JP4102762B2 - Laser oscillation element - Google Patents
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Description
本発明は、コレステリック液晶を用いたレーザ発振素子に関する。 The present invention relates to a laser oscillation element using a cholesteric liquid crystal.
コレステリック液晶は特定の波長の光を選択的に反射する性質を有しており、特に、コレステリック液晶のらせんの巻きと同じ回転方向の円偏光を選択的に反射し、反対巻きの円偏光を透過させる。 Cholesteric liquid crystals have the property of selectively reflecting light of a specific wavelength, and in particular, selectively reflect circularly polarized light in the same rotational direction as the spiral winding of cholesteric liquid crystal and transmit reversely polarized circularly polarized light. Let
このようなコレステリック液晶については、従来より、選択反射波長帯域のエッジ部分においてレーザ発振が起こることが報告されている(例えば非特許文献1参照)。 With respect to such cholesteric liquid crystal, it has been reported that laser oscillation occurs at the edge portion of the selective reflection wavelength band (see, for example, Non-Patent Document 1).
最近では、レーザ発振の低しきい値化のためには選択反射波長帯域の内側の波長でレーザ発振を起こさせるべきとの提案がなされたことから、このようなレーザ発振を起こさせるレーザ発振素子に関して種々の研究が行われるようになっている。このようなレーザ発振素子として、例えば色素を含む2つのコレステリック液晶フィルムを、方位角をずらした状態で重ね合わせるようにしたものが知られている(例えば非特許文献2参照)。
しかしながら、前述した非特許文献2に記載のレーザ発振素子においては、選択反射帯域内の波長においてレーザ発振を起こさせることができるものの、ある程度のレーザ光強度を得るためにはレーザ発振素子の厚さを十分に大きくする必要があった。すなわち、従来のレーザ発振素子においては、レーザ発振を高効率で起こさせることができなかった。
However, although the laser oscillation element described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ発振を高効率で起こさせることができるレーザ発振素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser oscillation element capable of causing laser oscillation with high efficiency.
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、欠陥層において色素の遷移モーメントをコレステリック液晶層の表面に対し平行に配向することで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by orienting the transition moment of the dye in the defect layer parallel to the surface of the cholesteric liquid crystal layer. The present invention has been completed.
即ち本発明のレーザ発振素子は、コレステリック液晶を含む第1コレステリック液晶層と、前記第1コレステリック液晶層に対向配置され、コレステリック液晶を含む第2コレステリック液晶層と、前記第1コレステリック液晶層と前記第2コレステリック液晶層との間に設けられ、光励起により蛍光を発する色素を含む欠陥層とを備えており、前記コレステリック液晶における選択反射波長帯域と前記色素から発せられる蛍光の発光帯とが少なくとも一部の波長領域において重なり合っており、前記第1コレステリック液晶層及び前記第2コレステリック液晶層に含まれるコレステリック液晶のらせんの巻き方向が同一であり、前記色素の遷移モーメントが前記第1コレステリック液晶層および前記第2コレステリック液晶層の表面に対して平行に配向しており、前記第1コレステリック液晶層及び前記第2コレステリック液晶層は、前記第1コレステリック液晶層の前記欠陥層側の表面におけるコレステリック液晶のダイレクタと、前記第2コレステリック液晶層の前記欠陥層側の表面におけるコレステリック液晶のダイレクタとが互いに平行となるように配置されていることを特徴とする。 That is, the laser oscillation device of the present invention includes a first cholesteric liquid crystal layer including cholesteric liquid crystal, a second cholesteric liquid crystal layer disposed opposite to the first cholesteric liquid crystal layer and including cholesteric liquid crystal, the first cholesteric liquid crystal layer, and the A defect layer including a dye that emits fluorescence by photoexcitation and is provided between the second cholesteric liquid crystal layer, and the selective reflection wavelength band in the cholesteric liquid crystal and the emission band of the fluorescence emitted from the dye are at least one. The cholesteric liquid crystals included in the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer have the same spiral winding direction, and the transition moment of the dye is the first cholesteric liquid crystal layer and For the surface of the second cholesteric liquid crystal layer Are oriented in parallel, the first cholesteric liquid crystal layer and said second cholesteric liquid crystal layer, a cholesteric liquid crystal director in the surface of the defect layer side of said first cholesteric liquid crystal layer, said second cholesteric liquid crystal layer The director of the cholesteric liquid crystal on the surface of the defect layer is arranged so as to be parallel to each other .
