JP2003515188A - 光学的シャッタ - Google Patents

光学的シャッタ

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JP2003515188A JP2001538865A JP2001538865A JP2003515188A JP 2003515188 A JP2003515188 A JP 2003515188A JP 2001538865 A JP2001538865 A JP 2001538865A JP 2001538865 A JP2001538865 A JP 2001538865A JP 2003515188 A JP2003515188 A JP 2003515188A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、有機自由ラジカル化合物、好適にはラジカルカチオン又はラジカルアニオンを備えた光学的シャッタに関する。有機自由ラジカル化合物は、酸化又は還元生成物を形成し、光誘起電子移転反応の結果として近赤外又は可視波長領域において吸収変化を生じる。好適には光誘起電子移転反応は、自由ラジカル化合物による光子の吸収後０．１ナノ秒以下で起こる。また、好適には吸収変化は可逆的であり、１０ミリ秒以下で起こる。また、光学的シャッタはファイバ光学通信のための光学的スイッチ、レーザ保護素子、安全保護システム、及び眼球用素子に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、光学的シャッタに関し、特に、近赤外及び／又は可視の波長領域に
おいて動作する光学的シャッタに関する。さらに詳しくは、本発明は、有機自由
ラジカル化合物を備えた光学的シャッタに関する。ここに、有機自由ラジカル化
合物は、酸化生成物又は還元生成物を形成し、これらの生成物は、近赤外又は可
視の波長領域において吸収変化を持つ。この吸収変化は、自由ラジカル化合物の
光誘起電子移転反応の結果によるものである。
【０００２】 （背景技術） データ通信の品質と速度が、ファイバ光学系によって、インターネット用途や
他の通信の需要の増大に起因して、急速に向上するにつれて、全光学的スイッチ
システムは、従来の高価格で低スイッチング速度の従来のスイッチを克服するも
のとして関心が増大している。従来のスイッチは、たとえば、様々な機械スイッ
チ、電気光学適す一致、及び熱−光学的スイッチを含んでおり、たとえば、ドナ
ルトの米国特許第５，７３２，１６８及び５，８２８，７９９に記載されている
。特に、光学信号から電気信号へのスイッチング及び逆のスイッチングを含むス
イッチングシステムがより複雑化し高コストとなったため、全光学的スイッチへ
の関心が高まっている。
【０００３】 全光学的スイッチは、典型的には、一つの出力ポートからもう一つの出力ポー
トへと光学信号をスイッチする。これは、典型的には、ポンプレーザ源からの入
力ポンプ信号を応用することによって光学信号が選択的にスイッチされるように
することである。スイッチは、レーザポンプ信号に応答して光学信号の光を一つ
又は他の出力ポートへと選択的にスイッチする。
【０００４】 全光学的又はハイブリッド光学的スイッチを作成するための様々なアプローチ
が知られているが、それらは、たとえば、Ｍａｅｎｏ等の米国特許第５，９０５
，５８７；Ａｋｓｙｕｋ等の米国特許第５，９２３，７９８；Ｂａｋｅｒ等の米
国特許第５，９７０，１８５；Ｍｕｅｌｌｅｒ−Ｆｉｅｄｌｅｒ等の米国特許第
５，８４１，９１２；Ｒａｏ等の米国特許第５，７５７，５２５；Ｓａｎｃｈｅ
ｚ等の米国特許第５，８７２，６４８；Ｋｏｂａｙａｓｈｉ等の米国特許第５，
０９１，９８４；Ｗｏｌｌｆの米国特許第５，４０６，４０７；Ｓｃａｌｏｒａ
等の米国特許第５，７４０，２８７；Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎの米国特許第５，９６
０，１３３；及びＷａｓｌｉｅｌｅｗｓｋｉ等の米国特許第５，５３９，１００
に記載されている。たとえば、Ｈｏｄｇｓｏｎの米国特許第５，９４３，４５３
に記載されているように、全光学的スイッチの基本構成は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄ
ｅｒ干渉計であり、入力光学信号を受信するための第１ファイバ光学入力アーム
と、スイッチングポンプ信号を受信するための第２ファイバ光学入力アームとを
含む。これらの入力アームは溶融されて一つの第１カップラを形成し、順次２つ
の中間アームの中へ分岐されていく。第１カップラは、入力光信号を等分に分割
し各々の部分は次いで２つの中間アームに入る。この２つの中間アームは、再び
溶融されて一つの第２カップラとなり、この第２カップラは２つの出力アームに
分岐する。２つの中間アームを通過した後、２つの信号は第２カップラによって
再結合される。もし２つの信号が第２カップラにおいてインフェーズであれば、
すべての光は、２つの出力ポートのうちの第１のポートの中へ結合される。もし
２つの信号が完全にアウトオブフェーズであれば、光は、２つの出力ポートの内
の他のポートの中へ結合される。光学的スイッチングのためｒのＭａｃｈ−Ｚｅ
ｎｄｅｒ干渉計の信頼性は、典型的には温度依存効果に敏感である。
【０００５】 光学的スイッチを改善する必要性は増大しており、波長ａｄｄ／ｄｒｏｐ多重
化（ＷＡＤＭ）を使用しようとしている。ＷＡＤＭでは、光学ファイバの中で、
光学信号を、たとえば、１５４０から１５６０ｎｍの近赤外領域において１６の
異なる波長での１６の信号へと変換する。このことは、たとえば、Ｂｅｌｌ Ｌ
ａｂｓ Ｔｅｃｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ、Ｊａｎｕａｒｙ−Ｍａｒｃｈ １
９９９，ｐａｇｅｓ ２０７と２２９及びその中の参考文献、Ｇｉｌｅｓｅｔ等
、及びＤａｎａｇｈｅｒ等の米国特許第５，９５９，７４９に記載されている。
波長チャンネルの間隙は約１ｎｍである。光学的スイッチの第１の機能は、光学
信号が光学ファイバを通過する際に多波長の中から光学信号を付加（ａｄｄ）し
