JP3259754B2 - Optical element and method for producing the same - Google Patents

Optical element and method for producing the same

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JP3259754B2
JP3259754B2 JP14747395A JP14747395A JP3259754B2 JP 3259754 B2 JP3259754 B2 JP 3259754B2 JP 14747395 A JP14747395 A JP 14747395A JP 14747395 A JP14747395 A JP 14747395A JP 3259754 B2 JP3259754 B2 JP 3259754B2
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electromagnetic wave
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excitation
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宗和 伊達
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は光学素子、特に電磁波に
より電磁波を直接制御する光学素子及びその作成方法に
関する。 【0002】 【従来の技術】一般に誘電率は線形であるので、電磁波
同士は直接相互作用をしない。このため電磁波による電
磁波の直接制御はきわめて困難であり、このような直接
制御は、電磁波のエネルギー密度が極めて高い特殊な条
件で、たとえばKTP(チタン酸リン酸カリウム)のよ
うな非線形誘電率を持つ結晶を用いてしか行われていな
い。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記KTP
は非線形性が小さいため、光電界が極めて高い特殊な状
況でしか動作しないという問題を有している。 【0004】本発明は、上記従来技術に鑑み、電磁波に
より放出される電磁波を直接制御できる光学素子を提供
することを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 1) 誘電率分布が周期的であり、その周期により閉じ
こめられる波長の電磁波を蛍光または燐光として発しう
る物質を内部に有し、該物質が、電磁波により遷移でき
る凖位が、基底凖位を除き、2凖位の励起凖位であると
ともに、 第1の電磁波の照射により基底状態から相対的
に下位の励起凖位に遷移し、さらにこの下位の励起凖位
から基底凖位に遷移する際に放出される電磁波の光量
を、 前記下位の励起凖位と相対的に上位の励起凖位との
励起エネルギーに相当する第2の電磁波を照射すること
により制御するように構成したこと。 2) 誘電率分布が周期的であり、その周期により閉じ
こめられる波長の電磁波を蛍光または燐光として発しう
る物質を内部に有し、該物質が、電磁波により遷移でき
る凖位が、基底凖位を除き、3凖位以上の励起凖位であ
るとともに、 第1の電磁波の照射により基底状態から中
間の凖位に遷移し、さらにこの中間の凖位から下位の凖
位に遷移した後、基底凖位に遷移する際に放出される電
磁波の光量を、 前記下位の励起凖位と前記中間の凖位よ
りも上位の励起凖位との励起エネルギーに相当する第2
の電磁波を照射することにより制御するように構成した
こと。 3) 上記2)に記載する光学素子において、 前記中間
の凖位と下位の凖位とが同一の凖位であること。 4) 上記1)乃至3)の何れか一つに記載する光学素
子において、周期構造に周期の抜けを生じさせるか、又
は別の周期を誘電率変化を加えて周期の乱れを形成した
こと。 5) 光硬化性樹脂、透光性物質及び蛍光又は燐光を発
生する物質である色素の混合物にレーザ光の干渉縞を照
射することにより誘電率分布が周期的であり、その周期
により閉じ込められる波長の電磁波を蛍光又は燐光とし
て発し得る光学素子を作成すること。 【0006】 【作用】上記構成の本発明において、空間内で周期的に
誘電率が変化する物体は、入射した特定の波長の電磁波
を反射する。特に、その周期方向に入射した場合は波長
が1周期の光路長の2倍に等しいとき、電磁波がもっと
も効率的に反射される。 【0007】特に、1)の発明では、周期構造を透過し
ない波長の電磁波を蛍光として放出する物質を内部に有
するので、発生した蛍光はこの周期により反射されて素
子の外部に出ることができなくなる。つまり強く局在し
た(閉じ込められた)状態を実現できる。閉じこめられ
た状態では電束密度が高くなるので、電磁波同士の相互
作用を実現することができる。同時に、相対的に上位及
び下位の2つの光励起可能な準位をもつ物質を混入して
いるので、基底状態と第一励起状態のエネルギー差が局
在する電磁波のエネルギーに相当するとき、第一励起状
態からの励起に対応するエネルギーの電磁波を入射する
と、第一励起状態の電子がさらに上位に励起されること
により減少する。この結果、局在状態にある電磁波を減
少させることができる。つまり、電磁波により電磁波の
量を制御することが可能となる。 【0008】 【0009】 【0010】特に、2)の発明では、周期構造を透過し
ない波長の電磁波を蛍光として放出する物質を内部に有
するので、発生した蛍光はこの周期により反射されて素
子の外部に出ることができなくなる。つまり強く局在し
た(閉じ込められた)状態を実現できる。閉じこめられ
た状態では電束密度が高くなるので、電磁波同士の相互
作用を実現することができる。同時に、3準位以上の光
励起可能な準位をもつ物質を混入しているので、基底状
態と第一励起状態のエネルギー差が局在する電磁波のエ
ネルギーに相当するとき、第一励起状態からの励起に対
応するエネルギーの電磁波を入射すると、第一励起状態
の電子がさらに上位に励起されることにより減少する。
この結果、局在状態にある電磁波を減少させることがで
きる。つまり、電磁波により電磁波の量を制御すること
が可能となる。かかる作用・効果は、3)の発明におい
ても同様に得ることができる。 【0011】4)の発明では、周期構造の乱れを生じさ
せることにより、さらに狭い領域に光子を閉じ込めるこ
とができる。したがって、さらなる高効率化、低閾値化
を図ることができる。 【0012】 【実施例】 <実施例1>図1は本実施例に係る光学素子を示す概略
図であり、(a)はその構造及び動作を示す概略図、
(b)は蛍光を発する物質のエネルギー準位を示す概略