このレーザ発振素子においてレーザ発振を起こさせる場合、色素の励起光として、第1および第2コレステリック液晶層における選択反射波長帯域より短波長の光が用いられる。本発明のレーザ発振素子によれば、色素の励起光が例えば第1コレステリック液晶層に入射される。すると、励起光は、第1コレステリック液晶層を透過して欠陥層に入射され、色素を励起して蛍光発光を起こさせ、レーザ発振を起こすことが可能となる。このとき、レーザ発振素子は、レーザ発振を高効率で起こすことが可能となる。また、連続レーザ発振を起こすことも可能となる。 When laser oscillation is caused in this laser oscillation element, light having a wavelength shorter than the selective reflection wavelength band in the first and second cholesteric liquid crystal layers is used as excitation light for the dye. According to the laser oscillation element of the present invention, the excitation light of the dye is incident on the first cholesteric liquid crystal layer, for example. Then, the excitation light is transmitted through the first cholesteric liquid crystal layer and incident on the defect layer, and the dye is excited to cause fluorescence emission, thereby causing laser oscillation. At this time, the laser oscillation element can cause laser oscillation with high efficiency. It is also possible to cause continuous laser oscillation.
ここで、レーザ発振が高効率で起こるのは、欠陥層で、色素の遷移モーメントが第1コレステリック液晶層および第2コレステリック液晶層の表面に対し平行に配向していることにより、色素の吸収効率及び蛍光の取出し効率が十分に高くなるためではないかと考えられる。 Here, the laser oscillation occurs with high efficiency in the defect layer, and the dye transition moment is aligned parallel to the surfaces of the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer. It is considered that the fluorescence extraction efficiency is sufficiently high.
なお、本発明において、遷移モーメントの配向方向および配向度は、例えば、方位角方向に回転する直線偏光に対する吸光度の方位角依存性を測定すること等により知ることが出来る。 In the present invention, the orientation direction and orientation degree of the transition moment can be known, for example, by measuring the azimuth angle dependency of the absorbance with respect to linearly polarized light rotating in the azimuth angle direction.
本発明のレーザ発振素子によれば、欠陥層で、色素の遷移モーメントが第1コレステリック液晶層および第2コレステリック液晶層の表面に対し平行に配向していることにより、レーザ発振を高効率で起こさせることが可能となる。また、連続レーザ発振を起こすことも可能となる。 According to the laser oscillation device of the present invention, in the defect layer, the transition moment of the dye is aligned in parallel to the surfaces of the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer, thereby causing laser oscillation with high efficiency. It becomes possible to make it. It is also possible to cause continuous laser oscillation.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(レーザ発振素子)
図1は、本発明のレーザ発振素子の一実施形態を概略的に示す断面図である。図1に示すように、レーザ発振素子1は、コレステリック液晶層(第1コレステリック液晶層)2と、コレステリック液晶層(第2コレステリック液晶層)3とを備えており、これらは互いに対向して配置されている。コレステリック液晶層2,3の間には欠陥層4が設けられている。
(Laser oscillation element)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a laser oscillation device of the present invention. As shown in FIG. 1, the
なお、コレステリック液晶層2上には欠陥層4の反対側に、透明な配向基板7が設けられ、コレステリック液晶層3上には欠陥層4の反対側に、透明な配向基板8が設けられている。
A
欠陥層4は、異方性媒質から構成されている。異方性媒質としては、色素5およびネマチック液晶6を含むものが用いられる。ここで、色素5とは、光励起により蛍光を発することが可能なものであって、異方性を有するものを言う。色素5の具体例については後述する。
The defect layer 4 is made of an anisotropic medium. As the anisotropic medium, a medium containing the
欠陥層4においては、ネマチック液晶6のダイレクタ及び色素5の遷移モーメントが互いに平行に配向しており、さらに色素5の遷移モーメントが、コレステリック液晶層2,3の表面に対し平行な方向に配向している。
In the defect layer 4, the director of the nematic liquid crystal 6 and the transition moment of the
コレステリック液晶層2は、コレステリック液晶を含んでおり、コレステリック液晶はらせん構造に起因して特定波長帯域の光を選択的に反射することが可能となっている。このコレステリック液晶としては、色素5から発せられる蛍光の発光帯と少なくとも一部の波長領域において重なり合う選択波長帯域を有するものが用いられる。ここで、コレステリック液晶としては、十分な光強度のレーザ発振を起こす観点からは、蛍光発光帯の発光ピークにおける波長を選択反射波長帯域内に含むものが好ましい。本実施形態では、コレステリック液晶のらせんの巻き方向は左となっている。すなわち、コレステリック液晶のらせんは左巻きである。なお、コレステリック液晶の具体例については後述する。
