmとすると、対応する「透明から反射性」となるタイプの
光シャッタ及びダブル光シャッタ部品に基づく１２００×１２００光スイッチア
レイの寸法は、１５チャネルの単一面の一次元について約８μm×１５チャネル
すなわち１２０μm 、個々の波長について８０個の面全体を計算するために深さ
については約８μm×８０波長すなわち６４０μm、さらに他のいずれの光シャッ
タもイメージングすることなく一つの光シャッタのみをイメージングできるよう
な隙間を計算するために１５チャネルの各単一面における２次元について約８μ
m×８０波長×１５チャネルと見積もることができる。このように大きさが極め
て小さいことは、コスト、製造容易性、並びに、光スイッチアレイ及び光スイッ
チアレイをイメージングする光源の双方についての空間の配慮の点で非常に有利
である。

【００９２】本発明の光スイッチアレイの一実施例では、光スイッチアレイがさらに、例え
ば１５４２nmの波長の光信号を例えば１５４４nmの第２の異なる波長へ変換する
光波長変換層を有する。これは、光信号を他のチャネルへと、例えば同じ光ファ
イバの他の利用可能な波長へとスイッチングする更なるフレキシビリティを実現
する。光信号を、入力光信号の上又は下の１、２、又は３の波長である別の波長
へ変換することができる光波長変換層が好適である。安定な有機フリーラジカル
化合物は、通常、フリーラジカル部分を安定化するために大きな分子構造を有す
る。このことから、それらは大きな分子断面積、非常に高い吸収吸光係数、並び
にしばしば吸収したフォトンから熱、電子移動反応及び蛍光へのサブピコ秒変換
を有する。従って、これらの有機フリーラジカル化合物は、有機フリーラジカル
化合物を含む層を通るフォトンの周波数を変化させることによりフォトンに対す
る波長変換を実現する非線形光学特性を付与するために改変することができる。
一実施例では、光波長変換層が有機フリーラジカル化合物を含む。

【００９３】本発明の光シャッタは、光ネットワークシステムにおける光信号の次の目的地
へそれらの光信号を送る前に所定の遅延時間の間、光信号を蓄積するための光バ
ッファを作製するために利用できる。光信号のビットレート及び品質が増すと、
光ファイバ通信チャネル技術でデータコンテンションとして一般に知られる状況
がさらに頻繁となってくる。これは特に、光ファイバ通信チャネルがナノ秒光バ
ーストスイッチング及びナノ秒光パケットスイッチングを発展させる際の技術的
挑戦である。データコンテンションとしては、例えば、２つの異なる光信号のパ
ケットが光ネットワーク内の次の目的地へ同時に伝送されようとして競合状態に
ある場合が含まれる。このコンテンションを解決するために、例えば、ファイバ
遅延ラインへ入れておくことにより光信号のパケットの一つの伝送を遅延させる
。ファイバ遅延ラインでは、光の速度(ピコ秒当たり０．３mm)を所定の遅延時間
を与えるために用いることができる。これらのファイバ遅延ラインは、高価かつ
複雑で、空間を占有し、さらに所望する遅延時間を変動させることについてはそ
れほどフレキシブルではない。これらの欠点は、光バッファにおいて本発明の光
シャッタを利用することにより克服できる。

【００９４】図３を参照すると、本発明のフォトン吸収層の低吸収状態と高吸収状態の間及
び本発明の表面層の低反射率状態と高反射率状態の間で可逆的イメージングを行
う本発明の光シャッタを利用する光バッファの一実施例が示されている。例えば
、１６２０nmの波長における、又は、例えば１５３０〜１６２０nmの領域の８０
個の波長等の多重波長における光信号１が、光ネットワークの目的地１１０へと
向けられる。例えば、ネットワーク光コアスイッチング若しくは光増幅器のため
の光スイッチアレイ、又は、ネットワーク端スイッチングのための電気光スイッ
チアレイ等である。これらは、例えば、Listantiらによる「Architectural and
Technological Issues for Future Optical Internet Networks」(IEEE Communi
cations Magazine, September 2000, pages 82-92)及びその中の文献に記載され
ており、ここに参照することによりその全内容を含めるものとする。光信号１は
、光ネットワークの目的地１１０へ伝達される前に光バッファ１２０の光シャッ
タ１０及び１１を通過しなければならない。光信号１の伝送を遅延させるデータ
コンテンション又は他の理由が生じた場合、図２の類似の光シャッタ１４及び１
６について前述したように低反射率状態の表面層９とフォトン吸収層７とを具備
する光シャッタ１１がイメージングされる。その後、光信号１は低反射率状態の
表面層９とフォトン吸収層７とを具備する光シャッタ１２へと反射される。光バ
ッファ１２０の遅延を望むならば、図２の類似の光シャッタ１４及び１６につい
て前述したように光シャッタ１２がイメージングされる。その後、光信号１は、
低反射率状態の表面層９とフォトン吸収層７とを具備する光シャッタ１０へと反
射され、図２の類似の光シャッタ１４及び１６について前述したように光シャッ
タ１０がイメージングされる。その後、光信号１は、光シャッタ１１へと反射さ
れ、光信号１が光バッファ１２０の周囲を伝わった時点までに、光シャッタ１１
は逆反応を行い低吸収状態及び低反射率状態を再生する。