図である。 【0013】同図に示すように、本実施例における光学
素子は、高誘電率領域101と低誘電率領域102とが
周期的に存在することにより構成される。 【0014】本実施例では、屈折率変化を離散的とした
が連続的にしてもよく、おおむね周期的にしてもよく、
二つ以上の周期の重ね合わせにしてもよい。また、1次
元的な周期を表示して書き表したが、2次元または図2
に示すような3次元の格子構造でもよい。 【0015】上述の如き構造中には(b)で示されるよ
うな、エネルギー準位を有する物質が混入してある。同
図中において、111は基底準位を示し、112は励起
準位を示す。矢印115は基底準位と励起準位のエネル
ギー差(励起エネルギー)に相当する光子を吸収した場
合の遷移を示し、矢印116は蛍光として光子を放出す
る場合の遷移を示す。蛍光116の波長が周期構造によ
り閉じこめられるよう周期を調整してある。 【0016】本実施例においては、励起エネルギーに相
当する波長の光120を照射するとそれによって発生し
た蛍光116が、領域112に局在する。出射光121
は、当該光学素子の誘電率非線形性により生じた高調波
である。厚さが局在長程度であるか、非線形性が小さい
場合は局在光と同じ波長の光が狭帯域化され出射され
る。 【0017】<実施例2>図3は本実施例に係る光学素
子を示す概略図であり、(a)はその光学素子の構造及
び動作を示す概略図、(b)は蛍光を発する物質のエネ
ルギー準位を示す概略図である。 【0018】同図に示すように、本実施例における光学
素子は高誘電率領域201と低誘電率領域202とが周
期的に存在することにより構成される。 【0019】本実施例では、屈折率変化は離散的とした
が連続的にしてもよく、おおむね周期的にしてもよく、
二つ以上の周期の重ね合わせにしてもよい。また、1次
元的な周期を表示して書き表したが、2次元または図2
に示すような3次元の格子構造でもよい。 【0020】上述の如き構造中には(b)で示されるよ
うな、エネルギー準位を有する物質が混入してある。同
図中において、211は基底準位を示し、212,21
3は励起準位を示す。矢印215は基底準位と励起準位
のエネルギー差(励起エネルギー)に相当する光子を吸
収した場合の遷移を示し、矢印216は蛍光として光子
を放出する場合の遷移を示す。矢印217は励起準位間
の遷移を示す。そして、準位213の寿命が準位212
に比べて短いものを用いるとともに、蛍光216が周期
構造により閉じこめられるような周期で素子を作成す
る。すなわち、本実施例における物質は、蛍光216と
は異なる波長で励起される物質を採用している。 【0021】本実施例においては、矢印215の励起に
相当する波長の光220を照射するとそれによって発生
した蛍光が、領域222に局在する。出射光221は、
光学素子の誘電率非線形性により生じた高調波が出射さ
れる。厚さが局在長程度であるか、非線形性が小さい場
合は局在光と同じ波長の光が狭帯域化され出射される。 【0022】さらに、本実施例では、蛍光216とは異
なる波長で励起される物質を用いており、周期構造によ
り光220が反射されないため任意の方向から光を入射
することが可能となる。また、光220により誘導放出
が起こらないためコヒーレンスの高い出射光が得られ
る。 【0023】<実施例3>図4は実施例に係る光学素子
を示す概略図であり、(a)はその光学素子の構造及び
動作を示す概略図、(b)は蛍光を発する物質エネルギ
ー準位を示す概略図である。 【0024】同図に示すように、本実施例における光学
素子は、高誘電率領域301と低誘電率領域302とが
周期的に存在することにより構成される。 【0025】本実施例では、屈折率変化は離散的とした
が連続的にしてもよく、おおむね周期的にしてもよく、
二つ以上の周期の重ね合わせにしてもよい。また、1次
元的な周期を表示して書き表したが、2次元または図2
に示すような3次元の格子構造でもよい。 【0026】上述の如き構造中には(b)で示されるよ
うな、エネルギー準位を有する物質が混入してある。同
図において、311は基底準位を示し、312,31
3,314は励起準位を示す。矢印315は基底準位と
励起準位のエネルギー差(励起エネルギー)に相当する
光子を吸収した場合の遷移を示し、矢印316は蛍光と
して光子を放出する場合の遷移を示す。矢印317,3
18,319は励起準位間の遷移を示す。そして、準位
313の寿命が準位312に比べて短いものを用いる。 【0027】本実施例においては、矢印315の励起に
相当する波長の光320を照射するとそれによって発生
した蛍光が、領域322に局在する。出射光321は、
光学素子の誘電率非線形性により生じた高調波が出射さ
れる。厚さが局在長程度であるか、非線形性が小さい場
合は局在光と同じ波長の光が狭帯域化されて出射され
る。ここで、矢印318の励起に相当する光を照射する
と、光の強度によっての準位312の存在数が減り蛍光
の量が減少する。すなわち、第3の光323により出射
光強度が可変となり、トランジスタ的な動作が実現可能
となる。 【0028】なお、本実施例においては実施例1のよう
に、準位312,313を一つの準位で兼用してもよ
い。 【0029】実施例1〜3で述べた、周期構造として図
5(a)に示した高屈折率601と低屈折率物質602
の周期構造に、周期の抜け(乱れ)を生じさせたもの
や、図5(b)に示した別の周期の誘電率変化を加えた
ものを採用することもできる。このような乱れ603を
生じさせることにより、さらに狭い領域に光子を閉じこ
めることができるので、さらなる高効率化、低閾値化を
実現できる。 【0030】また、実施例で示した励起準位は素子の作
用に関係するもののみであり、これ以外の準位が存在し
ても良い。 【0031】さらに、実施例1〜3において、図1
(b)、図3(b)及び図4(b)で示されるようなエ
ネルギー準位を有する物質の混入場所は任意である。こ
の場合の動作原理は実施例1〜3の場合と同様である。 【0032】また、高/低誘電率領域の材料としては、
高分子樹脂、液晶、ガラスなど、使用波長において光吸
収性を持たないものであれば使用可能であり、さらにエ
ネルギー準位を示す材料としては、蛍光を発する色素で
あれば使用可能であるが、色素レーザ用の色素が好適で
ある。 【0033】<実施例4>図6は、本発明の光学素子の
作成方法を示す概略図である。同図に示すように、本発
明の実施例に係る光学素子は、光硬化性樹脂と透光性物
質および蛍光を発生する物質である色素の混合物401
に、レーザ光402,403の干渉縞を照射することに
より作成する。かかる光学素子においては、干渉縞強度
の強い部分で樹脂の重合が起こり、それ以外の領域が透
光性物質領域となり一次元的な周期構造411で実現さ