The cholesteric
コレステリック液晶層3は、コレステリック液晶層2のコレステリック液晶と同一のコレステリック液晶を含んでいる。従って、本実施形態では、コレステリック液晶層3のコレステリック液晶のらせんの巻き方向も左となっている。従って、コレステリック液晶層2とコレステリック液晶層3のコレステリック液晶のらせんの巻き方向は同一となっている。従って、コレステリック液晶層2およびコレステリック液晶層3に光が入射されると、入射光の一部がらせんによる周期構造に起因して選択的に反射されるようになっている。
The cholesteric liquid crystal layer 3 includes the same cholesteric liquid crystal as the cholesteric liquid crystal of the cholesteric
さらに、コレステリック液晶層2,3は、コレステリック液晶層2の欠陥層4側の表面におけるコレステリック液晶のダイレクタと、コレステリック液晶層3の欠陥層4側の表面におけるコレステリック液晶のダイレクタとが互いに平行となるように配置されている。このようにすることで、欠陥層4が、連続するらせん構造中における不連続層として機能し、コレステリック液晶の選択反射波長帯域内においてレーザ発振を起こさせることが可能となる。また、ネマチック液晶6がネマチック液晶相状態を呈しているときに、ネマチック液晶6のダイレクタをコレステリック液晶層2またはコレステリック液晶層3の表面に対して平行に維持することも可能となる。
Further, in the cholesteric
(ネマチック液晶)
ネマチック液晶6は、ネマチック液晶相状態を呈することが可能なものであれば特に制限されず、高分子液晶又は低分子液晶のいずれであっても構わない。高分子液晶としては、各種の主鎖型高分子液晶物質、側鎖型高分子液晶物質、またはこれらの混合物を用いることができる。
(Nematic liquid crystal)
The nematic liquid crystal 6 is not particularly limited as long as it can exhibit a nematic liquid crystal phase state, and may be either a polymer liquid crystal or a low molecular liquid crystal. As the polymer liquid crystal, various main chain type polymer liquid crystal substances, side chain type polymer liquid crystal substances, or a mixture thereof can be used.
主鎖型高分子液晶物質としては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリベンズイミダゾール系、ポリベンズオキサゾール系、ポリベンズチアゾール系、ポリアゾメチン系、ポリエステルアミド系、ポリエステルカーボネート系、ポリエステルイミド系等の高分子液晶物質、またはこれらの混合物等が挙げられる。 Main chain polymer liquid crystal materials include polyester, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyurethane, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzthiazole, polyazomethine, polyesteramide, polyester carbonate Polymer liquid crystal substances such as polyester and polyesterimide, or mixtures thereof.
また、側鎖型高分子液晶物質としては、ポリアクリレート系、ポリメタクリレート系、ポリビニル系、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリマロネート系、ポリエステル系等の直鎖状または環状構造の骨格鎖を有する物質に側鎖としてメソゲン基が結合した高分子液晶物質、またはこれらの混合物が挙げられる。 Further, as the side chain type polymer liquid crystal substance, a substance having a skeleton chain of a linear or cyclic structure such as polyacrylate, polymethacrylate, polyvinyl, polysiloxane, polyether, polymalonate, polyester, etc. In addition, a polymer liquid crystal substance in which a mesogen group is bonded as a side chain, or a mixture thereof.
また低分子液晶としては、例えば飽和ベンゼンカルボン酸誘導体類、不飽和ベンゼンカルボン酸誘導体類、ビフェニルカルボン酸誘導体類、芳香族オキシカルボン酸誘導体類、シッフ塩基誘導体類、ビスアゾメチン化合物誘導体類、アゾ化合物誘導体類、アゾキシ化合物誘導体類、シクロヘキサンエステル化合物誘導体類、ステロール化合物誘導体類などの末端に反応性官能基を導入した液晶性を示す化合物や、前記化合物誘導体類のなかで液晶性を示す化合物に架橋性化合物を添加した組成物が用いられる。 Examples of low-molecular liquid crystals include saturated benzene carboxylic acid derivatives, unsaturated benzene carboxylic acid derivatives, biphenyl carboxylic acid derivatives, aromatic oxycarboxylic acid derivatives, Schiff base derivatives, bisazomethine compound derivatives, and azo compounds. Derivatives, azoxy compound derivatives, cyclohexane ester compound derivatives, sterol compound derivatives, etc., a compound exhibiting liquid crystallinity introduced with a reactive functional group at the terminal, or a compound exhibiting liquid crystallinity among the above compound derivatives A composition to which an ionic compound is added is used.