【００９５】更なる遅延が不要であるならば、光シャッタ１１はイメージングされず、光信
号１は光ネットワークの目的地１１０へと伝わっていく。更なる遅延が必要なら
ば、光シャッタ１１がイメージングされ、光信号１は再び光シャッタ１２へと反
射され、光バッファ１２０内で光信号１を蓄積するすなわち遅延させるプロセス
が続けられ、光信号１が光シャッタ１１へ到達したとき更なる遅延が不要となる
まで持続する。一つの光バッファのみが必要ならば、光シャッタ１２及び１３は
光シャッタとする必要はなく、ミラーのような永久的な反射表面としてもよい。
光の速度である０．３mm／ピコ秒において、光バッファ１２０内の光信号１によ
る伝達距離は、光バッファ１２０の周囲の単一ループ又は多重ループにおける所
望する遅延時間を実現するように設定される。所望する遅延時間が変動して単一
ループ若しくは任意の数の多重ループに適合させられない場合、４つの光シャッ
タ又はミラーの２個又はそれ以上を移動させることにより、新たな所望する遅延
時間に適合する単一ループ若しくは任意の数の多重ループの新たな距離を創設し
て光バッファ１２０の単一ループの距離を調整することができる。

【００９６】一方、光バッファ１３０内の遅延若しくは光信号蓄積が望ましい場合、光シャ
ッタ１２はイメージングされず、光信号１は光バッファ１３０へと伝わる。光シ
ャッタ２０、２１、２２及び２３は、図３の光シャッタ１０、１１、１２及び１
３のそれぞれについて説明したと同じ層及びその替わりの永久反射面を有する。
従って、これらの光シャッタをイメージングすることにより光信号１は光バッフ
ァ１３０の周囲のループ内を循環させられ、そして、光信号１が光シャッタ２０
に到達したとき光シャッタ２０がイメージングされないならば、光信号１は、光
バッファ１２０へと戻されることがわかる。光信号１が光バッファ１２０へ戻さ
れたとき、光信号１は、光シャッタをイメージングすることにより光バッファ１
２０の周囲のループ内を循環することができる。そして、光信号１が光シャッタ
１１に到達したとき光シャッタ１１がイメージングされないならば、光信号１は
光ネットワークの目的地へと伝わっていくことができる。

【００９７】光バッファ１２０及び１３０に隣接する他の場所に、光バッファ１２０及び１
３０が互いに隣り合っていて光信号１によりアクセスもされるのと同様の方法で
同様の光バッファを設けることができる。更なる光バッファは、広範囲のバイト
サイズをもつ多様な光データパケットを処理する際に更なるバッファ容量と、更
なるフレキシビリティとをもたらすであろう。例えば、５０バイト〜１５００バ
イトの範囲のサイズであって、互いに必ずしも整数倍ではなく所望の遅延時間が
変動するものである。第１光バッファへ光学的に接続される更なる光バッファに
替わるものとして、単一の光バッファがその光バッファの各辺に２以上の光シャ
ッタを設けてもよい。例えば、光バッファ１２０及び１３０の各辺上の互いに向
き合う２つの光シャッタの替わりに、各辺上に互いに向き合う１００個の光シャ
ッタを設けてもよい。これにより、光信号が特定の光シャッタへ到達したときそ
の光シャッタをイメージングするか否かを選択することにより遅延時間を容易に
変えることができる。

【００９８】このように、本発明の光バッファの一態様は、所望する時間だけ光信号を蓄積
するための光バッファに関し、光バッファは、互いに第１の距離及び第１の角度
で位置付けられた少なくとも２つの光シャッタを有し、少なくとも２つの光シャ
ッタはフォトンいよりイメージング可能でありかつ、一波長にて低吸収の第１状
態とその波長にて高吸収の第２状態とをもち、光シャッタがフォトン吸収層を有
し、フォトン吸収層は有機フリーラジカル化合物を含みかつ該有機フリーラジカ
ル化合物によるフォトンの吸収により当該波長における吸収変化のある反応生成
物を生成し、その反応生成物の逆反応により該フリーラジカル化合物を再生し、
そして少なくとも２つの光シャッタが、吸収の第１状態と第２状態との間で可逆
的にイメージング可能であることを特徴とし、かつ、それら少なくとも２つの光
シャッタはさらに当該波長で低反射率状態の表面層を有し、該少なくとも２つの
光シャッタは、前記フォトンの吸収により高反射率状態の表面層を形成しかつ高
反射率状態の逆反応により低反射率状態を再生し、該少なくとも１つの光シャ
ッタは、低反射率状態と高反射率状態との間で可逆的にイメージング可能である
ことを特徴とし、少なくとも２つの光シャッタの少なくとも２つが、光信号を搬
送する入力チャネルと、該光信号の出力チャネルとの間に挿入される。

【００９９】本発明の光バッファの一実施例では、フォトンの吸収が低吸収の第１状態から
高吸収の第２状態へと光シャッタをイメージングする。一実施例では、光バッフ
ァがさらに２又はそれ以上の反射面、例えば２又はそれ以上の「透明から反射性
」になる光シャッタ又は２つのミラーを有し、それらは少なくとも２つの光シャ
ッタから第２の距離及び第２の角度で位置付けられることにより、光信号を少な
くとも２つの光シャッタのうちの少なくとも１つへと戻す。一実施例では、第１
の距離、第１の角度、第２の距離、及び第２の角度は、入力チャネルと出力チャ
ネルとの間に挿入される少なくとも２つの光シャッタのいずれかに対して所望す
る時間で光信号を戻すように選択される。一実施例では、第１の距離、第１の角
度、第２の距離、及び第２の角度は、光信号を蓄積するための所望する時間の変
動に適合するように調整可能である。

【０１００】本発明の光バッファでは、光シャッタのフォトン吸収層が好適には、有機フリ
ーラジカル化合物を含むが、フォトン吸収層の可逆的な「透明から不透明」への
イメージングを誘導する他の材料を用いることができる。

