JP3504418B2 - 光制御方法および光制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信、光
情報処理などの光エレクトロニクスおよびフォトニクス
の分野において有用な、光応答性組成物から成る光学素
子を用いる光制御方法および光制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】超高速情報伝達・処理を目的として、光
の多重性、高密度性に着目した光エレクトロニクスおよ
びフォトニクスの分野において、光学材料または光学組
成物を加工して作成した光学素子に光を照射することで
引き起こされる透過率や屈折率の変化を利用して、電子
回路技術を用いずに、光の強度（振幅）または周波数
（波長）を変調しようとする光・光制御方法の研究開発
が盛んに進められている。また、光の特徴を活かして、
並列光論理演算や画像処理を行おうとする場合、光ビー
ムの断面に光強度分布変化など、何等かの変調を行うた
めの「空間光変調器」が極めて重要であり、ここへも光
・光制御方法の適用が期待される。

【０００３】光・光制御方法への応用が期待される現象
としては可飽和吸収、非線形屈折、フォトリフラクティ
ブ効果などの非線形光学効果、およびフォトクロミック
現象が広く注目を集めている。

【０００４】一方、第一の波長帯域の光で励起された分
子が、分子構造の変化を伴わずに、第一の波長帯域とは
異なる第二の波長帯域において新たに光吸収を起こす現
象も知られており、これを「励起状態吸収」または「誘
導吸収」、あるいは「過渡吸収」と呼ぶことができる。

【０００５】励起状態吸収の応用を試みた例としては、
例えば、特開昭５３−１３７８８４号公報にはポルフィ
リン系化合物と電子受容体を含んだ溶液または固体に対
して波長の異なる少なくとも二種類の光線を照射し、こ
の照射により一方の波長の光線が有する情報を他方の光
線の波長に移すような光変換方法が開示されている。ま
た、特開昭５５−１００５０３号公報および特開昭５５
−１０８６０３号公報にはポルフィリン誘導体などの有
機化合物の基底状態と励起状態の間の分光スペクトルの
差を利用し、励起光の時間的な変化に対応して伝搬光を
選択するような機能性の液体コア型光ファイバーが開示
されている。また、特開昭６３−８９８０５号公報には
光によって励起された三重項状態から更に上位の三重項
状態への遷移に対応する吸収を有するポルフィリン誘導
体などの有機化合物をコア中に含有しているプラスチッ
ク光ファイバーが開示されている。また、特開昭６３−
２３６０１３号公報にはクリプトシアニンなどのシアニ
ン色素の結晶に第一の波長の光を照射して分子を光励起
した後、第一の波長とは異なる第二の波長の光を前記分
子に照射し、第一の波長の光による光励起状態によって
第二の波長の光の透過または反射をスイッチングするよ
うな光機能素子が開示されている。また、特開昭６４−
７３３２６号公報にはポルフィリン誘導体などの光誘起
電子移動物質をマトリックス材料中に分散した光変調媒
体に第一および第二の波長の光を照射して、分子の励起
状態と基底状態の間の吸収スペクトルの差を利用して光
変調するような光信号変調媒体が開示されている。

【０００６】これら従来技術で用いられている光学装置
の構成としては、特開昭５５−１００５０３号公報、特
開昭５５−１０８６０３号公報、および特開昭６３−８
９８０５号公報には伝搬光の伝播する光ファイバーを励
起光の光源（例えばフラッシュランプ）の周囲に巻きつ
けるような装置構成が開示されており、特開昭５３−１
３７８８４号公報および特開昭６４−７３３２６号公報
には光応答性光学素子内部の信号光に相当する光の伝播
している部分全体に信号光の光路とは別の方向から制御
光に相当する光を収束させることなくむしろ投射レンズ
などの手段によって拡散させて照射するような装置構成
が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来技術においては、実用に足りる大きさの透過
率変化または屈折率変化を引き起こすためには非常に高
密度の光パワーを必要としたり、光照射に対する応答が
遅かったりするため、実用に至るものは未だ得られてい
ないのが現状である。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する課題を解
消し、できる限り低い光パワーで充分な大きさおよび速
度の光応答を光応答性の光学素子から引出すような光制
御方法および光制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】［本発明に係る光制御方
法］ 上記目的を達成するために、本願の請求項１記載の発明
に係る光制御方法は、光応答性組成物から成る光学素子
に、前記光応答性組成物が感応する波長の制御光を照射
し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の透過率お
よび／または屈折率を可逆的に変化させることにより前
記光学素子を透過する前記信号光の強調変調および／ま
たは光束密度変調を行う光制御方法であって、前記制御
光および前記信号光を各々収束させて前記光学素子へ照
射し、かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素
子中において実質的に同一光路で伝搬させるように、ま
た、前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置
し、更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過し
た後、発散していく信号光光線束を、凸レンズまたは凹
面鏡で受光することによって、前記強度変調および／ま
たは光束密度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分
別して取り出すことを特徴とする。

【００１０】

【００１１】

【００１２】請求項２に係る光制御方法は、請求項１記
載の光制御方法において、前記光学素子として、色素を
含有した光応答性組成物から成るものを用いることを特
徴とする。

【００１３】請求項３に係る光制御方法は、請求項１ま
たは２記載の光制御方法において、前記光学素子とし
て、前記制御光の透過率が多くとも９０％以下で、か
つ、前記制御光を照射しない状態での前記信号光の透過
率が少なくとも１０％以上となるように調整されたもの
を用い、前記制御光の照射によって、前記光学素子を透
過した前記信号光の透過率が減少する方向の光応答を取
り出すことを特徴とする。

【００１４】 ［本発明に係る光制御装置］ 上記目的を達成するために、本願の請求項４記載の発明
に係る光制御装置は、光応答性組成物から成る光学素子
に、前記光応答性組成物が感応する波長の制御光を照射
し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の透過率お
よび／または屈折率を可逆的に変化させることにより前
記光学素子を透過する前記信号光の強調変調および／ま
たは光束密度変調を行う光制御装置であって、前記制御
光および前記信号光を各々収束させて前記光学素子へ照
射し、かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素
子中において実質的に同一光路で伝搬させるように、ま
た、前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置
し、更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過し
た後、発散していく信号光光線束を、凸レンズまたは凹
面鏡で受光することによって、前記強度変調および／ま
たは光束密度変調を強く受けた領域の信号光光線束を分
別して取り出すことを特徴とする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】請求項５に係る光制御装置は、請求項４記
載の光制御装置において、前記光学素子は、色素を含有
した光応答性組成物から成ることを特徴とする。

【００１８】請求項６に係る光制御装置は、請求項４ま
たは５記載の光制御装置において、前記光学素子は、制
御光の透過率が多くとも９０％以下で、かつ、制御光を
照射しない状態での信号光の透過率が少なくとも１０％
以上となるように調整され、制御光の照射によって、信
号光の透過率が減少する方向の光応答を取り出すことを
特徴とする。

【００１９】請求項７に係る光制御装置は、請求項４か
ら６いずれか１つに記載の光制御装置において、前記光
学素子を透過してきた信号光と制御光の混合光を、信号
光と制御光とに分離する手段を有することを特徴とす
る。

【００２０】［光応答性組成物］ここで、本発明におけ
る制御光を照射したとき、制御光とは異なる波長帯域に
ある信号光の透過率および／または屈折率を可逆的に可
変させるような光学素子に用いられる光応答性組成物と
しては、公知の種々のものを使用することができる。