(色素)
色素5は、光励起により蛍光を発することが可能で、遷移モーメントの異方性を有するものであれば特に制限されず、有機系色素または無機系色素のいずれであっても構わない。有機系色素としては、例えば、スチリル(Styryl)、キサンテン(Xanthene)、オキサジン(Oxazine), クマリン(Coumarine), スチルベン(Stilben)誘導体、オキサゾール(Oxazole)誘導体、オキサジアゾール(Oxadiazole)誘導体、p−オリゴフェニレン(Origophenylene)誘導体のほか、ジャーナル・オブ・ケミカル・ソサイアティ(Journal of Chemical Society)、2002年、第124号、p.9670に記載の化学構造式(R=EtH、R´=t−Buの場合)で表されるものなどが挙げられる。無機系色素としては、例えば硫化亜鉛、珪酸亜鉛、硫化亜鉛カドミウム、硫化カルシウム、硫化ストロンチウム、タングステン酸カルシウム、カナリーガラス、シアン化白金、アルカリ土類金属の硫化物、希土類化合物などが挙げられる。上記色素のうち有機系色素が特に好ましい。この場合、色素を溶媒に溶解することが可能で、特に液晶に溶解することで遷移モーメントを一定の方向に配向させ、特定方向からの入射光に対する吸収効率を高め、高効率の蛍光発光が得られるという利点がある。
(Dye)
The
(コレステリック液晶)
コレステリック液晶層2,3を構成するコレステリック液晶は、色素5から発せられる蛍光の発光帯と少なくとも一部の波長領域において重なり合う選択反射波長帯域を有するものであり、且つコレステリック配向を固定化できる液晶物質から少なくとも構成される。
(Cholesteric liquid crystal)
The cholesteric liquid crystal that constitutes the cholesteric
上記液晶物質としては、高分子液晶物質と低分子液晶物質があり、高分子液晶物質としては、各種の主鎖型高分子液晶物質、側鎖型高分子液晶物質、またはこれらの混合物を用いることができる。 The liquid crystal substance includes a polymer liquid crystal substance and a low molecular liquid crystal substance, and various main chain type liquid crystal substances, side chain type polymer liquid crystal substances, or a mixture thereof is used as the polymer liquid crystal substance. Can do.
主鎖型高分子液晶物質としては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリベンズイミダゾール系、ポリベンズオキサゾール系、ポリベンズチアゾール系、ポリアゾメチン系、ポリエステルアミド系、ポリエステルカーボネート系、ポリエステルイミド系等の高分子液晶物質、またはこれらの混合物等が挙げられる。 Main chain polymer liquid crystal materials include polyester, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyurethane, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzthiazole, polyazomethine, polyesteramide, polyester carbonate Polymer liquid crystal substances such as polyester and polyesterimide, or mixtures thereof.
また、側鎖型高分子液晶物質としては、ポリアクリレート系、ポリメタクリレート系、ポリビニル系、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリマロネート系、ポリエステル系等の直鎖状または環状構造の骨格鎖を有する物質に側鎖としてメソゲン基が結合した高分子液晶物質、またはこれらの混合物が挙げられる。 Further, as the side chain type polymer liquid crystal substance, a substance having a skeleton chain of a linear or cyclic structure such as polyacrylate, polymethacrylate, polyvinyl, polysiloxane, polyether, polymalonate, polyester, etc. In addition, a polymer liquid crystal substance in which a mesogen group is bonded as a side chain, or a mixture thereof.
これらのなかでも合成や配向の容易さなどから、主鎖型高分子液晶物質が好ましく、その中でもポリエステル系が特に好ましい。 Among these, a main chain type polymer liquid crystal substance is preferable from the viewpoint of easiness of synthesis and orientation, and among them, a polyester type is particularly preferable.