【０１０１】本発明の光シャッタは、光ルータに利用でき、光パケット中の光ヘッダ信号又
は別の形態の光信号を、光スイッチアレイをイメージングし、光ネットワークの
所望する目的地へ光パケットのルートを決めたり方向付けたりするために利用で
きる。本発明の光ルータの一態様は、（ａ）１又は複数の波長をもつ複数の光信
号を有する入力チャネルと、（ｂ）複数の光シャッタをもつ光スイッチアレイと
、（ｃ）入力チャネルと光スイッチアレイとの間に挿入される光シリアルパラレ
ル変換シャッタとを有する光ルータに関し、光シリアルパラレル変換シャッタは
フォトンによりイメージング可能であり、一波長における低吸収の第１状態と当
該波長における高吸収の第２状態とを有し、光シリアルパラレル変換シャッタは
フォトン吸収層を有する。フォトン吸収層は有機フリーラジカル化合物を含み、
フリーラジカル化合物によるフォトンの吸収により当該波長における吸収変化の
ある反応生成物を生成しかつ該反応生成物の逆反応により該フリーラジカル化合
物を再生することを特徴とする。光シリアルパラレル変換シャッタは、低吸収の
第１状態と高吸収の第２状態との間で可逆的にイメージング可能であり、かつ、
フォトンの吸収が光シリアルパラレル変換シャッタを第２状態から第２状態へと
イメージングすることを特徴とする。さらに（ｄ）光シリアルパラレル変換シャ
ッタの表面に対して９０度未満の角度でフォトンを与えるべく位置付けられた光
源を有する。この光源は、光シリアルパラレル変換シャッタの表面上にフォトン
を供給することにより、光シリアルパラレル変換シャッタが第２状態から第１状
態へイメージングされかつ一定期間過ぎるとその表面上の異なる複数の場所にて
第２状態へと可逆的に戻り、複数の光信号は複数の場所にて光シリアルパラレル
変換シャッタを通過する。複数の場所は、それらの場所の１つを通過して前記光
スイッチアレイの前記光シャッタの一つへと光信号の伝送を方向付けるように位
置付けられる。

【０１０２】本発明の光ルータの一実施例では、複数の光信号が光パケットの光ヘッダを含
む。一実施例では、光ルータがさらに、光シリアルパラレル変換シャッタの片側
又は両側に光信号増幅器を有する。一実施例では、光ルータがさらに、入力チャ
ネルの複数の光信号の１又は複数を、１又は複数の波長の１／２波長に変換する
ために光シリアルパラレル変換シャッタの片側又は両側に光周波数２逓倍素子を
有する。一実施例では、光ルータがさらに、光信号を分割するために光シリアル
パラレル変換シャッタの片側に１又は複数の光分割素子を有し、前記スイッチア
レイの光シャッタが２つの異なる光信号によりイメージングされるように光シリ
アルパラレル変換シャッタの片側に１又は複数の周波数２逓倍素子を有する。一
実施例では、２つの異なる光信号の波長が異なり、２つの異なる光信号の一方の
波長がスイッチアレイの光シャッタの第１反応をイメージングするために用いら
れ、２つの異なる光信号の第２の波長が第１反応の逆反応をイメージングするた
めに用いられる。

【０１０３】図４Ａは、本発明の光シャッタを用いる光ルータの一実施例を示している。入
力チャネル２は、光信号１を、フォトン吸収層７を有する前述の「不透明から透
明」タイプの光シリアルパラレル変換シャッタ３２へと向ける。光源５０は、光
シリアルパラレル変換シャッタ３２の表面に対して９０度未満の角度でフォトン
を供給するように位置付けられ、光シリアルパラレル変換シャッタ３２をイメー
ジングするためにフォトンのフラックス６を供給する。光速が０．３mm／ピコ秒
でありかつ光源６からフォトン吸収層７までの距離が変動するので、光シリアル
パラレル変換シャッタ３２は高吸収状態から低吸収状態へとイメージングされ、
一定期間過ぎるとその表面上の異なる場所で高吸収状態へと可逆的に戻り、そし
て光信号１は光シリアルパラレル変換シャッタ３２の右側の位置１９にて光シリ
アルパラレル変換シャッタ３２を通過する。位置１９の場所は、光信号１を光ス
イッチアレイ６０の光シャッタ１６へと透過させ、この場合、図４Ａの光シャッ
タ１６は図２の光シャッタ１６と同様のものでよい。光信号１は、光パケットの
光ヘッダを含むことにより、光パケットの光のルート決定を行うことができる。
特に、前述のListantiらによる文献に記載されたナノ秒光パケットスイッチング
システムにおいて行うことができる。

【０１０４】光信号１が光シャッタ１６をイメージングするために十分な強度でもなく適切
な波長でもない場合は、光信号増幅器技術で知られる１又は複数の光信号増幅器
を光シリアルパラレル変換シャッタ３２の片側又は両側に追加することにより、
信号１を増強することができ、そして光周波数２逓倍素子技術で知られる光周波
数２逓倍素子を光シリアルパラレル変換シャッタの片側に追加することにより入
力チャネルの光信号の１又は複数の波長を、１又は複数の波長の１／２波長へ変
換することができる。光ヘッダからの光信号１は通常、光スイッチアレイを通過
する光データ信号の波長と同じか又は近い波長を有するので、通常、光ヘッダ誘
導光信号の場合は光シャッタ１６のイメージングのために光周波数２逓倍素子に
よるような何らかのタイプの波長変換が必要となるであろう。