【００２１】その例を具体的に挙げるならば、例えば、
ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳ
ｂ、ＩｎＡｓ、ＰｂＴｅ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅな
どの化合物半導体の単結晶、前記化合物半導体の微粒子
をマトリックス材料中へ分散したもの、異種金属イオン
をドープした金属ハロゲン化物（例えば臭化カリウム、
塩化ナトリウムなど）の単結晶、前記金属ハロゲン化物
（例えば臭化銅、塩化銅、塩化コバルトなど）の微粒子
をマトリックス材料中へ分散したもの、銅などの異種金
属イオンをドープしたＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅＳ、
ＣｄＳｅＴｅなどのカドミウムカルコゲナイドの単結
晶、前記カドミウムカルコゲナイドの微粒子をマトリッ
クス材料中へ分散したもの、シリコン、ゲルマニウム、
セレン、テルルなどの半導体単結晶薄膜、多結晶薄膜、
ないし多孔質薄膜、シリコン、ゲルマニウム、セレン、
テルルなどの半導体微粒子をマトリックス材料中へ分散
したもの、白金、金、パラジウムなどの貴金属微粒子を
マトリックス材料中へ分散したもの、ルビー、アレキサ
ンドライト、ガーネット、Ｎｄ：ＹＡＧ、サファイア、
Ｔｉ：サファイア、Ｎｄ：ＹＬＦなど、金属イオンをド
ープした宝石に相当する単結晶（いわゆるレーザー結
晶）、金属イオン（例えば鉄イオン）をドープしたニオ
ブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）、ＬｉＢ₃ Ｏ₅ 、ＬｉＴ
ａＯ₃ 、ＫＴｉＯＰＯ₄ 、ＫＨ₂ ＰＯ₄ 、ＫＮｂＯ₃ 、
ＢａＢ₂ Ｏ₂ などの強誘電性結晶、金属イオン（例えば
ネオジウムイオン、エルビウムイオンなど）をドープし
た石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラスその他
のガラスなどのほか、マトリックス材料中に色素を溶解
または分散したものを好適に使用することができる。

【００２２】これらの中でも、マトリックス材料中に色
素を溶解または分散したものは、マトリックス材料およ
び色素の選択範囲が広く、かつ光学素子への加工も容易
であるため、本発明で特に好適に用いることができる。

【００２３】本発明で用いることのできる色素の具体例
としては、例えば、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、エ
オシン、フロキシンＢなどのキサンテン系色素、アクリ
ジンオレンジ、アクリジンレッドなどのアクリジン系色
素、エチルレッド、メチルレッドなどのアゾ色素、ポル
フィリン系色素、フタロシアニン系色素、３、３’−ジ
エチルチアカルボシアニンヨージド、３、３’−ジエチ
ルオキサジカルボシアニンヨージドなどのシアニン色素
などを好適に使用することができる。

【００２４】本発明では、これらの色素を単独で、また
は、２種類以上を混合して使用することができる。

【００２５】本発明で用いることのできるマトリックス
材料は、（１）本発明の光制御方式で用いられる光の波
長領域で透過率が高いこと、（２）本発明で用いられる
色素または種々の微粒子を安定性良く溶解または分散で
きること、（３）光学素子としての形態を安定性良く保
つことができること、という条件を満足するものであれ
ば任意のものを使用することができる。

【００２６】無機系のマトリックス材料としては、例え
ば金属ハロゲン化物の単結晶、金属酸化物の単結晶、金
属カルコゲナイドの単結晶、石英ガラス、ソーダガラ
ス、ホウケイ酸ガラスなどの他、いわゆるゾルゲル法で
作成される低融点ガラス材料などを使用することができ
る。

【００２７】また、有機系のマトリックス材料として
は、例えば種々の有機高分子材料を使用することができ
る。有機高分子材料の具体例としては、ポリスチレン、
ポリ（α−メチルスチレン）、ポリインデン、ポリ（４
−メチル−１−ペンテン）、ポリビニルピリジン、ポリ
ビニルホルマール、ポリビニルアセタール、ポリビニル
ブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルメチ
ルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルベ
ンジルエーテル、ポリビニルメチルケトン、ポリ（Ｎ−
ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリド
ン）、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、
ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリ
ル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル
酸ブチル、ポリメタクリル酸ベンジル、ポリメタクリル
酸シクロヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル
酸アミド、ポリメタクリロニトリル、ポリアセトアルデ
ヒド、ポリクロラール、ポリエチレンオキシド、ポリプ
ロピレンオキシド、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
ブチレンテレフタレート、ポリカーボネイト類（ビスフ
ェノール類＋炭酸）、ポリ（ジエチレングリコール・ビ
スアリルカーボネイト）類、６−ナイロン、６、６−ナ
イロン、１２−ナイロン、６、１２−ナイロン、ポリア
スパラギン酸エチル、ポリグルタミン酸エチル、ポリリ
ジン、ポリプロリン、ポリ（γ−ベンジル−Ｌ−グルタ
メート）、メチルセルロース、エチルセルロース、ベン
ジルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルセルロース、アセチルセルロース、セルロ
ーストリアセテート、セルローストリブチレート、アル
キド樹脂 （無水フタル酸＋グリセリン）、脂肪酸変性
アルキド樹脂（脂肪酸＋無水フタル酸＋グリセリン）、
不飽和ポリエステル樹脂（無水マレイン酸＋無水フタル
酸＋プロピレングリコール）、エポキシ樹脂（ビスフェ
ノール類＋エピクロルヒドリン）、ポリウレタン樹脂、
フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹
脂、トルエン樹脂、グアナミン樹脂などの樹脂、ポリ
（フェニルメチルシラン）などの有機ポリシラン、有機
ポリゲルマン、およびこれらの共重合・共重縮合体が挙
げられる。また、二硫化炭素、四フッ化炭素、エチルベ
ンゼン、パーフルオロベンゼン、パーフルオロシクロヘ
キサン、トリメチルクロロシランなどの、通常では重合
性のない化合物をプラズマ重合して得た高分子化合物も
使用することができる。

【００２８】また、これらの有機高分子化合物に有機色
素や光非線形効果を示す有機低分子化合物の残基をモノ
マー単位の側鎖として、あるいは架橋基として、共重合
モノマー単位として、または、重合開始末端として結合
させたものをマトリックス材料として使用することもで
きる。

【００２９】一方、これらのマトリックス材料中へ色素
を溶解または分散させるには公知の方法を用いることが
できる。例えば、色素とマトリックス材料を共通の溶媒
中へ溶解して混合した後、溶媒を蒸発させて除去する方
法、ゾルゲル法で製造する無機系マトリックス材料の原
料溶液へ色素を溶解または分散させてからマトリックス
材料を形成する方法、有機高分子系マトリックス材料の
モノマー中へ、必要に応じて溶媒を用いて、色素を溶解
または分散させてから該モノマーを重合ないし重縮合さ
せてマトリックス材料を形成する方法、色素と有機高分
子系マトリックス材料を共通の溶媒中に溶解した溶液
を、色素および熱可塑性の有機高分子系マトリックス材
料の両方が不溶の溶剤中へ滴下し、生じた沈殿を濾別し
乾燥してから加熱・溶融加工する方法などを好適に用い
ることができる。色素とマトリックス材料の組合せおよ
び加工方法を工夫することで、色素分子を凝集させ、
「Ｈ会合体」や「Ｊ会合体」などと呼ばれる特殊な会合
体を形成させることができることが知られているが、マ
トリックス材料中の色素分子をこのような凝集状態もし
くは会合状態を形成する条件で使用しても良い。

【００３０】また、これらのマトリックッス材料中へ前
記の種々の微粒子を分散させるには公知の方法を用いる
ことができる。例えば、前記微粒子をマトリックス材料
の溶液、または、マトリックス材料の前駆体の溶液に分
散した後、溶媒を除去する方法、有機高分子系マトリッ
クス材料のモノマー中へ、必要に応じて溶媒を用いて、
前記微粒子を分散させてから該モノマーを重合ないし重
縮合させてマトリックス材料を形成する方法、微粒子の
前駆体として、例えば過塩素酸カドミウムや塩化金など
の金属塩を有機高分子系マトリックス材料中に溶解また
は分散した後、硫化水素ガスで処理して硫化カドミウム
の微粒子を、または、熱処理することで金の微粒子を、
それぞれマトリックス材料中に析出させる方法、化学的
気相成長法、スパッタリング法などを好適に用いること
ができる。