ポリマーの構成単位としては、例えば芳香族あるいは脂肪族ジオール単位、芳香族あるいは脂肪族ジカルボン酸単位、芳香族あるいは脂肪族ヒドロキシカルボン酸単位を好適な例として挙げられる。 Suitable examples of the structural unit of the polymer include aromatic or aliphatic diol units, aromatic or aliphatic dicarboxylic acid units, and aromatic or aliphatic hydroxycarboxylic acid units.
また低分子液晶物質としては、飽和ベンゼンカルボン酸誘導体類、不飽和ベンゼンカルボン酸誘導体類、ビフェニルカルボン酸誘導体類、芳香族オキシカルボン酸誘導体類、シッフ塩基誘導体類、ビスアゾメチン化合物誘導体類、アゾ化合物誘導体類、アゾキシ化合物誘導体類、シクロヘキサンエステル化合物誘導体類、ステロール化合物誘導体類などの末端に反応性官能基を導入した液晶性を示す化合物や、前記化合物誘導体類のなかで液晶性を示す化合物に架橋性化合物を添加した組成物などが挙げられる。 Low molecular liquid crystal substances include saturated benzene carboxylic acid derivatives, unsaturated benzene carboxylic acid derivatives, biphenyl carboxylic acid derivatives, aromatic oxycarboxylic acid derivatives, Schiff base derivatives, bisazomethine compound derivatives, azo compounds. Derivatives, azoxy compound derivatives, cyclohexane ester compound derivatives, sterol compound derivatives, etc., a compound exhibiting liquid crystallinity introduced with a reactive functional group at the terminal, or a compound exhibiting liquid crystallinity among the above compound derivatives And a composition to which a functional compound is added.
コレステリック液晶層2、3を形成する方法としては、公知の方法を用いることができる。コレステリック液晶層2、3は、透明基板上に配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を施した後、前記コレステリック液晶を必須成分とする液晶材料を塗布し、熱処理することによって得ることができる。
As a method of forming the cholesteric
(配向基板)
配向基板7,8は、色素5の励起光及び蛍光に対して透明であり且つコレステリック液晶層2,3を支持することが可能なものであれば特に制限されず、配向基板7,8としては、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、トリアセチルセルロース、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のフィルム、又はこれらのフィルムの一軸延伸フィルム等が例示できる。これらのフィルムはその製造方法によっては改めて配向能を発現させるための処理を行わなくともコレステリック液晶層2、3に使用されるコレステリック液晶に対して十分な配向能を示すものもあるが、配向能が不十分、または配向能を示さない等の場合には、必要によりこれらのフィルムを適度な加熱下に延伸したり、フィルム面をレーヨン布等で一方向に擦るいわゆるラビング処理を行ったり、フィルム上にポリイミド、ポリビニルアルコール、シランカップリング剤等の公知の配向剤からなる配向膜を設けてラビング処理を行ったり、酸化珪素等の斜方蒸着処理を行ったり、あるいはこれらの処理を適宜組み合わせるなどして配向能を発現させたフィルムを用いても良い。また表面に規則的な微細溝を設けた各種ガラス板等も配向基板7,8として使用することができる。
(Oriented substrate)
The
配向基板7,8としては、好ましくは、透明基板9,10上に、ラビング処理したポリイミドフィルム11,12を形成したものが用いられる。
As the
(レーザ発振素子の製造方法)
上記レーザ発振素子1は、以下のようにして製造することができる。
(Laser oscillation device manufacturing method)
The
まず透明な配向基板7,8を用意する。配向基板7,8としては、例えばラビング処理した配向膜が形成されたガラス基板が用いられる。
First,
次に、コレステリック液晶層2,3を構成するコレステリック液晶を溶媒と混合して所定濃度の液晶溶液を調製し、この液晶溶液を配向基板7,8の配向膜上に塗布する。これにより、コレステリック液晶が配向する。このとき、必要なら熱処理などによりコレステリック液晶の配向を形成する。熱処理は液晶相発現温度範囲に加熱することにより、該液晶物質が本来有する自己配向能により液晶を配向させるものである。熱処理の条件としては、用いる液晶物質の液晶相挙動温度(転移温度)により最適条件や限界値が異なるため一概には言えないが、通常10〜300℃、好ましくは30〜250℃の範囲である。あまり低温では、液晶の配向が十分に進行しないおそれがあり、また高温では、液晶物質が分解したり配向基板に悪影響を与えるおそれがある。また、熱処理時間については、通常3秒〜60分、好ましくは10秒〜30分の範囲である。3秒よりも短い熱処理時間では、液晶の配向が十分に完成しないおそれがあり、また60分を超える熱処理時間では、生産性が極端に悪くなるため、どちらの場合も好ましくない。
Next, a cholesteric liquid crystal constituting the cholesteric