【０１０５】図４Ｂの各符号は、図４Ａと同じ意味を有し、図４Ａと図４Ｂの違いは、図４
Ｂでは光信号１がタイミング的により早く、例えば１．５ピコ秒だけ早く、図４
Ａの光信号と比較すると６４０／GBsの概算のビットスペーシングとなる。結論
として、図４Ｂでは、光シリアルパラレル変換シャッタ３２がその左側の位置１
８で開くことにより光信号１は通過することができ、光スイッチアレイ６０の光
シャッタ１４へと透過される。

【０１０６】図５を参照すると、光源５０、フォトンのフラックス６、フォトン吸収層７を
有する光シリアルパラレル変換シャッタ３２、位置１８及び１９、光シャッタ１
４及び１６、並びに光スイッチアレイ６０は、図４Ａ及び図４Ｂについて説明し
た通りである。２つの光シャッタを可逆的にイメージングするために必要な場合
は、光分割素子４１及び４２がそれぞれ位置１８及び１９の下方の光シリアルパ
ラレル変換シャッタ３２の片側に追加されることにより、シャッタ３２を通る光
信号を２つの信号へとそれぞれ分割し、２つの異なる光信号の各々により、好適
には光スイッチアレイ６０の光シャッタの２つの異なる側からそして２つの異な
る光信号の一方に時間遅延を導入して光シャッタ１４及び１６をイメージングす
る。これにより、２つの異なる光信号の一方は、他方によるイメージングの後に
光シャッタをイメージングし、２つの異なる光信号の波長は波長変換のため周波
数２逓倍技術又は他の技術により２つの異なる波長へと変換される。図５の光信
号１は、図４Ａ及び図４Ｂに示された２つの光信号を有し、結果的に光シリアル
パラレル変換シャッタ３２は２つの位置１８及び１９にて開かれ、これらの光信
号は２つの光シャッタ１４及び１６へ透過される。光分割素子４１及び４２を用
いて、これらの光信号が分割されて２つの側へと向けられる。２つの側は、好適
には反対側であって光スイッチアレイ６０でスイッチングされる光データ信号の
面に対して垂直である。

【０１０７】本発明の光シャッタは、調整可能な光利得フィルタにも利用でき、この光利得
フィルタを通過することにより所望する量だけ光信号の振幅が低減され、振幅の
低減量は変更可能である、すなわち光入力により「調整」される。光信号は、例
えば１６２０nm等の単一波長でよく、光信号は、例えば１５３０〜１６２０nmの
領域内の８０個の波長等の一定範囲の波長でもよい。本発明の光利得フィルタの
一態様は、光シャッタを有する調整可能な光利得フィルタに関し、光シャッタが
フォトンによりイメージング可能でありかつ一波長における低吸収の第１状態と
、当該波長における高吸収の第１状態とをもつ。光シャッタは、フォトン吸収層
を有し、このフォトン吸収層は有機フリーラジカル化合物を含み、このフリーラ
ジカル化合物によるフォトン吸収により当該波長における吸収変化のある反応生
成物を生成しかつこの反応生成物の逆反応によりフリーラジカル化合物を再生す
ることを特徴とする。さらに、光シャッタは、吸収の第１状態と第２状態との間
で可逆的にイメージング可能であることを特徴とし、光利得フィルタは当該波長
における光信号の所望するパーセント割合の透過を可能とする。一実施例では、
光利得フィルタが、所望するパーセント割合で透過すべくフィルタリングされる
波長とは異なる波長を除去するために１又は複数の干渉フィルタ層を有する。

【０１０８】本発明の調整可能な光利得フィルタは、光シャッタをイメージングするために
フォトンフラックスの強度を変化させることにより調整可能である。これは、フ
ィルタリングされる１又は複数の波長における吸収変化のある当初フリーラジカ
ル化合物と反応生成物との間で形成される「安定状態平衡」を利用することによ
り利得フィルタにおける様々なパーセント割合の透過を実現することである。こ
の安定状態条件は、反応生成物の光誘起生成の速度と、当初フリーラジカル化合
物を再生する逆反応の速度の違いから生じる。別の方法では、本発明の２又はそ
れ以上の光シャッタを具備する調整可能な光利得フィルタを設けることにより、
調整することができる。２又はそれ以上の光シャッタの各々は、フィルタリング
される波長における光信号の透過のパーセント割合を異なるようにできる。所望
するパーセント割合の透過は、所望するパーセント割合を実現する２又はそれ以
上の光シャッタの特定の１つをイメージングすることにより得られる。本発明の
光シャッタは極めて小さな大きさとできるので、２又はそれ以上の光シャッタを
用いて調整可能な光利得フィルタを容易に作製できる。例えば、９９個の光シャ
ッタの各々が所定の波長で１％〜９９％の各整数のパーセント割合透過を実現し
、なおかつ光利得フィルタを極めて小さくできる。さらに、調整可能な光利得フ
ィルタは、本発明の２又はそれ以上の光シャッタをこの調整可能な光利得フィル
タに設けることにより、２若しくはそれ以上の異なる単一波長又は２若しくはそ
れ以上の異なる範囲の波長において調整可能な利得フィルタとして動作するため
に調整可能である。２又はそれ以上の光シャッタの各々は、フィルタリングされ
る第１の波長若しくは波長領域の光信号について異なるパーセント割合透過を実
現し、かつ／又は第１の波長若しくは波長領域とは異なる第２の波長若しくは波
長領域の光信号の異なるパーセント割合透過を実現する。これは、例えば、調整
可能な光利得フィルタに１９８個の光シャッタを利用することにより実行され、
その場合、２組の９９個の光シャッタが、第１組の９９個の光シャッタにより第
１の波長若しくは波長領域の光信号の別々のパーセント割合透過を実現し、そし
て第２組の９９個の光シャッタにより第２の波長若しくは波長領域の光信号の別
々のパーセント割合透過を実現する。