【００３１】なお、本発明で用いられる光応答性組成物
は、その機能に支障をきたさない範囲において、加工性
を向上させたり、光学素子としての安定性・耐久性を向
上させるため、副成分として公知の酸化防止剤、紫外線
吸収剤、一重項酸素クエンチャ−、分散助剤などを含有
しても良い。

【００３２】［光応答性組成物、信号光の波長帯域、お
よび制御光の波長帯域の組合せ］本発明の光制御方法で
利用される光応答性組成物、信号光の波長帯域、および
制御光の波長帯域は、これらの組合わせとして、使用目
的に応じて適切な組合わせを選定し用いることができ
る。

【００３３】具体的な設定手順としては、例えば、ま
ず、使用目的に応じて信号光の波長ないし波長帯域を決
定し、これを制御するのに最適な光応答性組成物と制御
光の波長の組合わせを選定すれば良い。または、使用目
的に応じて信号光と制御光の波長の組合わせを決定して
から、この組合わせに適した光応答性組成物を選定すれ
ば良い。

【００３４】本発明で用いられる光応答性組成物の組
成、および前記光応答性組成物から成る光学素子中を伝
播する信号光および制御光の光路長については、これら
の組合わせとして、光学素子を透過する制御光および信
号光の透過率を基準にして設定することができる。例え
ば、まず、光応答性組成物の組成の内、少なくとも制御
光あるいは信号光を吸収する成分の濃度を決定し、次い
で、光学素子を透過する制御光および信号光の透過率が
特定の値になるよう光学素子中を伝播する信号光および
制御光の光路長を設定することができる。または、ま
ず、例えば装置設計上の必要に応じて、光路長を特定の
値に設定した後、光学素子を透過する制御光および信号
光の透過率が特定の値になるよう光応答性組成物の組成
を調整することができる。

【００３５】本発明は、できる限り低い光パワーで充分
な大きさおよび速度の光応答を光応答性の光学素子から
引出すような光制御方法および光制御装置を提供するこ
とを目的としているが、この目的を達成するために最適
な、光学素子を透過する制御光および信号光の透過率の
値は、それぞれ、次に示す通りである。

【００３６】本発明の光制御方法および光制御装置で
は、光学素子を伝播する制御光の透過率が多くとも９０
％以下になるよう光応答性組成物中の光吸収成分の濃度
および存在状態の制御、光路長の設定を行うことが推奨
される。

【００３７】ここで、制御光の照射によって信号光の透
過率が減少する方向の光応答を利用しようとする場合、
制御光を照射しない状態において、光学素子を伝播する
信号光の透過率が少なくとも１０％以上になるよう光応
答性組成物中の光吸収成分の濃度および存在状態の制
御、光路長の設定を行うことが推奨される。

【００３８】［光学素子］本発明で用いられる光学素子
の形態は、本発明の光制御装置の構成に応じて、薄膜、
厚膜、板状、ブロック状、円柱状、半円柱状、四角柱
状、三角柱状、凸レンズ状、凹レンズ状、マイクロレン
ズアレイ状、ファイバー状、マイクロチャンネルアレイ
状、および光導波路型などの中から適宜選択することが
できる。本発明で用いられる光学素子の作成方法は、光
学素子の形態および使用する光応答組成物の種類に応じ
て任意に選定され、公知の方法を用いることができる。

【００３９】例えば、薄膜状の光学素子を例えば色素と
マトリックス材料から製造する場合、色素およびマトリ
ックス材料を溶解した溶液を例えばガラス板上に塗布
法、ブレードコート法、ロールコート法、スピンコート
法、ディッピング法、スプレー法などの塗工法で塗工す
るか、あるいは、平版、凸版、凹版、孔版、スクリー
ン、転写などの印刷法で印刷すれば良い。この場合、ゾ
ルゲル法による無機系マトリックス材料作成方法を利用
することもできる。

【００４０】例えば、用いる有機高分子系マトリックス
材料が熱可塑性の場合、ホットプレス法（特開平４−９
９６０９号公報）や延伸法を用いても薄膜ないし厚膜状
の膜型光学素子を作成することができる。

【００４１】板状、ブロック状、円柱状、半円柱状、四
角柱状、三角柱状、凸レンズ状、凹レンズ状、マイクロ
レンズアレイ状の光学素子を作成する場合は、例えば有
機高分子系マトリックス材料の原料モノマーに色素を溶
解または分散させたものを用いてキャスティング法やリ
アクション・インジェクション・モールド法で成型する
ことができる。また、熱可塑性の有機高分子系マトリッ
クス材料を用いる場合、色素を溶解または分散したペレ
ットまたは粉末を加熱溶融させてから射出成形法で加工
しても良い。

【００４２】ファイバー状の光学素子は、例えば、金属
イオンをドープした石英ガラスを溶融延伸してファイバ
ー化する方法、ガラスキャピラリー管の中に有機高分子
系マトリックス材料の原料モノマーに色素を溶解または
分散させたものを流し込むか、または、毛管現象で吸い
上げたものを重合させる方法、または、色素を溶解また
は分散させた熱可塑性の有機高分子系マトリックス材料
の円柱、いわゆるプリフォームをガラス転移温度よりも
高い温度まで加熱、糸状に延伸してから、冷却する方法
などで作成することができる。

【００４３】上記のようにして作成したファイバー状の
光学素子を多数束ねて接着ないし融着処理してから薄片
状ないし板状にスライスすることによりマイクロチャン
ネルアレイ型の光学素子を作成することもできる。

【００４４】導波路型の光学素子は、例えば、基板上に
作成した溝の中に有機高分子系マトリックス材料の原料
モノマーに色素を溶解または分散させたものを流し込ん
でから重合させる方法、または、基板上に形成した薄膜
状光学素子をエッチングして「コア」パターンを形成
し、次いで、色素を含まないマトリックス材料で「クラ
ッド」を形成する方法によって作成することができる。

【００４５】［作用］本発明の光制御方法および光制御
装置では、制御光および信号光をそれぞれ収束させ、か
つ、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点の近
傍の光子密度が最も高い領域が光学素子中において互い
に重なり合うようにすることにより、前記光学素子の光
応答性組成物中の励起種（例えば色素分子、金属イオン
など）と前記制御光および前記信号光の光子の相互作用
効率を著しく向上させることが可能となり、その結果、
従来に比べ低い光パワーで充分な大きさおよび速度の光
応答を光応答性の光学素子から引出すことが可能にな
る。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態について説明する。

【００４７】〔実施例１〕図１には本実施例の光制御装
置の概略構成が示されている。このような光学装置構成
および配置は、図１に例示するように膜型光学素子８を
用いる場合の他、図２に例示するようにファイバー型光
学素子１２を用いる場合にも、光導波路型（図示せ
ず）、マイクロチャンネルアレイ型（図示せず）などの
光学素子を用いる場合にも好適に用いることができる。

【００４８】ここで、膜型光学素子８は例えば以下の手
順で作成することができる。すなわち、シアニン色素の
３、３’−ジエチルオキサジカルボシアニンヨージド
（慣用名ＤＯＤＣＩ、エキシトン社製）：２３．０ｍｇ
およびポリメタクリル酸２−ヒドロキシプロピル：１９
７７．０ｍｇをアセトン：２００ｍｌに溶解し、ｎ−ヘ
キサン：３００ｍｌ中へかき混ぜながら加えて析出した
沈殿（色素およびポリマーの混合物）を濾別し、ｎ−ヘ
キサンで洗浄してから減圧下乾燥し、粉砕した。得られ
た色素およびポリマーの混合粉末を１０^-5Ｐａ未満の超
高真空下、１００℃で２日間加熱を続け、残留溶媒等の
揮発成分を完全に除去して、光応答性組成物の粉末を得
た。この粉末２０ｍｇをスライドガラス（２５ｍｍ×７
６ｍｍ×厚さ１．１５０ｍｍ）およびカバーガラス（１
８ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ０．１５０ｍｍ）の間に挟み、
真空下１５０℃に加熱し、２枚のガラス板を圧着する方
法（真空ホットプレス法）を用いてスライドガラス／カ
バーガラス間に色素／ポリマーの膜（膜厚５０μｍ）を
作成した。なお、色素／ポリマー膜中の色素濃度は、色
素／ポリマー混合物の密度を１．０６として計算する
と、２．５×１０^-2ｍｏｌ／ｌである。