及び／又は削除（ｄｒｏｐ）することである。１本の光学ファイバあたり多波長
の中からの、又は多光学ファイバの中からの、光学信号の束を扱うために光学的
スイッチ配列、たとえば１００×１００又はより多数の配列を用意することは極
めて望ましい。また、応答時間が超高速、たとえば１ナノ秒以下であることも極
めて望ましい。
【０００６】 もし全光学的スイッチングシステムが、ハイブリッド電気光学システムや他の
システムのように複雑でもなく高コストでもなく、一方でスイッチング時間がミ
リ秒領域からナノ秒又はピコ秒領域までに及ぶとするならば有利である。
【０００７】 （発明の開示） 有機自由ラジカル化合物では、自由ラジカルの励起状態から基底状態へ迅速に
内部変換することができ、その変換の際１ピコ秒程度の間、たとえば、有機ラジ
カルカチオンは、サーモクロミック化合物の存在下で光子を吸収し、吸収した光
子を１ナノ秒以下で熱に変換し、サーモクロミック化合物中の熱有機変化に起因
した吸収変化を引き起こす。このことは、ＷＯ９８／５４６１５「光学的シャッ
タ素子」（Ｃａｒｓｏｎ、１２月３日、１９９８）に記載されている。本発明は
、光有機電子移転反応によって自由ラジカル化合物の酸化又は還元に起因した吸
収変化を引き起こす有機自由ラジカル化合物を利用する。この光有機電子移転反
応は、電子移転と熱の同時発生により吸収した光子を熱に内部変換する反応より
も、高速で高効率であり得るか、又は、同等又はより低速で低効率であり得る。
【０００８】 本発明の第１態様は、有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであっ
て、近赤外波長領域において吸収変化を行う酸化又は還元生成物を有機自由ラジ
カル化合物の中で形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は、有機自
由ラジカル化合物における光誘起電子移転反応の結果である。実施形態において
、自由ラジカル化合物は、ラジカルカチオン、好適にはアミニウム（aminium）
ラジカルカチオン、最も好適にはトリス（p-ジブチルアミノフェニル）アミニウ
ムヘクサフルオロアンチモネート（tris（p-dibutylaminophenyl）aminium hex
afluoroantimonate）である。実施形態において、自由ラジカル化合物は、ラジ
カルアニオン、好適にはアントラセミキノン（anthrasemiquinone）ラジカルア
ニオンである。
【０００９】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、自由ラジカル化合物は、ラジ
カルカチオンであり、さらにその光学的シャッタはラジカルアニオンを備える。
ある実施形態においては、自由ラジカル化合物は、ラジカルアニオンであり、さ
らにその光学的シャッタはラジカルカチオンを備える。ある実施形態においては
、自由ラジカル化合物は、１又は２以上のラジカルカチオン及び１又は２以上の
ラジカルアニオンを備え、吸収変化は、少なくとも１つのカチオン及び少なくと
も１つのアニオンの光誘起電子移転の結果である。ある実施形態においては、自
由ラジカル化合物は、ラジカルカチオン及びラジカルアニオンの塩を備える。
【００１０】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、吸収変化は０．１より大きく
、好適には０．５より大きく、より好適には１．５より大きい。ある実施形態に
おいては、光吸収変化の生じる近赤外波長領域は、７００から１０００ｎｍであ
る。ある実施形態においては、光吸収変化の生じる近赤外波長領域は１０００か
ら１４００ｎｍであり、好適には１４００から１６００ｎｍであり、より好適に
は１５２０から１５８０ｎｍであり、最も好適には１５００から１７００ｎｍで
ある。
【００１１】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光誘起電子移転反応が生じる
時間は、自由ラジカル化合物による光子の吸収後１ナノ秒以下であり、好適には
０．１ナノ秒以下であり、より好適には０．０１ナノ秒以下であり、最も好適に
は０．００１ナノ秒以下又は１ピコ秒以下である。
【００１２】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光誘起電子移転反応は、自由
ラジカル化合物の酸化である。適切な光誘起電子移転反応は、自由ラジカル化合
物の１電子酸化、自由ラジカル化合物の２電子酸化、自由ラジカル化合物の１電
子還元、自由ラジカル化合物の２電子還元を含むが、これらに限定されるもので
はない。
【００１３】 本発明の光学的シャッタの好適な実施形態においては、吸収変化は、可逆的で
ある。ある実施形態においては、可逆的吸収変化は、熱によって誘起される。あ
る実施形態においては、可逆的吸収変化は、紫外輻射、可視輻射、及び赤外輻射
：からなるグループから選択される輻射によって誘起される；また、好適にはさ
らに酸素の存在によって誘起される。ある実施形態においては、可逆的吸収変化
は、輻射の存在の中で５０℃以下で生じる。ある実施形態においては、可逆的吸
収変化が生じる時間は、１秒以下であり、好適には１０ミリ秒以下であり、より
好適には１ミリ秒以下であり、最も好適には０．１ミリ秒以下である。
【００１４】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光誘起電子移転反応は、紫外
輻射によって誘起される。ある実施形態においては、光誘起電子移転反応は、可
視輻射によって誘起され、好適には近赤外輻射によって誘起される。ある実施形
態においては、光誘起電子移転反応は、自由ラジカル化合物の自由ラジカル基底
状態による光子の吸収によって誘起される。
【００１５】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光学的シャッタは、自由ラジ
カル化合物からなる層の少なくとも一つの側の上に金属層を備える。ある実施形
態においては、金属層は、アルミニウムである。
【００１６】 本発明の第２態様は、有機ラジカルカチオン化合物を備えた光学的シャッタで