【０１０９】本発明における「透明から不透明」タイプ及び「不透明から透明」タイプの光
シャッタは、フォトンの吸収が光シャッタを吸収の第１状態から第２状態へそし
て第２状態から第１状態へとそれぞれイメージングさせるが、本発明の調整可能
な光利得フィルタで用いるのに特に適している。例えば、ＩＲ−１２６の１５３
０〜１６２０nm波長領域における非常に強くかなり平坦で均一な吸収は、調整可
能な光利得フィルタにおいて光シャッタを非常に有利な要素とする。ＩＲ−１２
６は、生成される反応生成物としても、当初の有機フリーラジカル化合物として
も存在する。有機フリーラジカル化合物は、フィルタリングされる所望する波長
領域の吸収スペクトルに対して所望する「傾斜」を付与するために化学的に修飾
することができ、それにより利得フィルタ用途をイコライジング（平坦化）する
ためのイコライジングタイプの調整可能な光利得フィルタを実現する。このよう
なイコライジング利得フィルタ用途は、光ファイバ通信チャネル技術で知られて
おり、特に多重波長の光信号が光スイッチや光増幅器等の光学素子で処理された
後にその振幅をイコライジングするための用途がある。

【０１１０】本発明は、特定の一般的な実施例を参照して詳細に説明されたが、本発明の主
旨及び範囲から逸脱することなく種々の変更及び改変が当業者には可能であるこ
とは明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトンによりイメージング可能でありかつ一波長における
低吸収の第１状態と該波長における高吸収の第２状態とをもち、フォトン吸収層
を有し、該フォトン吸収層が有機フリーラジカル化合物を含み、かつ該フリーラ
ジカル化合物による該フォトンの吸収により該波長における吸収変化のある反応
生成物を生成すると共に該反応生成物の逆反応により該フリーラジカル化合物を
再生し、該第１状態と該第２状態との間で可逆的にイメージング可能であること
を特徴とする光シャッタ。
【請求項２】前記フリーラジカル化合物が有機ラジカルカチオンである請
求項１に記載の光シャッタ。
【請求項３】前記ラジカルカチオンがアミニウムラジカルカチオンである
請求項２に記載の光シャッタ。
【請求項４】前記ラジカルカチオンがトリス(ｐ−ブチルアミノフェニル)
アミニウム塩である請求項２に記載の光シャッタ。
【請求項５】前記フリーラジカル化合物が有機ラジカルアニオンである請
求項１に記載の光シャッタ。
【請求項６】前記ラジカルアニオンがアントラセミキノンラジカルアニオ
ンである請求項５に記載の光シャッタ。
【請求項７】前記フリーラジカル化合物が１又は複数の有機ラジカルカチ
オン及び１又は複数の有機ラジカルアニオンを含み、かつさらに前記吸収変化が
、前記１又は複数のラジカルカチオン及び前記１又は複数のラジカルアニオンの
少なくとも１つによる前記フォトンの吸収により前記反応生成物を生成した結果
である請求項１に記載の光シャッタ。
【請求項８】前記フリーラジカル化合物がラジカルカチオン及びラジカル
アニオンの塩を含む請求項１に記載の光シャッタ。
【請求項９】前記波長における前記第１状態と前記第２状態との間の吸収
の差が吸光度において０．１より大きい請求項１〜８のいずれかに記載の光シャ
ッタ。
【請求項１０】前記波長における前記第１状態と前記第２状態との間の吸
収の差が吸光度において０．５より大きい請求項１〜８のいずれかに記載の光シ
ャッタ。
【請求項１１】前記波長における前記第１状態と前記第２状態との間の吸
収の差が吸光度において１．５より大きい請求項１〜８のいずれかに記載の光シ
ャッタ。
【請求項１２】前記波長における前記第１状態と前記第２状態との間の吸
収の差が吸光度において３．０より大きい請求項１〜８のいずれかに記載の光シ
ャッタ。
【請求項１３】前記フォトン吸収層の厚さが２〜１００μmである請求項
１〜１２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項１４】前記フォトン吸収層の厚さが４〜２５μmである請求項１
〜１２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項１５】前記フォトン吸収層の厚さが８μm未満である請求項１〜
１２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項１６】前記波長が４００〜１０００nmの領域の一波長である請求
項１〜１５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項１７】前記波長が１０００〜１４００nmの領域の一波長である請
求項１〜１５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項１８】前記波長が１４００〜１６００nmの領域の一波長である請
求項１〜１５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項１９】前記波長が１５２０〜１５８０nmの領域の一波長である請
求項１〜１５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項２０】前記波長が１５００〜１７００nmの領域の一波長である請
求項１〜１５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項２１】前記フォトンの前記吸収が前記第１状態から前記第２状態
へ前記シャッタをイメージングする請求項１〜２０のいずれかに記載の光シャッ
タ。
【請求項２２】前記フォトンの前記吸収が前記第２状態から前記第１状態
へ前記シャッタをイメージングする請求項１〜２０のいずれかに記載の光シャッ
タ。
【請求項２３】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物による前記フ
ォトンの前記吸収の後、１ナノ秒未満で生成する請求項１〜２２のいずれかに記
載の光シャッタ。
【請求項２４】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物による前記フ
ォトンの前記吸収の後、０．１ナノ秒未満で生成する請求項１〜２２のいずれか
に記載の光シャッタ。
【請求項２５】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物による前記フ
ォトンの前記吸収の後、０．０１ナノ秒未満で生成する請求項１〜２２のいずれ