れる。レーザー光402と403との間隔を変えること
により周期はレーザ光の波長以上の長さで任意に変える
ことができる。 【0034】可視光硬化性樹脂70%と液晶(E−7)
30%とレーザ用色素ローダミン6Gの混合物にアルゴ
ンイオンレーザ光(488nm)を2枚のガラス板から
なるガラスセルに入れ、2方向からプリズムを介して照
射した。2光束の角度はガラスセル内で波長600nm
の光を閉じこめるため干渉縞の間隔が約100nmとな
るようにした。 【0035】このようにして、作成した素子にアルゴン
イオンレーザ(514.5nm)の光を照射したとこ
ろ、約600nm付近でスペクトル線幅の狭い発光及
び、その倍液を観測することができた。また、560n
mのローダミン6Gの一重項の第一第二励起状態のエネ
ルギー差に相当する光を入射すると、出射光量が変化し
た。また、透明電極をつけたガラス板を用い電界を印加
することにより局在状態を変化させ出射光量を変えるこ
とができた。さらに、温度を変えて液晶の屈折率を変
え、局在状態を変化させることにより出射光量を変化さ
せることができた。 【0036】本実施例では、色素としてローダミン6G
を用いているがこれに限定されるものでは勿論ない。ま
た、本実施例では、液晶を用いているが、光干渉により
相分離する系であればこれに限らない。 【0037】さらに、本実施例では2方向から光を干渉
させているが、4方向6方向またはそれ以上の光束を干
渉させ、立体的を周期構造を作成してもよい。また、ガ
ラス板は透光性を有するものであればよく、アクリル
板、PETフィルムなどでもよい。 【0038】図7に示すように、レーザ光502を4方
から混合物501照射することにより2次元的周期構造
511が実現できる。さらにレーザ光502の数を増や
すことにより、3次元的な周期構造を実現できる。本例
では、立方格子の例を示したが三角格子等の周期構造で
もよい。 【0039】透光性物質として、液晶を用いると液体相
と液晶相の違いから良好な相分離が得られる。ここで、
温度を変える圧力や電磁界を加えることにより液晶の配
向性を制御すると光の局在度が変化し素子特性を外部か
ら変化させることができる。 【0040】 【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、高効率低閾値の電磁波により電
磁波を直接制御する光学素子を実現できる。また、誘電
率が異なる物質を分散させた構造を用いることにより、
可変形、すなわちフレキシブル性を持つ素子を実現でき
る。さらに大面積の素子を実現できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element, and more particularly to an optical element for directly controlling an electromagnetic wave by an electromagnetic wave and a method for producing the same. 2. Description of the Related Art Generally, since electromagnetic permittivity is linear, electromagnetic waves do not directly interact with each other. For this reason, it is extremely difficult to directly control electromagnetic waves by electromagnetic waves. Such direct control has a nonlinear dielectric constant such as KTP (potassium titanate phosphate) under special conditions where the energy density of the electromagnetic waves is extremely high. This is done only with crystals. [0003] However, the above KTP
Has a problem that it operates only in special situations where the optical electric field is extremely high because of its low nonlinearity. An object of the present invention is to provide an optical element capable of directly controlling an electromagnetic wave emitted by an electromagnetic wave in view of the above prior art. [0005] The structure of the present invention that achieves the above object has the following features. 1) A substance having a periodic permittivity distribution and having therein a substance capable of emitting an electromagnetic wave having a wavelength confined by the cycle as fluorescence or phosphorescence, and the substance can be transitioned by the electromagnetic wave.
Excluding the ground level is a two-level excited level
In both cases, relative to the ground state by irradiation of the first electromagnetic wave
Transitions to the lower excitation level, and further to this lower excitation level
Amount of electromagnetic wave emitted when transitioning from to the ground level
Between the lower excitation level and the higher excitation level