【００４９】以上のようにして作成した膜型光学素子の
透過率スペクトルを図３に示す。この膜の透過率は制御
光の波長（６３３ｎｍ）で３８．０％、信号光の波長
（６９４ｎｍ）で９０．５％であった。

【００５０】図１に概要を例示する本発明の光制御装置
は、制御光の光源１、信号光の光源２、ＮＤフィルター
３、シャッター４、半透過鏡５、光混合器６、集光レン
ズ７、膜型光学素子８、受光レンズ９、波長選択透過フ
ィルター２０、光検出器１１および２２、並びにオシロ
スコープ１００から構成される。これらの光学素子ない
し光学部品の内、制御光の光源１、信号光の光源２、光
混合器６、集光レンズ７、膜型光学素子８、受光レンズ
９、および、波長選択透過フィルター２０は、図１の装
置構成で本発明の光制御方法を実施するために必須の装
置構成要素である。なお、ＮＤフィルター３、シャッタ
ー４、および半透過鏡５は必要に応じて設けるものであ
り、また、光検出器１１および２２、並びにオシロスコ
ープ１００は、本発明の光制御方法を実施するためには
必要ないが光制御の動作を確認するための電子装置とし
て、必要に応じて用いられる。

【００５１】次に、個々の構成要素の特徴ならびに動作
について説明する。

【００５２】制御光の光源１にはレーザー装置が好適に
用いられる。その発振波長および出力は、本発明の光制
御方法が対象とする信号光の波長および使用する光応答
性組成物の応答特性に応じて適宜選択される。レーザー
発振の方式については特に制限はなく、発振波長帯域、
出力、および経済性などに応じて任意の形式のものを用
いることができる。また、レーザー光源の光を非線形光
学素子によって波長変換してから使用しても良い。具体
的には例えば、アルゴンイオンレーザー（発振波長４５
７．９ないし５１４．５ｎｍ）、ヘリウム・ネオンレー
ザー（６３３ｎｍ）などの気体レーザー、ルビーレーザ
ーやＮｄ：ＹＡＧレーザーなどの固体レーザー、色素レ
ーザー、半導体レーザーなどを好適に使用することがで
きる。信号光の光源２にはレーザー光源からのコヒーレ
ント光だけではなく非コヒーレント光を使用することも
できる。また、レーザー装置、発光ダイオード、ネオン
放電管など、単色光を与える光源の他、タングステン電
球、メタルハライドランプ、キセノン放電管などからの
連続スペクトル光を光フィルターやモノクロメーターで
単色化して用いても良い。

【００５３】先に述べたように、本発明の光制御方法で
利用される光応答性組成物、信号光の波長帯域、および
制御光の波長帯域は、これらの組合わせとして、使用目
的に応じて適切な組合わせが選定され、用いられる。以
下、信号光の光源２として半導体レーザー（発振波長６
９４ｎｍ、連続発振出力３ｍＷ、ビーム直径８ｍｍのガ
ウスビーム）と、制御光の光源１としてヘリウム・ネオ
ンレーザー（発振波長６３３ｎｍ、ビーム直径１ｍｍの
ガウスビーム）と、前記光応答性組成物からなる膜型光
学素子８と、を用いた場合についての実施例を説明す
る。

【００５４】ＮＤフィルター３は必ずしも必要ではない
が、装置を構成する光学部品や光学素子へ必要以上に高
いパワーのレーザー光が入射するのを避けるため、また
は、本発明の光学素子の光応答性能を試験するにあた
り、制御光の光強度を増減するために有用である。但
し、この実施例では後者の目的で数種類のＮＤフィルタ
ーを交換して使用することとしている。

【００５５】シャッター４は、制御光として連続発振レ
ーザーを用いた場合に、これをパルス状に明滅させるた
めに用いられるものであり、本発明の光制御方法を実施
する上で必須の装置構成要素ではない。すなわち、制御
光の光源１がパルス発振するレーザーであり、そのパル
ス幅および発振間隔を制御できる形式の光源である場合
や、適当な手段で予めパルス変調されたレーザー光を光
源１として用いる場合は、シャッター４を設けなくても
良い。

【００５６】シャッター４を使用する場合、その形式と
しては任意のものを使用することができ、例えば、オプ
ティカルチョッパ、メカニカルシャッター、液晶シャッ
ター、光カー効果シャッター、ポッケルセルなどを、シ
ャッター自体の作動速度を勘案して適時選択して使用す
ることができる。

【００５７】半透過鏡５は、この実施例において、本発
明の光制御方法の作用を試験するにあたり、制御光の光
強度を常時見積もるために用いるものであり、光分割比
は任意に設定可能である。

【００５８】光検出器１１および２２は、本発明の光・
光制御による光強度の変化の様子を電気的に検出して検
証するため、また、本発明の光学素子の機能を試験する
ために用いられる。光検出器１１および２２の形式は任
意であり、検出器自体の応答速度を勘案して適時選択し
て使用することができ、例えば、光電子増倍管やフォト
ダイオード、フォトトランジスターなどを使用すること
ができる。

【００５９】前記光検出器１１および２２の受光信号は
オシロスコープ１００などの他、ＡＤ変換器とコンピュ
ーターの組合わせ（図示せず）によってモニターするこ
とができる。

【００６０】光混合器６は、前記光学素子中を伝播して
行く制御光および信号光の光路を調節するために用いる
ものであり、本発明の光制御方法および光制御装置を実
施するに当たり重要な装置構成要素の一つである。偏光
ビームスプリッター、非偏光ビームスプリッター、また
はダイクロイックミラーのいずれも使用することがで
き、光分割比についても任意に設定可能である。

【００６１】集光レンズ７は、信号光および制御光に共
通の収束手段として、光路が同一になるように調節され
た信号光および制御光を収束させて前記光学素子へ照射
するためのものであり、本発明の光制御方法および光制
御装置の実施に必須な装置構成要素の一つである。な
お、集光レンズ以外の光収束手段については、後の実施
例で述べる。集光レンズの焦点距離、開口数、Ｆ値、レ
ンズ構成、レンズ表面コートなどの仕様については任意
のものを適宜使用することができる。

【００６２】この実施例では集光レンズ７として、焦点
距離５ｍｍ、開口数０．６５の顕微鏡用対物レンズを用
いた。

【００６３】受光レンズ９は、収束されて光学素子８へ
照射され、透過してきた信号光および制御光を平行ビー
ムまたは収束ビームに戻すための手段であり、この目的
に適合するものであれば、任意の仕様のレンズを用いる
ことができる。また、集光レンズの代りに凹面鏡を用い
ることも可能である。

【００６４】波長選択透過フィルター２０は、図１の装
置構成で本発明の光制御方法を実施するために必須の装
置構成要素の一つであり、前記光学素子中の同一の光路
を伝播してきた信号光と制御光とから信号光のみを取り
出すための手段の一つとして用いられる。

【００６５】波長の異なる信号光と制御光とを分離する
ための手段としては他に、プリズム、回折格子、ダイク
ロイックミラーなどを使用することができる。

【００６６】図１の装置構成で用いられる波長選択透過
フィルター２０としては、制御光の波長帯域の光を完全
に遮断し、一方、信号光の波長帯域の光を効率良く透過
することのできるような波長選択透過フィルターであれ
ば、公知の任意のものを使用することができる。例え
ば、色素で着色したプラスチックやガラス、表面に誘電
体多層蒸着膜を設けたガラスなどを用いることができ
る。

【００６７】以上のような構成要素から成る図１の光学
装置において、光源１から出射された制御光の光ビーム
は、透過率を加減することによって透過光強度を調節す
るためのＮＤフィルター３を通過し、次いで制御光をパ
ルス状に明滅するためのシャッター４を通過して、半透
過鏡５によって分割される。