あって、そのラジカルカチオン化合物が、近赤外波長領域において吸収変化を行
う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は、
ラジカルカチオン化合物における光誘起電子移転反応の結果である。ある実施形
態において、この光学的シャッタは、さらにラジカルアニオンを備える。
【００１７】 本発明の他の態様は、有機ラジカルアニオン化合物を備えた光学的シャッタで
あって、そのラジカルアニオン化合物が、近赤外波長領域において吸収変化を行
う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は、
ラジカルアニオン化合物における光誘起電子移転反応の結果である。ある実施形
態において、この光学的シャッタは、さらにラジカルカチオンを備える。
【００１８】 本発明のさらに他の態様は、１又は２以上のラジカルアニオン化合物及び１又
は２以上のラジカルアニオンを備えた光学的シャッタであって、少なくとも１つ
のラジカルアニオン及び少なくとも１つのラジカルアニオンが、近赤外波長領域
において吸収変化を行う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここ
で、この吸収変化は、少なくとも１つのラジカルアニオン及び少なくとも１つの
ラジカルアニオンにおける光誘起電子移転反応の結果である。
【００１９】 本発明のもう一つの態様は、誘起自由ラジカル化合物、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備えた光学的シャッタであって、その
自由ラジカル化合物が、可視及び／又は近赤外波長領域において吸収変化を行う
酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は、少
なくとも１つのラジカルアニオン及び少なくとも１つのラジカルアニオンにおけ
る光誘起電子移転反応の結果であり、吸収変化は可逆的である。ある実施形態に
おいて、この光学的シャッタは、ファイバ光学通信チャンネルのための光学的ス
イッチの中で利用される。
【００２０】 本発明のさらにもう一つの態様は、誘起自由ラジカル化合物を備えた光学的シ
ャッタであって、その自由ラジカル化合物が、可視波長領域において吸収変化を
行う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は
、自由ラジカル化合物における光誘起電子移転反応の結果であり、吸収変化は可
逆的である。実施形態において、この光学的シャッタは、眼球用素子における観
察用レンズの中で利用される。
【００２１】 本発明の今一つの態様は、誘起自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタで
あって、その自由ラジカル化合物が、可視又は近赤外波長領域において吸収変化
を行う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化
は、自由ラジカル化合物における光誘起電子移転反応の結果である。実施形態に
おいて、この光学的シャッタは、安全保護システムの中で利用される。ここで、
この安全保護システムは、紫外輻射、可視輻射、及び赤外輻射からなるグループ
から選択された強度の高い輻射に対して光学的シャッタに生じる吸収変化を検出
することに基づいている。
【００２２】 本発明の一つの態様や実施形態が、他の態様や実施形態にも応用することがで
きることは、当業者に理解されるであろう。
【００２３】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明の光学的シャッタは、入射輻射に対して１０００ピコ秒以下の応答時間
のような優れた応答速度を与え、全光学的シャッタメカニズムが望ましいシステ
ムにおいて特に有用である。
【００２４】 （有機自由ラジカル化合物） “有機自由ラジカル化合物”なる用語は、たとえば炭素原子、窒素原子、酸素
原子のような中性原子上で、有機化合物の基底状態の中に少なくとも１つの自由
な不対電子を備えた有機化合物に関連して使用する。本発明の光学的シャッタの
ために適切な有機自由ラジカル化合物は、中性自由ラジカル、有機自由ラジカル
カチオン、及び有機自由ラジカルアニオンを含む。簡単のため、“有機自由ラジ
カルカチオン”、“有機ラジカルカチオン”、“ラジカルカチオン”なる用語を
、代替的に使用する。“カチオン”なる用語は、分子の中で正に帯電した原子、
たとえば正に帯電した窒素原子に関連して使用する。同様に、“有機自由ラジカ
ルアニオン”、“有機ラジカルアニオン”、“ラジカルアニオン”なる用語を、
代替的に使用する。“アニオン”なる用語は、分子の中で負に帯電した原子、た
とえば負に帯電した酸素原子に関連して使用する。注意すべきことは、自由不対
電子及び有機自由ラジカル化合物の正負電荷は、１つの原子に局在するか、又は
１つ以上の原子の間で共有されるということである。
【００２５】 本発明の光学的シャッタのために好適な有機自由ラジカルカチオンの例は、ア
ミニウムラジカルカチオン、たとえばトリス（p-ジブチルアミノフェニル）アミ
ニウムヘクサフルオロアンチモネートであり、IＲ−１６５（Glendale Technol
ogies,Inc.,Lakeland,FL.の染料の商標）として市販されている。IR-１６５は、
たとえば高分子コーティングのような物質層の中に、通常の室温条件下長期間に
わたって安定な物質として知られている。但し、本発明の光学的シャッタのため
に好適な有機自由ラジカルカチオンの例は、これに限定されない。
【００２６】 本発明の光学的シャッタのために好適な有機自由ラジカルアニオンの例は、ア
ントラセミキノンラジカルアニオンであり、たとえばPhotochemistry and Pho
tobiology、Vol.１７，pages １２３−１３１ （１９７３）ｂｙ Carlson a
nd Hercules に記載されている。
【００２７】 自由ラジカル部分の存在に起因して、有機自由ラジカル化合物は、特異な長波
長吸収、特異な光熱的及び光化学的変形を行う。これは、特に不自由ラジカル化