Irradiating a second electromagnetic wave corresponding to the excitation energy
It is configured to be controlled by . 2) The dielectric constant distribution is periodic, and contains a substance capable of emitting an electromagnetic wave having a wavelength confined by the period as fluorescence or phosphorescence therein, and the substance can be transitioned by the electromagnetic wave.
Are excited levels of three or more levels, excluding the ground level.
And from the ground state to the middle by irradiation of the first electromagnetic wave.
Transition to the intermediate level, and from this intermediate level to the lower level
After transitioning to the ground level,
The amount of magnetic wave is compared with the lower excitation level and the intermediate level.
Second energy corresponding to the excitation energy of the higher excitation level
It is configured to control by irradiating the electromagnetic wave of
That . 3) The optical element according to 2 ) above, wherein the intermediate
Level and the lower level are the same level. 4) The optical element according to any one of 1) to 3 ) above
In the semiconductor device, the periodic structure has a missing period or another period is subjected to a change in dielectric constant to form a period disorder. 5) Irradiation of a laser light interference fringe to a mixture of a photocurable resin, a translucent substance, and a dye that generates fluorescence or phosphorescence causes a periodic dielectric constant distribution, and a wavelength confined by the cycle. To produce an optical element capable of emitting the electromagnetic waves as fluorescence or phosphorescence. In the present invention having the above structure, an object whose dielectric constant periodically changes in space reflects an incident electromagnetic wave of a specific wavelength. In particular, when incident in the periodic direction, the electromagnetic wave is reflected most efficiently when the wavelength is equal to twice the optical path length of one period. [0007] In particular, in the invention of 1), since a substance that emits electromagnetic waves having a wavelength that does not pass through the periodic structure is emitted as fluorescent light, the generated fluorescent light is reflected by this cycle and cannot go out of the element. . That is, a strongly localized (confined) state can be realized. In the confined state, the electric flux density increases, so that interaction between electromagnetic waves can be realized. At the same time,
And the lower two photoexcitable levels
Energy difference between the ground state and the first excited state
First excitation state when the energy of the existing electromagnetic wave
The electromagnetic wave of energy corresponding to the excitation from the state
And that electrons in the first excited state are further excited
It is reduced by As a result, localized electromagnetic waves are reduced.