【００６８】半透過鏡５によって分割された制御光の一
部は光検出器１１によって受光される。ここで、光源２
を消灯、光源１を点灯し、シャッター４を開放した状態
において光学素子８への光ビーム照射位置における光強
度と光検出器１１の信号強度との関係を予め測定して検
量線を作成しておけば、光検出器１１の信号強度から、
光学素子８に入射する制御光の光強度を常時見積もるこ
とが可能になる。この実施例では、ＮＤフィルター３に
よって、膜型光学素子８へ入射する制御光のパワーを
０．５ｍＷないし２５ｍＷの範囲で調節した。

【００６９】半透過鏡５で分割・反射された制御光は、
光混合器６および集光レンズ７を通って、収束された状
態で光学素子８に照射される。膜型光学素子８を通過し
た制御光の光ビームは、受光レンズ９を通過した後、波
長選択透過フィルター２０によって遮断される。

【００７０】光源２から出射された信号光の光ビーム
は、前記光混合器６によって、制御光と同一光路を伝播
するよう混合され、集光レンズ７を経由して、膜型光学
素子８に収束・照射され、素子を通過した光は受光レン
ズ９および波長選択透過フィルター２０を透過した後、
光検出器２２にて受光される。

【００７１】図１の光学装置を用いて光・光制御の実験
を行った結果、図４に示すような光強度変化が観測され
た。実験の詳細は以下に述べる通りである。

【００７２】まず、制御光の光ビームと信号光の光ビー
ムとが、膜型光学素子８内部の同一領域で焦点Ｆc を結
ぶように、それぞれの光源からの光路、光混合器６、お
よび集光レンズ７を調節した。なお、前記膜型光学素子
８のカバーガラス側から信号光および制御光が入射し、
スライドガラス基板側から出射するような向きに光学素
子を配置した。次いで、波長選択フィルター２０の機能
を点検した。すなわち、光源２を消灯した状態で、光源
１を点灯し、シャッター４を開閉した場合には光検出器
２２に応答が全く生じないことを確認した。

【００７３】シャッター４を閉じた状態で制御光の光源
１を点灯し、次いで、時刻ｔ₁ において光源２を点灯し
光学素子８へ信号光を照射すると、光検出器２２の信号
強度はレベルＣからレベルＡへ増加した。

【００７４】時刻ｔ₂ においてシャッター４を開放し、
光学素子８内部の信号光が伝播しているのと同一の光路
へ制御光を収束・照射すると光検出器２２の信号強度は
レベルＡからレベルＢへ減少した。この変化の応答時間
は２マイクロ秒未満であった。

【００７５】時刻ｔ₃ においてシャッター４を閉じ、光
学素子への制御光照射を止めると光検出器２２の信号強
度はレベルＢからレベルＡへ復帰した。この変化の応答
時間は３マイクロ秒未満であった。

【００７６】時刻ｔ₄ においてシャッター４を開放し、
ついで、時刻ｔ₅ において閉じると、光検出器２２の信
号強度はレベルＡからレベルＢへ減少し、次いでレベル
Ａへ復帰した。

【００７７】時刻ｔ₆ において光源２を消灯すると光検
出器２２の出力は低下し、レベルＣへ戻った。

【００７８】以上まとめると、膜型光学素子８へ、入射
パワー０．５ｍＷないし２５ｍＷの制御光を図４の１１
１に示すような波形で表される光強度の時間変化を与え
て照射したところ、信号光の光強度をモニターして示す
光検出器２２の出力波形は図４の２２２に示すように、
制御光の光強度の時間変化に対応して可逆的に変化し
た。すなわち、制御光の光強度の増減または断続により
信号光の透過を制御すること、すなわち光で光を制御す
ること（光・光制御）、または、光で光を変調すること
（光・光変調）ができることが確認された。

【００７９】なお、制御の光の断続に対応する信号光の
光強度の変化の程度は、前記の光検出器２２の出力レベ
ルＡ、ＢおよびＣを用いて次に定義される値ΔＴ［単位
％］

【数１】ΔＴ＝１００［（Ａ−Ｂ）／（Ａ−Ｃ）］ によって定量的に比較することができる。ここで、Ａは
制御光を遮断した状態で信号光の光源２を点灯した場合
の光検出器２２の出力レベル、Ｂは信号光と制御光を同
時に照射した場合の光検出器２２の出力レベル、Ｃは信
号光の光源２を消灯した状態の光検出器２２の出力レベ
ルである。例えば、光応答が最大の場合、レベルＢはレ
ベルＣと同一になり、ΔＴは最大値１００％になる。一
方、光応答が検出されない場合、レベルＢはレベルＡと
同一となり、ΔＴは最小値０％となる。

【００８０】膜型光学素子８への制御光入射パワーを
３．０ｍＷから２４ｍＷの範囲で変化させて光応答ΔＴ
の大小を比較したところ表１に掲げるような結果が得ら
れた。すなわち、光源１から光学素子への入射パワーが
５．０ｍＷという比較的小さい値のときでも、ΔＴ＝３
６％という比較的大きな光応答を与えることが判った。

【００８１】

【表１】 〔比較例１〕色素を用いずにポリメタクリル酸２−ヒド
ロキシプロピルのみを用いた他は実施例１と同様にして
マトリックス材料単独の薄膜（膜厚５０μｍ）を作成
し、この薄膜について実施例１と同様にして光応答の評
価試験を行ったが、制御光（波長６３３ｎｍ）の光を断
続しても信号光（波長６９４ｎｍ）の光強度は全く変化
しなかった。即ち、マトリックス材料単独では光応答は
全く観測されないことが確認された。従って、実施例１
で観察された光応答は、前記光学素子中に存在する色素
に起因することは明らかである。

【００８２】〔実施例２〕本発明の光制御方法および光
制御装置において光応答を大きくするためには前記制御
光および前記信号光を各々収束させて前記光学素子へ照
射し、かつ、前記制御光および前記信号光のそれぞれの
焦点の近傍の光子密度が最も高い領域が前記光学素子中
において互いに重なり合うように前記制御光および前記
信号光の光路をそれぞれ配置すれば良いが、そのために
は信号光および制御光を実質的に同一光路で伝播させる
ことが好ましい。なお、前記制御光および前記信号光の
電場の振幅分布がガウス分布となっているガウスビーム
の場合、集光レンズ７などで、開き角２θで収束させた
ときの焦点Ｆc 近傍におけるビームおよび波面３０の様
子を図１０に示す。ここで、波長λのガウスビームの直
径２ω0 が最小になる位置、すなわちビームウエストの
半径ω₀ は次の式で表される。

【００８３】

【数２】ω₀ ＝ λ／（π・θ） 例えば、実施例１で用いた集光レンズ（焦点距離５ｍ
ｍ、開口数０．６５）で波長６３３ｎｍ、ビーム直径１
ｍｍの制御光を収束したときのビームウエストの半径は
２．０２μｍ、同様にして波長６９４ｎｍ、ビーム直径
８ｍｍの信号光を収束したときのビームウエストの半径
は０．３２７μｍ（ほぼ回折限界）と計算される。

【００８４】図５に示すように、信号光および制御光が
「実質的に同一光路」と看做すことができるのは次のよ
うな場合である： １）制御光と信号光の光軸が互いに平行であって、制御
光の光路、例えば断面Ｌ02（半径ｒ₂ ）の中に信号光の
光路、例えば断面Ｌ₊₁、Ｌ₀₁、またはＬ_-1（半径ｒ₁ ；
ｒ₁ ≦ｒ₂ ）が重なって伝搬する場合、 ２）制御光と信号光の光軸が互いに平行であって、信号
光の光路、例えば断面Ｌ₀₂（半径ｒ₂ ）の中に制御光の
光路、例えば断面Ｌ₊₁、Ｌ₀₁、またはＬ_-1（半径ｒ₁ ；
ｒ₁ ≦ｒ₂ ）が重なって伝搬する場合、 ３）制御光と信号光の光軸が互いに平行（光軸間の距離
ｌ₊₁、ｌ_-1、またはｌ₊₁＋ｌ_-1）であって、制御光の光
路が断面Ｌ₊₁、Ｌ₀₁、またはＬ_-1のいずれか、信号光の
光路も断面Ｌ₊₁、Ｌ₀₁、またはＬ_-1のいずれかである場
合。