合物と比較すると顕著である。たとえば、ラジカルカチオンＩＲ−１６５の吸収
スペクトル、及び吸収した光子を極端に急速に熱に内部転換することは、様々な
文献、たとえばＣａｒｌｓｏｎのＷＯ９８／５４６１５及びその中の引用文献に
記載されている。また、たとえば、９，１０−アントラセミキノン ラジカルア
ニオンの吸収スペクトル及びその光化学的性質は、上述したCarlsonとHercules
の刊行物及びThe Photochemistry of Anthaquinone and Related Compounds, Ph
.D. Thesis, Massachustts Institute of Tecnology, 1969, by Carlsonに記載
されている。
【００２８】 励起状態が自由ラジカルの基底状態からの励起状態であるような有機自由ラジ
カル化合物は、この励起状態から基底状態に戻る際の急速内部転換に伴って熱を
発生する。この光熱的過程は１ピコ秒以下でおこり、たとえばＩＲ−１６５のコ
ーティングが１０６５ｎｍの強烈なレーザ輻射が自由ラジカル基底状態から吸収
される時に観測されている。ピコ秒以下の速度のこの光子−熱転換は、たとえば
、ＣａｒｌｓｏｎのＷＯ９８／５４６１５及びその中の引用文献に記載されてい
る。本発明は、光熱的過程の速度と競合し又はこれをしのぐ光誘起電子移転反応
を起こす有機自由ラジカル化合物を利用した光学的シャッタであり、光誘起電子
移転反応に起因する有機自由ラジカル化合物の所望の吸収変化を利用する。
【００２９】 たとえば、酸化又は還元条件下では、ＩＲ−１６５を備えた軽い黄−緑色の層
は、１０６５ｎｍのレーザを照射されると、ＩＲ−１６５の超高速の光熱的過程
と競合する光誘起電子移転反応を生じ、可視及び近赤外波長領域において吸収変
化を有する酸化生成物又は還元生成物を形成する。たとえば、ＩＲ−１６５の酸
化生成物は、２電子光誘起電子移転反応からの青色の化合物であり得る。このこ
とは、特にＩＲ−１６５層がニトロセルロースのような高分子を備え輻射照射時
にＩＲ−１６５の酸化を促進するようなときに、起こりやすい。同様に、たとえ
ば、ＩＲ−１６５の還元生成物は、１電子光誘起電子移転反応からの強烈な緑色
の化合物であり得る。このことは、特にＩＲ−１６５層が輻射照射時にＩＲ−１
６５の酸化を促進しないような高分子を備えるときに、起こりやすい。ＩＲ−１
６５の緑の還元生成物は、ＩＲ−１６５と比較すると、９５０ｎｍと１４８０ｎ
ｍに新たな吸収ピークを有する。層の中に他の物質が存在すると、これらの青色
酸化生成物又は緑色の還元生成物は中間生成物となり、０．１ミリ秒以下から数
秒までの様々な速度で出発物質であるＩＲ−１６５に戻る。光誘起反応は、出発
物質であるＩＲ−１６５への復帰を加速するために利用することができる。
【００３０】 また、たとえば、アントラセミキノンラジカルアニオンの置換体や誘導体を含
むアントラセミキノンラジカルアニオン層は、非常に高速で完全に効率的な光誘
起電子移転反応を生じるが、この反応はこれらのラジカルの光熱的過程と一緒に
生じ、可視及び近赤外波長領域における吸収変化を有する還元生成物を形成する
。この吸収変化は、典型的には、ラジカルアニオンが不自由ラジカル化合物たと
えばジアニオン（dianion）に転換することに起因して、近赤外波長領域におけ
る吸収が減少することを含む。
【００３１】 （光学的シャッタ） 本発明の第１態様は、有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであっ
て、可視及び／又は近赤外波長領域において吸収変化を行う酸化又は還元生成物
を有機自由ラジカル化合物の中で形成することを特徴とする。ここで、この吸収
変化は、有機自由ラジカル化合物における光誘起電子移転反応の結果である。“
近赤外波長領域“なる用語は、７００ｎｍから２０００ｎｍの波長に関連して使
用する。“可視波長領域“なる用語は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長に関連
して使用する。ある実施形態においては、自由ラジカル化合物は、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、最も好適には、トリス（p-
ジブチルアミノフェニル）アミニウムヘクサフルオロアンチモネート（ＴＡＮ）
である。ある実施形態においては、自由ラジカル化合物は、ラジカルアニオンで
あり、好適にはアントラセミキノン（ＡＳＱ）ラジカルアニオンである。
【００３２】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、自由ラジカル化合物は、ラジ
カルカチオンであり、さらにその光学的シャッタはラジカルアニオンを備える。
吸収変化はラジカルカチオンが酸化又は還元生成物を形成する結果生じるが、ラ
ジカルアニオンは光誘起電位移転反応の効率を増加させる。
【００３３】 ある実施形態においては、自由ラジカル化合物は、ラジカルアニオンであり、
さらにその光学的シャッタはラジカルカチオンを備える。吸収変化はラジカルア
ニオンが酸化又は還元生成物を形成する結果生じるが、ラジカルカチオンは光誘
起電位移転反応の効率を増加させる。
【００３４】 ある実施形態においては、自由ラジカル化合物は、１又は２以上のラジカルカ
チオン及び１又は２以上のラジカルアニオンを備え、吸収変化は、少なくとも１
つのカチオン及び少なくとも１つのアニオンの光誘起電子移転の結果である。光
誘起電子移転反応は、ラジカルカチオン及びラジカルアニオンの光酸化―光還元
、たとえば、ＡＳＱのようなラジカルアニオンによるＩＲ−１６５のようなラジ
カルカチオンの電子移転反応の光感光化、又はラジカルカチオンによるラジカル
アニオンの電子移転反応の光感光化を含む。
【００３５】 ある実施形態においては、自由ラジカル化合物は、ラジカルカチオン及びラジ
カルアニオンの塩を備える。たとえばＩＲ−１６５ラジカルカチオンの一部又は
前部のためにアニオンとしてＡＳＱアニオンを使用し、ラジカルカチオン分子と
ラジカルアニオン分子を互いに緊密に接近させて連携させれば、光誘起電子移転
反応速度と効率、及び元のラジカル化合物に戻る逆電子移転反応の速度と効率が
向上する。