Can be reduced. In other words, the electromagnetic wave
The amount can be controlled. [0010] In particular, in the invention of 2) , the light is transmitted through the periodic structure.
Contains a substance that emits electromagnetic waves with
The generated fluorescence is reflected by this cycle and
You will not be able to get out of your child. In other words, it is strongly localized
(Confined) state can be realized. Trapped
In the state where the electromagnetic waves are high, the electric flux density is high.
The effect can be realized. At the same time, since a substance having three or more levels capable of photoexcitation is mixed, when the energy difference between the ground state and the first excited state corresponds to the energy of the localized electromagnetic wave, When an electromagnetic wave having energy corresponding to the excitation is incident, the electrons in the first excited state are reduced by being excited further.
As a result, the localized electromagnetic waves can be reduced. That is, the amount of the electromagnetic wave can be controlled by the electromagnetic wave. Such an operation and effect can be similarly obtained in the invention 3). In the invention of 4) , by generating disturbance of the periodic structure, photons can be confined in a narrower region. Therefore, higher efficiency and lower threshold can be achieved. Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical element according to this embodiment, (a) is a schematic diagram showing its structure and operation,
(B) is a schematic diagram showing an energy level of a substance that emits fluorescence. As shown in FIG. 1, the optical element according to the present embodiment is constituted by a high dielectric constant region 101 and a low dielectric constant region 102 which are present periodically. In this embodiment, the change in the refractive index is discrete, but may be continuous or may be substantially periodic.
Two or more periods may be superimposed. In addition, the one-dimensional period is displayed and written, but the two-dimensional or FIG.
A three-dimensional lattice structure as shown in FIG. In the structure as described above, a substance having an energy level as shown in (b) is mixed. In the figure, 111 indicates a ground level, and 112 indicates an excitation level. Arrow 115 indicates a transition when a photon corresponding to the energy difference (excitation energy) between the ground level and the excitation level is absorbed, and arrow 116 indicates a transition when a photon is emitted as fluorescence. The period is adjusted so that the wavelength of the fluorescent light 116 is confined by the periodic structure. In this embodiment, when light 120 having a wavelength corresponding to the excitation energy is irradiated, the fluorescent light 116 generated by the irradiation is localized in the region 112. Outgoing light 121
Are harmonics generated by the dielectric nonlinearity of the optical element. When the thickness is about the localization length or the nonlinearity is small, the light having the same wavelength as the localized light is narrowed and emitted. <Embodiment 2> FIGS. 3A and 3B are schematic views showing an optical element according to the present embodiment. FIG. 3A is a schematic view showing the structure and operation of the optical element, and FIG. It is a schematic diagram showing an energy level. As shown in FIG. 1, the optical element in the present embodiment is constituted by a high dielectric constant region 201 and a low dielectric constant region 202 which are present periodically. In this embodiment, the change in the refractive index is discrete, but may be continuous or may be substantially periodic.
Two or more periods may be superimposed. In addition, the one-dimensional period is displayed and written, but the two-dimensional or FIG.
A three-dimensional lattice structure as shown in FIG. In the structure as described above, a substance having an energy level as shown in (b) is mixed. In the figure, reference numeral 211 denotes a ground level;
3 indicates an excitation level. An arrow 215 indicates a transition when a photon corresponding to an energy difference (excitation energy) between a ground level and an excitation level is absorbed, and an arrow 216 indicates a transition when a photon is emitted as fluorescence. Arrow 217 indicates a transition between excited levels. Then, the life of the level 213 is changed to the level 212.