【００８５】以下の表２のデータは、一例として、実施
例１の装置において、信号光の光路を断面Ｌ₀₂（直径８
ｍｍ）に固定し、断面Ｌ₊₁、Ｌ₀₁、またはＬ_-1（直径１
ｍｍ）の制御光の光路（光軸）を光軸間の距離ｌ₊₁また
はｌ_-1として０．９ないし１．２ｍｍ平行移動した場合
の、信号光・光応答の大きさ△Ｔの変化を示したもので
ある。

【００８６】

【表２】 信号光および制御光の光軸が完全に一致している場合の
光応答が最大であるが、光軸間の距離ｌ₊₁またはｌ_-1が
±０．６ｍｍ程度ずれても、光応答の大きさ△Ｔは７ポ
イントほど変化するにすぎない。

【００８７】即ち、収束された信号光および制御光のそ
れぞれの焦点の近傍の光子密度が最も高い領域（ビーム
ウエスト）が前記光学素子中において互いに重なり合う
ように前記制御光および前記信号光の光路がそれぞれ配
置され、これらの領域の重なりあいが最大になったと
き、すなわち、前記制御光および前記信号光の光軸が完
全に一致したとき前記光応答は最大になること、前記制
御光および前記信号光の光路が実質的に同一のとき、充
分大きな光応答が得られることが判った。

【００８８】〔実施例３〕実施例１および２の装置配置
（図１）においては膜型光学素子８を透過した信号光の
ビームを受光レンズで平行ビームに戻して、信号光の光
束のすべてが光検出器２２へ入射するよう調節してい
る。このような装置・光学部品配置においては前述のよ
うに、前記光学素子を透過した前記信号光強度が減少す
る方向の光応答２２２が観察される。

【００８９】ここで、光応答性光学素子を透過した信号
光の光束の一部分、例えば、光束の中心部分（ビーム半
径の数割程度）のみを検出器２２へ入射するように装置
を調整すると、以下に述べるように、前記制御光による
前記信号光の光束密度変調、特に、信号光の照射に対応
して信号光のみかけの強度が増大する方向の光応答２２
３を取り出すことが可能になる。

【００９０】光検出器２２への入射光量を制限し、信号
光の一部分、例えば中心部分だけが入射するようにする
ためには、図６に示すように、次のような方法がある： １）集光レンズ７と光応答性薄膜８の距離ｄ₇₈を変化さ
せる。

【００９１】２）受光レンズ９と光応答性薄膜８の距離
ｄ₈₉を変化させる。

【００９２】３）絞り１９を用いる。

【００９３】制御光の照射によって、信号光の屈折率が
変化して、ビーム中心部分の光束密度が高まれば、検出
器２２の信号強度は増大する。即ち、制御光の照射によ
って、「みかけの透過率」が増大する方向の光応答が観
測される。

【００９４】例えば、実施例１の装置配置および諸条件
において、まず、受光レンズ９と膜型光学素子８との距
離ｄ₈₉を変えて、膜型光学素子８を透過した信号光の光
束の中心部分（ビーム半径の約３０％）のみが光検出器
２２へ入射するよう調節した。次いで、集光レンズ７お
よび受光レンズ９の間隔を固定したまま、膜型光学素子
８と集光レンズ７の距離ｄ₇₈を変化させ、同一の光路で
収束された制御光および信号光の焦点位置と膜型光学素
子８との位置関係を変化させたところ、膜型光学素子８
を、上記の透過率低下方向の光応答性が最も大きく観測
される位置を基準として、集光レンズ７側へ０．１ｍｍ
近づけた位置、および集光レンズ７側から１．２ｍｍ遠
ざけた位置で、信号光の強度が増大する方向の光応答が
観測された。なお、ここでは前記膜型光学素子８のカバ
ーガラス側から信号光および制御光が入射し、スライド
ガラス基板側から出射するような向きに光学素子を配置
した。

【００９５】更にここで、同一の光路で収束された制御
光と信号光の焦点位置と光学素子の位置関係を変化させ
る方法としては、例えば精密ねじによる微動機構を設け
た架台、圧電素子アクチュエータを設けた架台、または
超音波アクチュエータを設けた架台などの上に膜型光学
素子８を取り付けて上記のように移動させる他、集光レ
ンズ７の材質に非線形屈折率効果の大きいものを用いて
制御光パルスのパワー密度を変えて焦点位置を変化させ
る方法、集光レンズ７の材質に熱膨張係数の大きいもの
を用いて加熱装置で温度を変えて焦点位置を変化させる
方法などを用いることができる。

【００９６】〔実施例４〕図７には本実施例の光制御装
置の概略構成が示されている。このような光学装置構成
および配置は、図７に例示するような膜型光学素子８の
他に、ファイバー型、光導波路型、マイクロチャンネル
アレイ型などの光学素子を用いる場合にも好適に用いる
ことができる。

【００９７】光源１および２、ＮＤフィルター３、シャ
ッター４、光検出器１１および２２、膜型光学素子８、
波長選択フィルター２０、およびオシロスコープ１００
については実施例１（図１）と同様のものを同様にして
用いた。

【００９８】図７に示すような配置でダイクロイックミ
ラー２１を用いることで、制御光を分割して、その光強
度を光検出器１１でモニターすると同時に、制御光と信
号光の光路を重ね合わせることができ、図１の配置で必
要な光混合器６を省略することができる。ただし、図７
の配置においては、ダイクロイックミラー２１の波長選
択透過および反射を補完するために、信号光を完全に遮
断し制御光だけを透過させるような波長選択透過フィル
ター１０を光検出器１１の前に設けることが好ましい。
また、信号光および／または制御光が光源１および２へ
戻り、光源装置に悪影響を与えるのを避けるため、必要
に応じて、光アイソレーター１３および１４を、それぞ
れ光源１および２の前に設けても良い。

【００９９】光路を一致させた信号光および制御光を一
緒に収束させて膜型光学素子８へ照射する際の光収束手
段として、集光レンズ７および受光レンズ９の代りに、
図７のような配置において凹面鏡１５を用いることがで
きる。信号光と制御光に共通の収束手段としてレンズを
用いる場合、厳密には波長によって焦点距離が異なると
いう問題が生じるが、凹面鏡ではその心配がない。

【０１００】図７に例示するような、本発明の光制御装
置において必須の装置構成要素は光源１および２、ダイ
クロイックミラー２１、波長選択透過フィルター２０、
凹面鏡１５、および膜型光学素子８である。

【０１０１】なお、図７におけるダイクロイックミラー
２１の代りに偏光または非偏光のビームスプリッターを
用いることもできる。

【０１０２】本発明の光制御方法を図７に示すような装
置で行う場合の手順として、まず、制御光（光源１）と
信号光（光源２）の光路が一致し、共通の焦点（ビーム
ウエスト）位置に光学素子８が配置されるよう調節を行
い、次いで、ダイクロイックミラー２１ならびに波長選
択透過フィルター１０および２０の機能を点検するた
め、光源１と２を交互に点灯し、光源１のみ点灯（シャ
ッター４開放）したとき光検出器２２に応答がないこ
と、および光源２のみを点灯したとき光検出器１１に応
答がないことを確認した。

【０１０３】以下、実施例１の場合と同様にして、前記
膜型光学素子８を用いた光・光制御方法を実施し、実施
例１の場合と同等の実験結果を得た。

【０１０４】〔実施例５〕図８には本実施例の光制御装
置の概略概要が示されている。図１、図２、および図７
に例示した装置構成では、信号光と制御光を同じ方向か
ら光応答性光学素子へ照射させているのに比較して、図
８では信号光と制御光を反対方向から、光軸を一致させ
て同一の焦点で収束するように照射している点に特徴が
ある。

【０１０５】このような光学装置構成および配置は、図
８に例示するような膜型光学素子８の他に、ファイバー
型、光導波路型、マイクロチャンネルアレイ型などの光
学素子を用いる場合にも好適に用いることができる。