上記液晶溶液を構成する溶媒は、用いるコレステリック液晶の種類により異なるが、通常トルエン、キシレン、ブチルベンゼン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン等の炭化水素系、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系、ジクロロメタン、四塩化炭素、テトラクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素系、ブチルアルコール、トリエチレングリコール、ジアセトンアルコール、ヘキシレングリコール等のアルコール系等が挙げられる。これらの溶媒は必要により適宜混合して使用してもよい。また、溶液の濃度は用いられるコレステリック液晶の分子量や溶解性、さらに最終的に目的とするコレステリック液晶層2,3の厚み等により異なるため一概には決定できないが、通常は1〜60重量%、好ましくは3〜40重量%である。
The solvent constituting the liquid crystal solution varies depending on the type of cholesteric liquid crystal to be used, but usually hydrocarbons such as toluene, xylene, butylbenzene, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran Ethers such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc., ethyl acetate, butyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, esters such as γ-butyrolactone, N-methyl- Amides such as 2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dichloromethane, Carbon, tetrachloroethane, halogenated hydrocarbon such as chlorobenzene, butyl alcohol, triethylene glycol, diacetone alcohol, alcohol such as hexylene glycol. These solvents may be appropriately mixed and used as necessary. Further, since the concentration of the solution varies depending on the molecular weight and solubility of the cholesteric liquid crystal to be used, and finally the thickness of the target cholesteric
また上記液晶溶液には、塗布を容易にするために界面活性剤を加えても良く、この界面活性剤としては、例えばイミダゾリン、第四級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体等の陽イオン系界面活性剤、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、第一級あるいは第二級アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ポリエチレングリコール及びそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、脂肪族あるいは芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物等の陰イオン系界面活性剤、ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン等の両性系界面活性剤、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン系界面活性剤、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル基・親水性基含有オリゴマー、パーフルオロアルキル・親油基含有オリゴマーパーフルオロアルキル基含有ウレタン等のフッ素系界面活性剤などが挙げられる。 In addition, a surfactant may be added to the liquid crystal solution to facilitate coating. Examples of the surfactant include cationic systems such as imidazoline, quaternary ammonium salts, alkylamine oxides, and polyamine derivatives. Surfactant, polyoxyethylene-polyoxypropylene condensate, primary or secondary alcohol ethoxylate, alkylphenol ethoxylate, polyethylene glycol and its ester, sodium lauryl sulfate, ammonium lauryl sulfate, lauryl sulfate amines, alkyl-substituted fragrance Anionic surfactants such as aromatic sulfonates, alkyl phosphates, aliphatic or aromatic sulfonic acid formalin condensates, amphoteric surfactants such as laurylamidopropylbetaine, laurylaminoacetic acid betaine, polyethylene glycol Fatty acid esters, nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkylamine, perfluoroalkyl sulfonate, perfluoroalkyl carboxylate, perfluoroalkyl ethylene oxide adduct, perfluoroalkyl trimethyl ammonium salt, perfluoroalkyl group -Fluorosurfactants such as hydrophilic group-containing oligomers, perfluoroalkyl / lipophilic group-containing oligomers perfluoroalkyl group-containing urethane, and the like.