In addition to using a device shorter than the above, the device is formed with a period such that the fluorescent light 216 is confined by the periodic structure. That is, a substance that is excited at a wavelength different from the fluorescence 216 is used as the substance in this embodiment. In this embodiment, when the light 220 having the wavelength corresponding to the excitation of the arrow 215 is irradiated, the fluorescence generated by the irradiation is localized in the region 222. The outgoing light 221 is
Harmonics generated by the dielectric nonlinearity of the optical element are emitted. When the thickness is about the localization length or the nonlinearity is small, the light having the same wavelength as the localized light is narrowed and emitted. Further, in this embodiment, a substance excited at a wavelength different from that of the fluorescent light 216 is used, and the light 220 is not reflected by the periodic structure, so that light can be incident from any direction. In addition, since stimulated emission does not occur due to the light 220, emitted light having high coherence can be obtained. <Embodiment 3> FIGS. 4A and 4B are schematic views showing an optical element according to an embodiment, in which FIG. 4A is a schematic view showing the structure and operation of the optical element, and FIG. FIG. As shown in the figure, the optical element in this embodiment is constituted by a high dielectric constant region 301 and a low dielectric constant region 302 which are present periodically. In this embodiment, the refractive index change is discrete, but may be continuous, or may be substantially periodic.
Two or more periods may be superimposed. In addition, the one-dimensional period is displayed and written, but the two-dimensional or FIG.
A three-dimensional lattice structure as shown in FIG. In the structure as described above, a substance having an energy level as shown in (b) is mixed. In the figure, reference numeral 311 denotes a ground level;
3,314 shows an excitation level. An arrow 315 indicates a transition when a photon corresponding to an energy difference (excitation energy) between a ground level and an excitation level is absorbed, and an arrow 316 indicates a transition when a photon is emitted as fluorescence. Arrow 317,3
Reference numerals 18 and 319 indicate transitions between excited levels. Then, a lifetime of the level 313 which is shorter than that of the level 312 is used. In this embodiment, when the light 320 having the wavelength corresponding to the excitation of the arrow 315 is irradiated, the fluorescent light generated by the irradiation is localized in the region 322. The outgoing light 321 is
Harmonics generated by the dielectric nonlinearity of the optical element are emitted. When the thickness is about the localization length or the nonlinearity is small, the light having the same wavelength as the localized light is narrowed and emitted. Here, when light corresponding to the excitation of the arrow 318 is irradiated, the number of levels 312 depending on the light intensity is reduced, and the amount of fluorescence is reduced. That is, the intensity of the emitted light is made variable by the third light 323, and the operation like a transistor can be realized. In this embodiment, as in the first embodiment, one of the levels 312 and 313 may be shared. The high refractive index 601 and the low refractive index substance 602 shown in FIG.
A structure in which a period is omitted (disordered) or a structure in which a change in the dielectric constant in another period shown in FIG. By generating such disturbance 603, photons can be confined in a narrower region, so that higher efficiency and lower threshold can be realized. Further, the excitation levels shown in the embodiments are only those relating to the function of the element, and other levels may be present. Further, in Examples 1 to 3, FIG.
(B), the place where the substance having the energy level as shown in FIG. 3 (b) and FIG. 4 (b) is mixed is arbitrary. The operating principle in this case is the same as in the first to third embodiments. As the material for the high / low dielectric constant region,
Polymer resins, liquid crystals, glass, etc., can be used as long as they do not have light absorption at the wavelength used, and as a material showing an energy level, any dye that emits fluorescence can be used. Dyes for dye lasers are preferred. <Embodiment 4> FIG. 6 is a schematic view showing a method for producing an optical element of the present invention. As shown in the figure, an optical element according to an embodiment of the present invention is a mixture 401 of a photocurable resin, a translucent substance, and a dye that is a substance that generates fluorescence.
Is irradiated with interference fringes of laser beams 402 and 403. In such an optical element, the resin is polymerized in a portion where the interference fringe intensity is high, and the other region becomes a translucent material region and is realized by the one-dimensional periodic structure 411. By changing the interval between the laser beams 402 and 403, the period can be arbitrarily changed with a length equal to or longer than the wavelength of the laser beam. 70% of visible light curable resin and liquid crystal (E-7)
Argon ion laser light (488 nm) was introduced into a mixture of 30% and rhodamine 6G for laser into a glass cell composed of two glass plates, and irradiated from two directions through a prism. The angle of the two light beams is 600 nm in the glass cell.
In order to confine the light, the interval between the interference fringes was set to about 100 nm. When the device thus produced was irradiated with light from an argon ion laser (514.5 nm), light emission with a narrow spectral line width at about 600 nm and a doubled solution thereof could be observed. 560n
When light corresponding to the energy difference between the singlet and the first excited state of the singlet of m rhodamine 6G was incident, the amount of emitted light changed. Further, by applying an electric field using a glass plate provided with a transparent electrode, the localization state was changed and the amount of emitted light could be changed. Furthermore, by changing the temperature, the refractive index of the liquid crystal was changed, and the localized state was changed, the amount of emitted light could be changed. In this embodiment, rhodamine 6G is used as a dye.