【０１０６】図８に例示する装置構成において光源１お
よび２、ＮＤフィルター３、シャッター４、集光レンズ
７、膜型光学素子８、波長選択透過フィルター１０およ
び２０、光検出器１１および２２、光アイソレーター１
３および１４、およびオシロスコープ１００については
実施例１（図１）および／または実施例４（図７）と同
様のものを同様にして用いることができる。

【０１０７】図８に示すような配置で２枚のダイクロイ
ックミラー（２３および２４）を用いることで、信号光
と制御光を反対方向から、光軸を一致させて同一の焦点
で収束するように照射することができる。なお、２つの
集光レンズ７は、光学素子を透過してきた制御光および
信号光をそれぞれ平行ビームへ戻すための受光レンズ９
としての役割を兼ねている。

【０１０８】図８に例示するような、本発明の光制御装
置において必須の装置構成要素は光源１および２、２枚
のダイクロイックミラー（２３および２４）、波長選択
透過フィルター１０および２０、２つの集光レンズ７、
および膜型光学素子８である。

【０１０９】なお、図８におけるダイクロイックミラー
（２３および２４）の代りに偏光または非偏光ビームス
プリッターを用いることもできる。

【０１１０】本発明の光制御方法を図８に示すような装
置で行う場合の手順として、まず、制御光（光源１）と
信号光（光源２）の光路が一致し、共通の焦点位置に光
学素子８が配置されるよう調節を行い、次いで、波長選
択透過フィルター１０および２０の機能を点検するた
め、光源１と２を交互に点灯し、光源１のみ点灯（シャ
ッター４開放）したとき光検出器２２に応答がないこ
と、および光源２のみを点灯したとき光検出器１１に応
答がないことを確認した。

【０１１１】以下、実施例１の場合と同様にして、前記
膜型光学素子８を用いた光・光制御方法を実施し、実施
例１の場合と同等の実験結果を得た。

【０１１２】〔比較例２〕従来の技術に基づく比較実験
を行うため、特開昭５３−１３７８８４号公報、特開昭
６３−２３１４２４号公報、および特開昭６４−７３３
２６号公報の記述に従い、図９に概要を示すような構成
の装置を用い、光制御を試みた。すなわち、光路長１ｃ
ｍの石英製溶液セル１７に絞り１９を通した信号光の光
源２からの半導体レーザー光（波長６９４ｎｍ）を照射
し、透過した光を波長選択透過フィルター２０を経由し
て光検出器２２で受光し、一方、溶液セル１７を透過す
る信号光の光路全体に、信号光に直交する方向から制御
光を、投射レンズ１６を用いて拡散させて照射した。図
９の装置構成において、信号光の光源１（波長６３３ｎ
ｍ）、ＮＤフィルター３、シャッター４、半透過鏡５、
および、光検出器１１の役割および仕様は実施例１の場
合と同様である。なお、波長選択透過フィルター２０は
溶液セル１７から散乱してくる制御光が光検出器２２に
入射するのを防ぐものであり、実施例１で用いたのと同
様のものを用いることができる。

【０１１３】色素としては実施例１と同様にシアニン色
素ＤＯＤＣＩを用い、まず、メタノール溶液を溶液セル
１７に充填して試験した。色素濃度については、光路長
の相違、すなわち実施例１の場合の光路長５０μｍに対
して２００倍の光路長１ｃｍであることを勘案し、実施
例１の場合の２００分の１の濃度（１．２５×１０^-4ｍ
ｏｌ／ｌ）に設定し、実効的な透過率が実施例１の場合
と同等になるよう調節した。実施例１の場合と同様に、
ＮＤフィルター３によって、光学素子（溶液セル１７）
へ入射する制御光のパワーを０．５ｍＷないし２５ｍＷ
の範囲で調節し、制御光をシャッター４を用いて明滅さ
せた。しかしながら、制御光のパワーを最大にしても光
検出器２２へ入射する信号光の強度は全く変化しないと
いう結果が得られた。すなわち、制御光のパワーを０．
５ｍＷないし２５ｍＷの範囲で調節した限りでは、図９
の装置構成・装置配置において光・光制御は実現できな
かった。

【０１１４】次いで、溶液試料の代りに、固体素子とし
て、シアニン色素ＤＯＤＣＩを濃度１．２５×１０^-4ｍ
ｏｌ／ｌでメタクリル酸２−ヒドロキシプロピル・モノ
マー中へ溶解し、モノマーを重合させて直方体型光学素
子（光路長１ｃｍ）に加工したものを溶液セル１７の代
わりに置いて、溶液試料の場合と同様に試験した。その
結果、固体素子を用いた場合も、制御光のパワーを０．
５ｍＷないし２５ｍＷの範囲で調節した限りでは、図９
の装置構成・装置配置において光・光制御は実現できな
いことが確認された。

【０１１５】〔実施例６〕実施例１の場合と同様に、図
１に例示するような装置構成、制御光の光源１としてヘ
リウム・ネオンレーザー（波長６３３ｎｍ）、信号光の
光源２として半導体レーザー（波長６９４ｎｍ）、集光
レンズ７として、焦点距離５ｍｍ、開口数０．６５の顕
微鏡用対物レンズを用い、種々透過率を変えて作成した
膜型光学素子８を用いて、光学素子の透過率と光応答の
大きさΔＴの関係を調べた。なお、制御光のパワーは１
０ｍＷとし、制御光の照射によって信号光の透過率が減
少する方向の光応答の大きさを測定した。

【０１１６】膜型光学素子８の試料は実施例１に例示し
たのと同様な方法で作成した。ただし、色素としてＤＯ
ＤＣＩのアニオン部分（Ｉ^- ）をテトラフルオロボラー
ト（ＢＦ₄ ^- ）に変えたものを用い、色素濃度は２．５
×１０^-2ｍｏｌ／ｌとし、色素／ポリマー膜の膜厚を２
０μｍから１００μｍの範囲で変えて透過率の異なるも
のを作成して試料とした。

【０１１７】制御光および信号光それぞれの透過率、お
よび、信号光の透過率が減少する方向の光応答の大きさ
ΔＴの測定結果は表３に掲げる通りであった。

【０１１８】

【表３】 いずれの試料においても信号光（６９４ｎｍ）の透過率
は９０ないし９１％であったが、制御光（６３３ｎｍ）
の透過率を１８％ないし７０％の範囲で変えた場合、制
御光の透過率が小さい程、すなわち制御光の波長におけ
る光吸収が大きい程、信号光の透過率が減少する方向の
光応答ΔＴが大きくなることが確認された。

【０１１９】なお、試料の膜厚を更に薄くして、制御光
の透過率９０％の場合について試験したが、光応答は僅
かに検出されるものの、定量的測定は困難であった。

【０１２０】〔実施例７〕実施例６の場合と同様にし
て、種々透過率を変えて作成した膜型光学素子８を用い
て、光学素子の透過率と光応答の大きさΔＴの関係を調
べた。

【０１２１】但し、色素としてシアニン色素のクリプト
シアニン（東京化成製）を用い、色素／ポリマー膜の膜
厚は約５０μｍとし、色素濃度を１×１０^-3ｍｏｌ／ｌ
ないし２．５×１０^-2ｍｏｌ／ｌの範囲で変えて透過率
の異なるものを作成して試料とした。また、信号光の光
源２として発振波長８３０ｎｍの半導体レーザー（連続
発振出力２Ｗ、ビーム直径６ｍｍのガウスビーム）を用
いた。

【０１２２】制御光および信号光それぞれの透過率、お
よび、信号光の透過率が減少する方向の光応答の大きさ
ΔＴの測定結果は表４に掲げる通りであった。

【０１２３】

【表４】 いずれの試料においても制御光（６３３ｎｍ）の透過率
は０．０２％以下であったが、信号光（８３０ｎｍ）の
透過率を６％ないし８０％の範囲で変えた場合、信号光
の透過率が大きい程、すなわち信号光の波長における光
吸収が小さい程、信号光の透過率が減少する方向の光応
答ΔＴが大きくなることが確認された。なお、信号光の
透過率６％の場合、光応答は検出限界未満であった。