【００３６】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、吸収変化は０．１より大きく
、好適には０．５より大きく、より好適には１．５より大きい。吸収変化は、良
く知られているように、光学濃度単位で測定され、光学濃度１．０は、入射波長
の吸収９０％及び透過１０％に対応する。従って、たとえば光学的シャッタの初
期吸収又は光学濃度が、波長１５４６ｎｍに対して０．１であり、それが１．６
に変化するときは、吸収変化は１．６マイナス０．１すなわち１．５である。あ
る実施形態においては、光吸収変化の生じる近赤外波長領域は、７００から１０
００ｎｍである。ある実施形態においては、光吸収変化の生じる近赤外波長領域
は１０００から１４００ｎｍであり、好適には１４００から１６００ｎｍであり
、より好適には１５２０から１５８０ｎｍであり、最も好適には１５００から１
７００ｎｍである。
【００３７】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光誘起電子移転反応が生じる
時間は、自由ラジカル化合物による光子の吸収後１ナノ秒以下であり、好適には
０．１ナノ秒以下であり、より好適には０．０１ナノ秒以下であり、最も好適に
は０．００１ナノ秒以下又は１ピコ秒以下である。
【００３８】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光誘起電子移転反応は、自由
ラジカル化合物の酸化である。適切な光誘起電子移転反応は、自由ラジカル化合
物の１電子酸化、自由ラジカル化合物の２電子酸化、自由ラジカル化合物の１電
子還元、自由ラジカル化合物の２電子還元を含むが、これらに限定されるもので
はない。ラジカルカチオンの酸化生成物はジラジカルであり、このジラジカルは
、容易に逆電子移転を行いラジカルカチオンを再生成することができる。また、
ラジカルアニオンの還元生成物はジアニオンであり、このジアニオンは、容易に
逆電子移転を行いラジカルアニオンを再生成することができ、そして、ＡＳＱラ
ジカルアニオンと対応するジアニオンの場合には、逆電子移転過程において酸素
の存在が制御されている。
【００３９】 本発明の光学的シャッタの好適な実施形態においては、吸収変化は、可逆的で
ある。ある実施形態においては、可逆的吸収変化は、熱によって誘起される。あ
る実施形態においては、可逆的吸収変化は、紫外輻射、可視輻射、及び赤外輻射
：からなるグループから選択される輻射によって誘起される；また、好適にはさ
らに酸素の存在によって誘起される。たとえば、ＡＳＱラジカルアニオンとこれ
に対応するジアニオンは双方とも酸素の存在下で不安定であり、酸素の存在下で
酸化されて対応するアントラキノン化合物になり、次いでそのアントラキノン化
合物が光還元されるか又は知られたやり方で還元されて対応するＡＳＱラジカル
アニオンになる。ある実施形態においては、可逆的吸収変化は、輻射の存在の中
で５０℃以下で生じる。ある実施形態においては、可逆的吸収変化が生じる時間
は、１秒以下であり、好適には１０ミリ秒以下であり、より好適には１ミリ秒以
下であり、最も好適には０．１ミリ秒以下である。
【００４０】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光誘起電子移転反応は、紫外
輻射によって誘起される。ある実施形態においては、光誘起電子移転反応は、可
視輻射によって誘起され、好適には近赤外輻射によって誘起される。ある実施形
態においては、光誘起電子移転反応は、自由ラジカル化合物の自由ラジカル基底
状態による光子の吸収によって誘起される。重要なことは、自由ラジカル化合物
の自由ラジカル部分の基底状態の励起状態は、不自由ラジカルの基底状態による
吸収によっては、効率的に占有することができないということである。不自由ラ
ジカルの基底状態による吸収とは、たとえば、芳香族部分の基底状態による吸収
や引き続いて起こる自由ラジカル部分の基底状態に関連するより低位の励起状態
への内部転換である。
【００４１】 本発明の光学的シャッタの実施形態においては、光学的シャッタは、自由ラジ
カル化合物からなる層の少なくとも一つの側の上に金属層を備える。ある実施形
態においては、金属層は、アルミニウムである。この金属層の機能はさまざまで
あり、たとえば、より多くの入射輻射を光学的シャッタに戻す用に反射させるこ
と、光学的シャッタ中での熱を強めること、本発明の光学的シャッタを備えた光
学的スイッチ中の反射増強要素又は無反射要素として働くことである。
【００４２】 本発明の第２態様は、有機ラジカルカチオン化合物を備えた光学的シャッタで
あって、そのラジカルカチオン化合物が、可視及び／又は近赤外波長領域におい
て吸収変化を行う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、こ
の吸収変化は、ラジカルカチオン化合物における光誘起電子移転反応の結果であ
る。ある実施形態において、この光学的シャッタは、さらにラジカルアニオンを
備える。
【００４３】 本発明の他の態様は、有機ラジカルアニオン化合物を備えた光学的シャッタで
あって、そのラジカルアニオン化合物が、近赤外波長領域において吸収変化を行
う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は、
ラジカルアニオン化合物における光誘起電子移転反応の結果である。ある実施形
態において、この光学的シャッタは、さらにラジカルカチオンを備える。
【００４４】 本発明のさらに他の態様は、１又は２以上のラジカルアニオン化合物及び１又
は２以上のラジカルアニオンを備えた光学的シャッタであって、少なくとも１つ
のラジカルアニオン及び少なくとも１つのラジカルアニオンが、可視及び／又は
近赤外波長領域において吸収変化を行う酸化又は還元生成物を形成することを特
徴とする。ここで、この吸収変化は、少なくとも１つのラジカルアニオン及び少
なくとも１つのラジカルアニオンにおける光誘起電子移転反応の結果である。
【００４５】 本発明のもう一つの態様は、誘起自由ラジカル化合物、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備えた光学的シャッタであって、その