However, the present invention is not limited to this. Further, in the present embodiment, liquid crystal is used, but the present invention is not limited to this as long as the system performs phase separation by optical interference. Further, in the present embodiment, light interferes from two directions. However, a three-dimensional periodic structure may be created by interfering light beams in four directions and six directions or more. Further, the glass plate only needs to have translucency, and may be an acrylic plate, a PET film, or the like. As shown in FIG. 7, a two-dimensional periodic structure 511 can be realized by irradiating the mixture 501 with laser light 502 from four directions. Further, by increasing the number of laser beams 502, a three-dimensional periodic structure can be realized. In this example, the example of the cubic lattice is shown, but a periodic structure such as a triangular lattice may be used. When liquid crystal is used as the translucent substance, good phase separation can be obtained due to the difference between the liquid phase and the liquid crystal phase. here,
When the orientation of the liquid crystal is controlled by applying a pressure or an electromagnetic field that changes the temperature, the degree of localization of light changes and the element characteristics can be changed from the outside. As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, it is possible to realize an optical element for directly controlling an electromagnetic wave by a high-efficiency low-threshold electromagnetic wave. Also, by using a structure in which substances with different dielectric constants are dispersed,
A variable element, that is, an element having flexibility can be realized. An element having a larger area can be realized.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例1に係る光学素子を示す概略図
であり、(a)はその構造及び動作を、(b)は蛍光を
発する物質のエネルギー準位を示す。 【図2】3次元の格子構造とした本発明に係る光学素子
を示す概略図。 【図3】本発明の実施例2に係る光学素子を示す概略図
であり、(a)はその構造及び動作を、(b)は蛍光を
発する物質のエネルギー準位を示す。 【図4】本発明の実施例3に係る光学素子を示す概略図
であり、(a)はその構造及び動作を、(b)は蛍光を
発する物質のエネルギー準位を示す。 【図5】実施例1〜3のさらに変形例に係る光学素子を
示す概略図。 【図6】本発明の光学素子の作成方法を示す概略図。 【図7】本発明の光学素子の他の作成方法を示す概略
図。 【符号の説明】 101,201,301 高誘電率領域 102,202,302 低誘電率領域 111,211,311 基底準位 112,212,213,312,313,314 励
起準位 120,220,320,323 照射光 121,221,321 出射光
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an optical element according to Example 1 of the present invention, wherein (a) shows its structure and operation, and (b) shows an energy level of a substance which emits fluorescence. Is shown. FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical element according to the present invention having a three-dimensional lattice structure. FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams showing an optical element according to Example 2 of the present invention, wherein FIG. 3A shows the structure and operation thereof, and FIG. FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing an optical element according to Example 3 of the present invention, wherein FIG. 4A shows the structure and operation thereof, and FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical element according to a further modification of the first to third embodiments. FIG. 6 is a schematic view showing a method for producing an optical element of the present invention. FIG. 7 is a schematic view showing another method for producing the optical element of the present invention. [Description of Signs] 101, 201, 301 High permittivity regions 102, 202, 302 Low permittivity regions 111, 211, 311 Ground levels 112, 212, 213, 312, 313, 314 Excitation levels 120, 220, 320 , 323 Irradiation light 121, 221 and 321 Emission light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−327109(JP,A) 特開 平6−152070(JP,A) 特開 平7−249816(JP,A) S.RADIC,et.al.,Th eory of low−thresh old optical switch ing in nonlinear p hase−shifted perio dic structures,Opt ical Society of Am erica,Vol.12,No.4,p p.671−680 Y.ZHAO,et.al.,COM PARATIVE STUDY OF ONE−DIMENSIONAL PH OTONIC BANDGAP STR UCTURES USING MULT ILAYER NONLINERAR THIN FIL,Journal o f Nonlinear Optica l Physics and Mate rials,Vol.4,No.1,p p.1−11 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 H01S 3/109 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-327109 (JP, A) JP-A-6-152070 (JP, A) JP-A-7-249816 (JP, A) RADIC, et. al. , Theory of low-threshold optical switching in nonlinear phase-shifted periodic dic structures, Optical Society of America. 12, No. 4, pp. 671-680 ZHAO, et. al. , COMPARATIVE STUDY OF ONE-DIMENSIONAL PH OTONIC BANDGAP STR ACTURES USING MULT ILAYER NONLINERAR THIN FIL, Journal of Non-Personal Optical Medical. 4, No. 1, pp. 1-11 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/35 H01S 3/109 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 誘電率分布が周期的であり、その周期に