かに記載の光シャッタ。
【請求項２６】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物による前記フ
ォトンの前記吸収の後、０．００１ナノ秒未満で生成する請求項１〜２２のいず
れかに記載の光シャッタ。
【請求項２７】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物の酸化生成物
である請求項１〜２６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項２８】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物の１電子酸化
生成物である請求項１〜２６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項２９】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物の２電子酸化
生成物である請求項１〜２６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項３０】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物の還元生成物
である請求項１〜２６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項３１】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物の１電子還元
生成物である請求項１〜２６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項３２】前記反応生成物が前記フリーラジカル化合物の２電子還元
生成物である請求項１〜２６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項３３】前記逆反応が熱により誘起される請求項１〜３２のいずれ
かに記載の光シャッタ。
【請求項３４】前記逆反応が紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射か
らなる群から選択される照射により誘起される請求項１〜３２のいずれかに記載
の光シャッタ。
【請求項３５】前記逆反応を誘起する前記照射の波長が前記反応生成物を
生成するために吸収される前記フォトンの波長と異なる請求項３４に記載の光シ
ャッタ。
【請求項３６】前記逆反応が、酸素の存在と、紫外線照射、可視光照射、
及び赤外線照射からなる群から選択される照射の存在との組合せにより誘起され
る請求項１〜３２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項３７】前記逆反応が照射なしで５０℃未満で生じる請求項１〜３
６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項３８】前記逆反応が１秒未満で生じる請求項１〜３６のいずれか
に記載の光シャッタ。
【請求項３９】前記逆反応が１０ミリ秒未満で生じる請求項１〜３６のい
ずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４０】前記逆反応が１ミリ秒未満で生じる請求項１〜３６のいず
れかに記載の光シャッタ。
【請求項４１】前記逆反応が０．１ミリ秒未満で生じる請求項１〜３６の
いずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４２】前記逆反応が０．０１ナノ秒未満で生じる請求項１〜３６
のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４３】前記フォトンの波長が１又は複数の紫外波長である請求項
１〜４２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４４】前記フォトンの波長が４００〜７００nmの領域の１又は複
数の波長である請求項１〜４２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４５】前記フォトンの波長が７００〜２０００nmの領域の１又は
複数の波長である請求項１〜４２のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４６】前記フリーラジカル化合物による前記フォトンの前記吸収
が前記フリーラジカル化合物のフリーラジカル基底状態からである請求項１〜４
５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項４７】前記フォトンの光源がレーザである請求項１〜４６のいず
れかに記載の光シャッタ。
【請求項４８】前記フォトンによる前記シャッタのイメージングにおいて
所望の長さのイメージング時間及び所望のイメージング領域を実現するために第
１のモジュレータが前記レーザと前記シャッタとの間に挿入される請求項４７に
記載の光シャッタ。
【請求項４９】前記逆反応が紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射か
らなる群から選択される照射により誘起され、かつ、前記照射による前記シャッ
タの前記逆反応において所望の長さのイメージング時間及び所望のイメージング
領域を実現するために第２のモジュレータが前記照射の光源と前記シャッタとの
間に挿入される請求項４８に記載の光シャッタ。
【請求項５０】前記フォトンの波長が前記逆反応を誘起する前記照射の波
長とは異なる請求項４９に記載の光シャッタ。
【請求項５１】前記フォトンの光源が連続光源である請求項１〜４６のい
ずれかに記載の光シャッタ。
【請求項５２】前記フォトンによる前記シャッタのイメージングにおいて
所望の長さのイメージング時間及び所望のイメージング領域を実現するために第
１のモジュレータが前記連続光源と前記シャッタとの間に挿入される請求項５１
に記載の光シャッタ。
【請求項５３】前記逆反応が紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射か
らなる群から選択される照射により誘起され、かつ、前記照射による前記シャッ
タの前記逆反応において所望の長さのイメージング時間及び所望のイメージング