【０１２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光制御方法および光制御装置によれば、例えば、可視領
域にあるレーザー光を制御光として、近赤外線領域にあ
る信号光を効率良く変調することが、極めて単純な光学
装置によって、電子回路などを一切用いることなく、実
用上充分な応答速度において実現可能になる。

【０１２５】また、本発明の光制御方法および光制御装
置を用いた可視光線レーザーによる近赤外線レーザーの
直接変調は、例えば、ポリメチルメタクリレート系プラ
スチック光ファイバー中を伝搬させるのに適した可視光
線レーザーによって、空気中を伝搬させるのに適した近
赤外線レーザーを直接変調するような用途において極め
て有用である。また、例えば光コンピューティングの分
野において新しい光演算方式を開発する上で役立つと期
待される。

【０１２６】更に、本発明の光制御方法および光制御装
置によれば、光学素子として色素をマトリックス材料中
に溶解または分散させた光応答性組成物から成る光学素
子を用いることができ、前記光学素子に用いられる材料
の選択範囲を広げ、かつ光学素子への加工を容易にし、
産業界への利用の道を広く拓くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。

【図２】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。

【図３】 実施例１の膜型光学素子の透過率スペクトル
である。

【図４】 制御光および信号光の光強度時間変化を例示
した図である。

【図５】 制御光および信号光の光路（および光軸）の
関係を例示した図である。

【図６】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。

【図７】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。

【図８】 本発明を実施する際に用いられる装置構成を
例示した構成図である。

【図９】 従来技術で用いられている装置構成を例示し
た構成図である。

【図１０】 集光レンズなどで収束されたガウスビーム
の焦点近傍における様子を表した模式図である。

【符号の説明】

１ 制御光の光源、２ 信号光の光源、３ ＮＤフィル
ター、４ シャッター、５ 半透過鏡、６ 光混合器、
７ 集光レンズ、８ 膜型光学素子、９ 受光レンズ、
１０ 波長選択透過フィルター（信号光遮断用）、１１
光検出器、１２ ファイバー型光学素子、１３ 光ア
イソレーター（制御光用）、１４ 光アイソレーター
（信号光用）、１５ 凹面鏡、１６ 投射レンズ、１７
溶液セル（または固体素子）、１９ 絞り、２０ 波
長選択透過フィルター（制御光遮断用）、２１ ダイク
ロイックミラー、２２ 光検出器（信号光の光強度検出
用）、２３および２４ ダイクロイックミラー、３０
波面、１００ オシロスコープ、１１１ 光検出器１１
からの信号（制御光の光強度時間変化曲線）、２２２お
よび２２３ 光検出器２２からの信号（信号光の光強度
時間変化曲線）、Ａ制御光を遮断した状態で信号光の光
源を点灯した場合の光検出器２２の出力レベル、Ｂ 信
号光の光源を点灯した状態で制御光を照射した場合の光
検出器２２の出力レベル、Ｃ 信号光を消灯した状態の
光検出器２２の出力レベル、ｄ₇₈ 集光レンズ７と膜型
光学素子８の距離、ｄ₈₉ 光制御素子８と受光レンズ９
の距離、Ｆc 焦点、Ｌ₀₁，Ｌ₊₁，Ｌ_-1およびＬ₀₂ 信
号光または制御光の光ビーム断面、ｌ₊₁およびｌ_-1 信
号光または制御光の光軸の平行移動距離、ｒ₁ 信号光
または制御光の光ビーム断面Ｌ₀₁，Ｌ₊₁またはＬ_-1の半
径、ｒ₂ 信号光または制御光の光ビーム断面Ｌ₀₂の半
径、ｔ₁ 信号光の光源を点灯した時刻、ｔ₂ 制御光を
遮断していたシャッターを開放した時刻、ｔ₃ 制御光
をシャッターで再び遮断した時刻、ｔ₄ 制御光を遮断
したシャッターを開放した時刻、ｔ₅ 制御光をシャッタ
ーで再び遮断した時刻、ｔ₆ 信号光の光源を消灯した
時刻、θ 集光レンズで収束させた光ビームの外周部が
光軸となす角度、ω₀ 集光レンズで収束させたガウス
ビームのビームウエスト（焦点位置におけるビーム半
径）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲斐 正勝 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12 番地 日本ビクター株式会社内 (72)発明者 上野 一郎 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12 番地 日本ビクター株式会社内 (72)発明者 田中 教雄 東京都足立区堀之内１丁目９番４号 大 日精化工業株式会社 東京製造事業所内 (72)発明者 宝田 茂 東京都足立区堀之内１丁目９番４号 大 日精化工業株式会社 東京製造事業所内 (56)参考文献 特開 平６−118459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129621（ＪＰ，Ａ) Ｗｕｌｉ Ｘｕｅｂａｏ，1995年 ３ 月，Ｖｏｌ．44，Ｎｏ．３，419−426 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ ｏｐｙ ，1994年，Ｖｏｌ．48，Ｎｏ. 12，1506−1512 Ｐｕｒｅ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉ ｃｓ，1994年，Ｎｏ．３，339−351 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/35 G02F 1/19 G02F 1/17 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光応答性組成物から成る光学素子に、前
   記光応答性組成物が感応する波長の制御光を照射し、制
   御光とは異なる波長帯域にある信号光の透過率および／
   または屈折率を可逆的に変化させることにより前記光学
   素子を透過する前記信号光の強調変調および／または光
   束密度変調を行う光制御方法であって、前記制御光およ
   び前記信号光を各々収束させて前記光学素子へ照射し、
   かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素子中に
   おいて実質的に同一光路で伝搬させるように、また、前
   記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置し、 更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過した
   後、発散していく信号光光線束を、凸レンズまたは凹面
   鏡で受光することによって、 前記強度変調および／または光束密度変調を強く受けた
   領域の信号光光線束を分別して取り出すことを特徴とす
   る光制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光制御方法において、前
   記光学素子として、色素を含有した光応答性組成物から
   成るものを用いることを特徴とする光制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の光制御方法にお
   いて、前記光学素子として、前記制御光の透過率が多く
   とも９０％以下で、かつ、前記制御光を照射しない状態
   での前記信号光の透過率が少なくとも１０％以上となる
   ように調整されたものを用い、前記制御光の照射によっ
   て、前記光学素子を透過した前記信号光の透過率が減少
   する方向の光応答を取り出すことを特徴とする光制御方
   法。
4. 【請求項４】 光応答性組成物から成る光学素子に、前
   記光応答性組成物が感応する波長の制御光を照射し、制
   御光とは異なる波長帯域にある信号光の透過率および／
   または屈折率を可逆的に変化させることにより前記光学
   素子を透過する前記信号光の強調変調および／または光
   束密度変調を行う光制御装置であって、前記制御光およ
   び前記信号光を各々収束させて前記光学素子へ照射し、
   かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素子中に
   おいて実質的に同一光路で伝搬させるように、また、前
   記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置し、 更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過した
   後、発散していく信号光光線束を、凸レンズまたは凹面
   鏡で受光することによって、 前記強度変調および／または光束密度変調を強く受けた
   領域の信号光光線束を分別して取り出すことを特徴とす
   る光制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の光制御装置において、前
   記光学素子は、色素を含有した光応答性組成物から成る
   ことを特徴とする光制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載の光制御装置にお
   いて、前記光学素子は、制御光の透過率が多くとも９０
   ％以下で、かつ、制御光を照射しない状態での信号光の
   透過率が少なくとも１０％以上となるように調整され、
   制御光の照射によって、信号光の透過率が減少する方向
   の光応答を取り出すことを特徴とする光制御装置。
7. 【請求項７】 請求項４から６いずれか１項に記載の光
   制御装置において、前記光学素子を透過してきた信号光
   と制御光の混合光を、信号光と制御光とに分離する手段
   を有することを特徴とする光制御装置。