より閉じこめられる波長の電磁波を蛍光または燐光とし
て発しうる物質を内部に有し、該物質が、電磁波により
遷移できる凖位が、基底凖位を除き、2凖位の励起凖位
であるとともに、 第1の電磁波の照射により基底状態から相対的に下位の
励起凖位に遷移し、さらにこの下位の励起凖位から基底
凖位に遷移する際に放出される電磁波の光量を、 前記下位の励起凖位と相対的に上位の励起凖位との励起
エネルギーに相当する第2の電磁波を照射することによ
り制御するように構成したこと を特徴とする光学素子。 【請求項2】 誘電率分布が周期的であり、その周期に
より閉じこめられる波長の電磁波を蛍光または燐光とし
て発しうる物質を内部に有し、該物質が、電磁波により
遷移できる凖位が、基底凖位を除き、3凖位以上の励起
凖位であるとともに、 第1の電磁波の照射により基底状態から中間の凖位に遷
移し、さらにこの中間の凖位から下位の凖位に遷移した
後、基底凖位に遷移する際に放出される電磁波の光量
を、 前記下位の励起凖位と前記中間の凖位よりも上位の励起
凖位との励起エネルギーに相当する第2の電磁波を照射
することにより制御するように構成したこと を特徴とす
る光学素子。 【請求項3】 〔請求項2〕に記載する光学素子におい
て、 前記中間の凖位と下位の凖位とが同一の凖位であること
特徴とする光学素子。 【請求項4】 〔請求項1〕乃至〔請求項3〕の何れか
一つに記載する光学素子において、 周期構造に周期の抜けを生じさせるか、又は別の周期を
誘電率変化を加えて周期の乱れを形成したことを特徴と
する光学素子。 【請求項5】 光硬化性樹脂、透光性物質及び蛍光又は
燐光を発生する物質である色素の混合物にレーザ光の干
渉縞を照射することにより誘電率分布が周期的であり、
その周期により閉じ込められる波長の電磁波を蛍光又は
燐光として発し得る光学素子を作成することを特徴とす
る光学素子の作成方法。
(57) [Claims 1] A substance having a periodic permittivity distribution and capable of emitting, as fluorescence or phosphorescence, an electromagnetic wave having a wavelength confined by the period, wherein the substance is an electromagnetic wave. By
Levels that can be transitioned are two levels of excited levels, excluding the ground level
And the irradiation of the first electromagnetic wave relatively lower than the ground state.
Transition to the excited level, and from this lower excited level
The amount of electromagnetic waves emitted at the time of transition to the level is determined by the excitation between the lower excitation level and the higher excitation level.
By irradiating a second electromagnetic wave corresponding to energy
An optical element characterized in that the optical element is configured to be controlled . 2. A substance having a dielectric constant distribution that is periodic and capable of emitting an electromagnetic wave having a wavelength confined by the period as fluorescence or phosphorescence therein, wherein the substance is generated by the electromagnetic wave.
Excitable three or more levels except for the base level
Transition from the ground state to an intermediate level by the irradiation of the first electromagnetic wave.
And then transitioned from this intermediate level to a lower level
Later, the amount of electromagnetic waves emitted when transitioning to the ground level
With the lower excitation level and the excitation higher than the intermediate level.
Irradiation of the second electromagnetic wave corresponding to the excitation energy with the level
An optical element characterized in that the optical element is configured to be controlled by performing the following. 3. The optical element according to claim 2, wherein
The intermediate level and the lower level are the same level
Wherein the optical element. 4. Any one of claims 1 to 3
The optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein the periodic structure has a period missing or a period is formed by adding a change in dielectric constant to another period to form a disorder of the period. 5. A dielectric constant distribution is periodic by irradiating a laser light interference fringe to a mixture of a photocurable resin, a translucent substance, and a dye that is a substance that generates fluorescence or phosphorescence,
A method for producing an optical element, comprising producing an optical element capable of emitting, as fluorescence or phosphorescence, an electromagnetic wave having a wavelength confined by the period.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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S.RADIC,et.al.,Theory of low−threshold optical switching in nonlinear phase−shifted periodic structures,Optical Society of America,Vol.12,No.4,pp.671−680
Y.ZHAO,et.al.,COMPARATIVE STUDY OF ONE−DIMENSIONAL PHOTONIC BANDGAP STRUCTURES USING MULTILAYER NONLINERAR THIN FIL,Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials,Vol.4,No.1,pp.1−11

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