自由ラジカル化合物が、可視及び／又は近赤外波長領域において吸収変化を行う
酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は、少
なくとも１つのラジカルアニオン及び少なくとも１つのラジカルアニオンにおけ
る光誘起電子移転反応の結果であり、吸収変化は可逆的である。ある実施形態に
おいて、この光学的シャッタは、ファイバ光学通信チャンネルのための光学的ス
イッチの中で利用される。たとえば、光学スイッチのために興味のある１５２５
ｎｍから１５７５ｎｍにおいて初期光学濃度が０．１以下又は透過率８０％以上
の光学的シャッタは、１ナノ秒以下で光学濃度１．６以上又は透過率２．５％以
下にスイッチされ、それから１秒以内に初期光学濃度に可逆的に復帰する。
【００４６】 本発明のさらにもう一つの態様は、誘起自由ラジカル化合物を備えた光学的シ
ャッタであって、その自由ラジカル化合物が、可視波長領域において吸収変化を
行う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化は
、自由ラジカル化合物における光誘起電子移転反応の結果であり、吸収変化は可
逆的である。ある実施形態において、この光学的シャッタは、眼球用素子の観察
用レンズ、たとえばサングラスとして利用される。
【００４７】 本発明の今一つの態様は、誘起自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタで
あって、その自由ラジカル化合物が、可視又は近赤外波長領域において吸収変化
を行う酸化又は還元生成物を形成することを特徴とする。ここで、この吸収変化
は、自由ラジカル化合物における光誘起電子移転反応の結果である。ある実施形
態において、この光学的シャッタは、目やセンサをレーザ輻射源から保護するた
めの安全保護システムの中で利用される。ある実施形態においては、この光学的
シャッタは、紫外輻射、可視輻射、及び赤外輻射からなるグループから選択され
た強度の高い輻射に対して光学的シャッタに生じる吸収変化を検出することに基
づいた安全保護システムの中で利用される。たとえば、パルスレーザによって作
られ高強度輻射は、室内光や他の通常の条件の下では動作しない光学的シャッタ
をトリガする。
【００４８】 有機自由ラジカル化合物の有機的性質及び本発明の光学的シャッタは、製造容
易であり、たとえば通常のコーティング方法やプラスティックモールド方法が使
用でき、全光学的又はハイブリッド光学的シャッタ及びスイッチの中で使用され
ている非有機カラス物質に比べて製造が容易である。
───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，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，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (56)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て近赤外波長領域において吸収変化を有することを特徴とする光学的シャッタ。
  2. 【請求項２】 前記有機自由ラジカル化合物は、ラジカルカチオンであるこ
    とを特徴とする請求項１記載の光学的シャッタ。
  3. 【請求項３】 前記ラジカルカチオンは、アミニウムラジカルカチオンであ
    ることを特徴とする請求項２記載の光学的シャッタ。
  4. 【請求項４】 前記ラジカルカチオンは、トリス（ｐ−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ことを特徴とする請求項２
    記載の光学的シャッタ。
  5. 【請求項５】 前記有機自由ラジカル化合物は、ラジカルアニオンであるこ
    とを特徴とする請求項１記載の光学的シャッタ。
  6. 【請求項６】 前記ラジカルアニオンは、アントラセミキノンラジカルアニ
    オンであることを特徴とする請求項５記載の光学的シャッタ。
  7. 【請求項７】 前記有機自由ラジカル化合物は、ラジカルカチオンであり、 前記光学的シャッタは、さらに、ラジカルアニオンを備えることを特徴とする
    請求項２又は４記載の光学的シャッタ。
  8. 【請求項８】 前記有機自由ラジカル化合物は、ラジカルアニオンであり、 前記光学的シャッタは、さらに、ラジカルカチオンを備えることを特徴とする
    請求項１、５、又は６記載の光学的シャッタ。
  9. 【請求項９】 前記有機自由ラジカル化合物は、１又は２以上のラジカルカ
    チオン及び１又は２以上のラジカルアニオンであり、 吸収変化は、少なくとも１つの前記ラジカルカチオン及び少なくとも１以上の
    前記ラジカルアニオンの光誘起電子移転反応の結果として生じることを特徴とす
    る請求項１記載の光学的シャッタ。
  10. 【請求項１０】 前記有機自由ラジカル化合物は、ラジカルカチオン及びラ
    ジカルアニオンの塩を備えることを特徴とする請求項１記載の光学的シャッタ。
  11. 【請求項１１】 前記吸収変化は、０．１光学濃度より大きいことを特徴と
    する請求項１乃至１０のいずれか記載の光学的シャッタ。
  12. 【請求項１２】 前記吸収変化は、０．５光学濃度より大きいことを特徴と
    する請求項１乃至１０のいずれか記載の光学的シャッタ。
  13. 【請求項１３】 前記吸収変化は、１．５光学濃度より大きいことを特徴と
    する請求項１乃至１０のいずれか記載の光学的シャッタ。
  14. 【請求項１４】 前記近赤外波長領域は、７００から１０００ｎｍであるこ
    とを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載の光学的シャッタ。
  15. 【請求項１５】 前記近赤外波長領域は、１０００から１４００ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載の光学的シャッタ。