領域を実現するために第２のモジュレータが前記照射の光源と前記シャッタとの
間に挿入される請求項５２に記載の光シャッタ。
【請求項５４】前記フォトンの波長が前記逆反応を誘起する前記照射の波
長と異なる請求項５３に記載の光シャッタ。
【請求項５５】前記フォトンの光源がエレクトロルミネッセンス発光素子
である請求項１〜４６のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項５６】前記フォトンによる前記シャッタのイメージングにおいて
所望の長さのイメージング時間及び所望のイメージング領域を実現するために前
記発光素子が外周と断続的発光部とを具備する複数の発光ピクセルを有する請求
項４７に記載の光シャッタ。
【請求項５７】前記逆反応が紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射か
らなる群から選択される照射により誘起され、かつ、外周と断続的発光部とを具
備する複数の発光ピクセルを有する第２のエレクトロルミネッセンス発光素子が
前記照射による前記シャッタの逆反応において所望の長さのイメージング時間及
び所望のイメージング領域を実現する請求項５６に記載の光シャッタ。
【請求項５８】前記フォトンの波長が前記逆反応を誘起する前記照射の波
長と異なる請求項５７に記載の光シャッタ。
【請求項５９】前記フォトン吸収層が誘起ポリマーを含む請求項１〜５８
のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６０】前記フォトン吸収層が無機ガラスを含む請求項１〜５８の
いずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６１】前記フォトン吸収層が１又は複数の無機キセロゲル層を含
む請求項１〜５８のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６２】前記光シャッタが前記フォトン吸収層の少なくとも片面上
に金属層を有する請求項１〜６１のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６３】前記金属層がアルミニウムを含む請求項６２に記載の光シ
ャッタ。
【請求項６４】前記シャッタがさらに、前記波長における低反射率状態を
もつ表面層を有し、該表面層が前記フォトンの前記吸収により該表面層の高反射
率状態を形成し、かつ、前記高反射率状態の逆反応により前記低反射率状態を再
生することを特徴とし、さらに前記シャッタが前記低反射率状態と前記高反射率
状態との間で可逆的にイメージング可能であることを特徴とする請求項１〜６３
のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６５】前記フォトンの前記吸収が前記第１状態でかつ前記低反射
率状態から前記第２状態でかつ前記高反射率状態へと前記シャッタをイメージン
グする請求項６４に記載の光シャッタ。
【請求項６６】前記シャッタが光ファイバ通信チャネルのための光スイッ
チアレイに用いられる請求項１〜６５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６７】前記シャッタが照射の光源から目又はセンサを保護する保
護装置に用いられる請求項１〜６５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６８】前記シャッタが安全保護システムに用いられ、該安全保護
システムが、紫外線照射、可視光照射、及び赤外線照射からなる群から選択され
る照射による該シャッタのイメージングに対する前記吸収の変化を検知すること
に基づく請求項１〜６５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項６９】前記シャッタが目に装着する装置の視野レンズに用いられ
る請求項１〜６５のいずれかに記載の光シャッタ。
【請求項７０】光スイッチアレイにおいて、１又は複数の入力光チャネル
と、１又は複数の出力光信号チャネルと、１又は複数の入力光信号チャネルと、
２又はそれ以上の出力光信号チャネルと、１又は複数の光シャッタとを有し、前
記１又は複数のシャッタがフォトンによりイメージング可能でありかつ一波長に
おける低吸収の第１状態と該波長における高吸収の第２状態とを有し、前記１又
は複数のシャッタの少なくとも１つがフォトン吸収層を有し、該フォトン吸収層
が誘起フリーラジカル化合物を含み、前記フリーラジカル化合物による前記フォ
トンの吸収により該波長における吸収の変化した反応生成物を生成しかつ該反応
生成物の逆反応により前記フリーラジカル化合物を再生し、さらに前記１又は複
数のシャッタの少なくとも１つが前記第１状態と前記第２状態との間で可逆的に
イメージング可能であり、前記スイッチアレイが、第１入力光信号チャネルから
該スイッチアレイへ入り第２出力光信号チャネルにて該スイッチアレイを出てい
く前記波長の光信号をスイッチングできることを特徴とする光スイッチアレイ。
【請求項７１】前記フォトンの前記吸収が前記１又は複数のシャッタの少
なくとも１つを前記第１状態から前記第２状態へとイメージングし、前記第１チ
ャネルから前記スイッチアレイに入る前記光信号が光信号分割素子により２又は
それ以上のチャネルの２又はそれ以上の光信号へと分割され、さらに１又は複数
のシャッタの前記少なくとも１つが、前記２又はそれ以上の光信号の１つの出力
のために前記分割素子と前記第２チャネルとの間における前記２又はそれ以上の
光信号の１つの光路に挿入される請求項７０に記載の光スイッチアレイ。
【請求項７２】前記１又は複数のシャッタの少なくとも１つが前記分割素
子と１又は複数の反射面との間の光路に挿入され、１又は複数の反射面が前記第
２チャネルへの光路の一部である請求項７１に記載の光スイッチアレイ。
【請求項７３】前記１又は複数のシャッタの少なくとも１つがさらに前記
波長における低反射率状態をもつ表面層を有し、該１又は複数のシャッタの少な
くとも１つが前記フォトンの吸収により高反射率状態をもつ表面層を形成し、前
記高反射率状態の逆反応により前記表面層の前記低反射率状態を再生し、さらに
前記１又は複数のシャッタの少なくとも１つが前記低反射率状態と前記高反射率
状態との間で可逆的にイメージング可能であることを特徴とする請求項７０〜７
２のいずれかに記載の光スイッチアレイ。
【請求項７４】前記フォトンの前記吸収が前記１又は複数のシャッタの少
なくとも１つを前記第１状態から前記第２状態へとイメージングする請求項７３
に記載の光スイッチアレイ。
【請求項７５】前記スイッチアレイがさらに前記波長にて前記光信号を第
２の異なる波長へと変換する光波長変換層を有する請求項７０〜７４のいずれか
に記載の光スイッチアレイ。
【請求項７６】前記光波長変換層が誘起フリーラジカル化合物を有する請
求項７５に記載の光スイッチアレイ。
【請求項７７】所望の時間だけ光信号を蓄積するための光バッファにおい
て、前記バッファが互いに第１の距離及び第２の角度に位置付けられた少なくと
も２つの光シャッタを有し、前記少なくとも２つのシャッタがフォトンによりイ
メージング可能でありかつ一波長における低吸収の第１状態と該波長における高
吸収の第２状態とを有し、前記シャッタがフォトン吸収層を有し、該フォトン吸
収層が誘起フリーラジカル化合物を含み、該フリーラジカル化合物による前記フ
ォトンの吸収により前記波長における吸収の変化した反応生成物を生成しかつ前
記反応生成物の逆反応により前記フリーラジカル化合物を再生し、前記少なくと
も２つのシャッタが前記第１状態と前記第２状態との間で可逆的にイメージング
可能であり、前記少なくとも２つのシャッタがさらに前記波長における低反射率
状態をもつ表面層を有し、該少なくとも２つのシャッタが前記フォトンの吸収に
より高反射率状態をもつ表面層を形成しかつ該高反射率状態の逆反応により該低
反射率状態を再生し、前記少なくとも２つのシャッタが該低反射率状態と該高反
射率状態との間で可逆的にイメージング可能であり、前記少なくとも２つのシャッタの少なくとも２つが、前記光信号を伝達する入
力チャネルと前記光信号の出力チャネルとの間に挿入される光バッファ。
【請求項７８】前記フォトンの前記吸収が前記第１状態から前記第２状態
へ前記シャッタをイメージングする請求項７７の光バッファ。
【請求項７９】前記バッファがさらに、前記光信号を前記少なくとも２つ
のシャッタの少なくとも１つへ戻すために前記少なくとも２つのシャッタから第
２の距離及び第２の角度に位置付けられた２又はそれ以上の反射面を有する請求
項７７又は７８に記載の光バッファ。
【請求項８０】前記第１の距離、第１の角度、第２の距離、及び第２の角
度が前記光信号を所望する時間内に、前記入力チャネルと前記出力チャネルとの
間に挿入された前記少なくとも２つのシャッタの一つへ戻すように選択される請
求項７９に記載の光バッファ。
【請求項８１】前記第１の距離、第１の角度、第２の距離、及び第２の角
度が、前記光信号を蓄積するために前記所望する時間内の変化に適合させるべく
調整可能である請求項７９又は８０に記載の光バッファ。
【請求項８２】光ルータにおいて、（ａ）１又は複数の波長をもつ複数の光信号を有する入力チャネルと、（ｂ）複数の光シャッタをもつ光スイッチアレイと、（ｃ）前記入力チャネルと前記スイッチアレイとの間に挿入される光シリアル
パラレル変換シャッタであって、該シリアルパラレル変換シャッタがフォトンに
よりイメージング可能であり、一波長における低吸収の第１状態と、該波長にお
ける高吸収の第２状態とを有し、該シリアルパラレル変換シャッタがフォトン吸
収層を有し、該フォトン吸収層が有機フリーラジカル化合物を含み、該フリーラ
ジカル化合物による該フォトンの吸収により前記波長における吸収の変化した反
応生成物を生成しかつ該反応生成物の逆反応により前記フリーラジカル化合物を
再生し、前記シリアルパラレル変換シャッタは該第１状態と該第２状態との間で
可逆的にイメージング可能であり、前記フォトンの吸収が該シリアルパラレル変
換シャッタを該第２状態から該第１状態へとイメージングするところの光シリア
ルパラレル変換シャッタと、（ｄ）光源であって、前記シャッタの前記表面上へフォトンを供給することに
より前記シリアルパラレル変換シャッタが前記第２状態から前記第１状態へイメ
ージングされ、そして一定期間後に前記表面上の異なる場所にて前記第２状態へ
と可逆的に戻り、かつ前記入力チャネルの前記複数の光信号が複数の場所にて前
記シリアルパラレル変換シャッタを通過し、該複数の場所はそれらの場所の１つ
を通過する光信号の伝達を前記スイッチアレイの前記光シャッタの１つへと方向
付けるように位置付けられるところの光源とを有する光ルータ。
【請求項８３】前記入力チャネルの前記複数の光信号が、光パケットの光
ヘッダを有する請求項８２に記載の光ルータ。
【請求項８４】前記ルータがさらに、前記シリアルパラレル変換シャッタ
の片側又は両側に光信号増幅器を設ける請求項８２又は８３に記載の光ルータ。
【請求項８５】前記ルータがさらに、前記シリアルパラレル変換シャッタ
の片側に光周波数２逓倍装置を設けることにより前記入力チャネルの前記複数の
光信号の１又は複数の波長を該１又は複数の波長の１／２波長へと変換する請求
項８２〜８４のいずれかに記載の光ルータ。
【請求項８６】前記ルータがさらに、前記シリアルパラレル変換シャッタ
の片側に１又は複数の光分割装置を設けることにより前記光信号を分割し、かつ
前記シリアルパラレル変換シャッタの片側に１又は複数の光周波数２逓倍装置を
設けることにより前記スイッチアレイの前記光シャッタが２つの異なる光信号に
よりイメージングされる請求項８２〜８４のいずれかに記載の光ルータ。
【請求項８７】前記２つの異なる光信号の波長が異なり、前記２つの異な
る光信号の一方の波長が前記スイッチアレイの前記光シャッタの第１反応をイメ
ージングするために用いられ、かつ前記２つの異なる光信号の他方の波長が前記
第１反応の逆反応をイメージングするために用いられる請求項８６に記載の光ル
ータ。
【請求項８８】光シャッタを有する調整可能な光利得フィルタにおいて、
前記シャッタがフォトンによりイメージング可能でありかつ一波長における低吸
収の第１状態と該波長における高吸収の第２状態とを有し、該シャッタがフォト
ン吸収層を有し、該フォトン吸収層が誘起フリーラジカル化合物を含み、該フリ
ーラジカル化合物による前記フォトンの吸収により該波長における吸収の変化し
た反応生成物を生成しかつ該反応生成物の逆反応により前記フリーラジカル化合
物を再生し、前記シャッタが前記第１状態と前記第２状態との間で可逆的にイメ
ージング可能であり、前記利得フィルタが前記波長にて光信号の所望するパーセ
ント割合の透過を実現する光利得フィルタ。
【請求項８９】前記利得フィルタが、前記波長と異なる波長を除去するた
めに１又は複数の干渉フィルタ層を有する請求項８７に記載の光利得フィルタ。