  16. 【請求項１６】 前記近赤外波長領域は、１４００から１６００ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載の光学的シャッタ。
  17. 【請求項１７】 前記近赤外波長領域は、１５２０から１５８０ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載の光学的シャッタ。
  18. 【請求項１８】 前記近赤外波長領域は、１５００から１７００ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載の光学的シャッタ。
  19. 【請求項１９】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    による光子の吸収後１ナノ秒以下で起きることを特徴とする請求項１乃至１８の
    いずれか記載の光学的シャッタ。
  20. 【請求項２０】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    による光子の吸収後０．１ナノ秒以下で起きることを特徴とする請求項１乃至１
    ８のいずれか記載の光学的シャッタ。
  21. 【請求項２１】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    による光子の吸収後０．０１ナノ秒以下で起きることを特徴とする請求項１乃至
    １８のいずれか記載の光学的シャッタ。
  22. 【請求項２２】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    による光子の吸収後０．００１ナノ秒以下で起きることを特徴とする請求項１乃
    至１８のいずれか記載の光学的シャッタ。
  23. 【請求項２３】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の酸化であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか記載の光学的シャッ
    タ。
  24. 【請求項２４】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の１電子酸化であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか記載の光学的
    シャッタ。
  25. 【請求項２５】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の２電子酸化であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか記載の光学的
    シャッタ。
  26. 【請求項２６】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の還元であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか記載の光学的シャッ
    タ。
  27. 【請求項２７】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の１電子還元であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか記載の光学的
    シャッタ。
  28. 【請求項２８】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の２電子還元であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか記載の光学的
    シャッタ。
  29. 【請求項２９】 前記吸収変化は、可逆的であることを特徴とする請求項１
    乃至２８のいずれか記載の光学的シャッタ。
  30. 【請求項３０】 前記可逆的な吸収変化は、熱によって誘起されることを特
    徴とする請求項２９記載の光学的シャッタ。
  31. 【請求項３１】 前記可逆的な吸収変化は、紫外輻射、可視輻射、及び近赤
    外輻射からなるグループから選択された輻射によって誘起されることを特徴とす
    る請求項２９記載の光学的シャッタ。
  32. 【請求項３２】 前記可逆的な吸収変化は、 酸素の存在と、 紫外輻射、可視輻射、及び近赤外輻射からなるグループから選択された輻射と
    の組み合わせによって誘起されることを特徴とする請求項２９記載の光学的シャ
    ッタ。
  33. 【請求項３３】 前記可逆的な吸収変化は、酸素の存在下で５０℃以下で起
    きることを特徴とする請求項２９記載の光学的シャッタ。
  34. 【請求項３４】 前記可逆的な吸収変化は、１秒以下で起きることを特徴と
    する請求項２９記載の光学的シャッタ。
  35. 【請求項３５】 前記可逆的な吸収変化は、１０ミリ秒以下で起きることを
    特徴とする請求項２９記載の光学的シャッタ。
  36. 【請求項３６】 前記可逆的な吸収変化は、１ミリ秒以下で起きることを特
    徴とする請求項２９記載の光学的シャッタ。
  37. 【請求項３７】 前記可逆的な吸収変化は、０．１ミリ秒以下で起きること
    を特徴とする請求項２９記載の光学的シャッタ。
  38. 【請求項３８】 前記光誘起電子移転反応は、紫外輻射によって誘起される
    ことを特徴とする請求項１乃至３７のいずれか記載の光学的シャッタ。
  39. 【請求項３９】 前記光誘起電子移転反応は、可視輻射によって誘起される
    ことを特徴とする請求項１乃至３７のいずれか記載の光学的シャッタ。
  40. 【請求項４０】 前記光誘起電子移転反応は、近赤外輻射によって誘起され
    ることを特徴とする請求項１乃至３７のいずれか記載の光学的シャッタ。
  41. 【請求項４１】 前記光誘起電子移転反応は、前記有機自由ラジカル化合物
    の自由ラジカル基底状態による光子の吸収によって誘起されることを特徴とする
    請求項１乃至４０のいずれか記載の光学的シャッタ。
  42. 【請求項４２】 前記光学的シャッタは、さらに、前記有機自由ラジカル化
    合物を備えた層の少なくとも一つの側の上に金属層を備えることを特徴とする請
    求項１乃至４１のいずれか記載の光学的シャッタ。
  43. 【請求項４３】 前記金属層は、アルミニウムを備えることを特徴とする請
    求項４２記載の光学的シャッタ。
  44. 【請求項４４】 有機ラジカルカチオン化合物を備えた光学的シャッタであ
    って、 前記有機ラジカルカチオン化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成
    し、 前記生成物は、前記有機ラジカルカチオン化合物の光誘起電子移転反応の結果
    として近赤外波長領域において吸収変化を有することを特徴とする光学的シャッ
    タ。
  45. 【請求項４５】 前記光学的シャッタは、さらに、ラジカルアニオンを備え
    ることを特徴とする請求項４４記載の光学的シャッタ。
  46. 【請求項４６】 有機ラジカルアニオン化合物を備えた光学的シャッタであ
    って、 前記有機ラジカルアニオン化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成
    し、 前記生成物は、前記有機ラジカルアニオン化合物の光誘起電子移転反応の結果
    として近赤外波長領域において吸収変化を有することを特徴とする光学的シャッ
    タ。
  47. 【請求項４７】 前記光学的シャッタは、さらに、ラジカルカチオンを備え
    ることを特徴とする請求項４６記載の光学的シャッタ。
  48. 【請求項４８】 １又は２以上のラジカルカチオン及び１又は２以上のラジ
    カルアニオンを備えた光学的シャッタであって、 少なくとも１つの前記ラジカルカチオン及び少なくとも１つの前記ラジカルア
    ニオンは、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記少なくとも１つの前記ラジカルカチオン及び少なくとも１
    つの前記ラジカルアニオンの光誘起電子移転反応の結果として近赤外波長領域に
    おいて吸収変化を有することを特徴とする光学的シャッタ。
  49. 【請求項４９】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって
    、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て近赤外波長領域において吸収変化を有し、 前記吸収変化は可逆的であるすることを特徴とする光学的シャッタ。
  50. 【請求項５０】 有機ラジカルカチオン化合物を備えた光学的シャッタであ
    って、 前記有機ラジカルカチオン化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成
    し、 前記生成物は、前記有機ラジカルカチオン化合物の光誘起電子移転反応の結果
    として近赤外波長領域において吸収変化を有し、 前記吸収変化は可逆的であるすることを特徴とする光学的シャッタ。
  51. 【請求項５１】 有機ラジカルアニオン化合物を備えた光学的シャッタであ
    って、 前記有機ラジカルアニオン化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成
    し、 前記生成物は、前記有機ラジカルアニオン化合物の光誘起電子移転反応の結果
    として近赤外波長領域において吸収変化を有し、 前記吸収変化は可逆的であるすることを特徴とする光学的シャッタ。
  52. 【請求項５２】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって
    、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て可視波長領域において吸収変化を有することを特徴とする光学的シャッタ。
  53. 【請求項５３】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって
    、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て近赤外波長領域において吸収変化を有し、 前記吸収変化は可逆的であり、 前記光学的シャッタは、ファイバ光学通信チャンネルのための光学的スイッチ
    の中で利用されることを特徴とする光学的シャッタ。
  54. 【請求項５４】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって
    、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て可視又は近赤外波長領域において吸収変化を有し、 前記光学的シャッタは、レーザ輻射源から目又はセンサを保護するためのレー
    ザ保護素子の中で利用されることを特徴とする光学的シャッタ。
  55. 【請求項５５】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって
    、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て可視又は近赤外波長領域において吸収変化を有し、 前記光学的シャッタは、紫外輻射、可視輻射、及び近赤外輻射からなるグルー
    プから選択された輻射が前記光学的シャッタに露光された場合の前記吸収変化を
    検出することに基づいた安全保護システムの中で、利用されることを特徴とする
    光学的シャッタ。
  56. 【請求項５６】 有機自由ラジカル化合物を備えた光学的シャッタであって
    、 前記有機自由ラジカル化合物は、酸化された又は還元された生成物を形成し、 前記生成物は、前記有機自由ラジカル化合物の光誘起電子移転反応の結果とし
    て可視波長領域において吸収変化を有し、 前記吸収変化は、可逆的であり、 前記光学的シャッタは、眼球用素子の観察レンズの中で利用されることを特徴
    とする光学的シャッタ。
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