界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類や溶剤、あるいは塗布する配向基板7,8の配向膜にもよるが、通常、コレステリック液晶の重量に対する比率にして10ppm〜10%、好ましくは50ppm〜5%、さらに好ましくは0.01%〜1%の範囲である。
The addition amount of the surfactant depends on the kind of the surfactant, the solvent, or the alignment film of the
また上記液晶溶液には、コレステリック液晶層2,3の耐熱性等を向上させるために、コレステリック液晶相の発現を妨げない程度のビスアジド化合物やグリシジルメタクリレート等の架橋剤等を添加し、後の工程で架橋することもできる。またアクリロイル基、ビニル基あるいはエポキシ基等の官能基を導入したビフェニル誘導体、フェニルベンゾエート誘導体、スチルベン誘導体などを基本骨格とした重合性官能基を予め液晶物質に導入しておきコレステリック相を発現させ架橋させてもよい。
Further, in order to improve the heat resistance of the cholesteric
塗布方法については、塗膜の均一性が確保される方法であれば、特に限定されることはなく公知の方法を採用することができる。例えば、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、カーテンコート法、スピンコート法などを挙げることができる。塗布の後に、ヒーターや温風吹きつけなどの方法による溶媒除去(乾燥)工程を入れても良い。塗布された膜の乾燥状態における膜厚は、通常0.3〜20μm、好ましくは0.5〜10μm、さらに好ましくは0.7〜3μmである。この範囲外では、得られるコレステリック液晶層2,3の光学性能が不足したり、コレステリック液晶の配向が不十分になるなどして好ましくない。
The application method is not particularly limited as long as the uniformity of the coating film is ensured, and a known method can be adopted. Examples thereof include a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a curtain coating method, and a spin coating method. After the application, a solvent removal (drying) step by a method such as a heater or hot air blowing may be added. The film thickness of the applied film in a dry state is usually 0.3 to 20 μm, preferably 0.5 to 10 μm, and more preferably 0.7 to 3 μm. Outside this range, the optical performance of the obtained cholesteric
コレステリック液晶の配向を形成させた後は、配向の固定化を行う。この場合、コレステリック液晶の配向が熱処理などにより完成したのち、そのままの状態で配向基板7,8上のコレステリック液晶を、使用した液晶に適した手段を用いて固定化する。このような手段としては、例えば急冷によるガラス固定化、熱、紫外線、電子線などのエネルギー照射による架橋化などが挙げられる。
After the cholesteric liquid crystal alignment is formed, the alignment is fixed. In this case, after the alignment of the cholesteric liquid crystal is completed by heat treatment or the like, the cholesteric liquid crystal on the
次に、コレステリック液晶層2,3が互いに内側を向くように、配向基板7,8同士をスペーサ(図示せず)を介して接続する。このとき、コレステリック液晶層2の内側表面におけるコレステリック液晶のダイレクタと、コレステリック液晶層3の内側表面におけるコレステリック液晶のダイレクタとが平行になるように配向基板7,8同士を接続する。
Next, the
そして、ネマチック液晶6と色素5とを溶媒中に混合した溶液を調製し、この溶液を毛細管現象を利用して上記配向基板7,8間のスペースに封入した後、この溶液を加熱して溶媒を除去する。これによりコレステリック液晶層2,3間に欠陥層4が得られる。このとき、コレステリック液晶層2の内側表面におけるコレステリック液晶のダイレクタと、コレステリック液晶層3の内側表面におけるコレステリック液晶のダイレクタとが平行になるため、ネマチック液晶6は、ネマチック液晶相状態を呈したときに、そのダイレクタが配向基板7,8の表面に平行な方向に配向するようになる。以上のようにしてレーザ発振素子1が得られる。
Then, a solution in which nematic liquid crystal 6 and
なお、上記製造方法では、コレステリック液晶層2,3同士を、スペーサを介して接続し、溶液を封入した後、溶媒を除去することにより、ネマチック液晶6を配向させてコレステリック液晶層2,3間に欠陥層4を形成しているが、色素5およびネマチック液晶6の配向が固定化されており欠陥層4がもともと作製されている場合、すなわち欠陥層4が高分子フィルムからなる場合には、コレステリック液晶層2、欠陥層4およびコレステリック液晶層を、接着剤などを用いて相互に積層すればよい。
In the above manufacturing method, the cholesteric
(レーザ発振素子の作用)
次に、上記レーザ発振素子1の作用について説明する。
(Operation of laser oscillation element)
Next, the operation of the
レーザ発振素子1においてレーザ発振を起こさせるためには、色素5の励起光として、コレステリック液晶層2,3における選択反射波長帯域より短波長の光が用いられる。
In order to cause laser oscillation in the
レーザ発振素子1においてレーザ発振を起こさせる場合、まず上記励起光を例えばコレステリック液晶層2に入射する。すると、励起光は、コレステリック液晶層2を透過して欠陥層4に入射され、色素5を励起して蛍光発光を起こさせ、レーザ発振を起こすことが可能となる。このとき、レーザ発振素子1は、レーザ発振を高効率で起こすことが可能となる。言い換えると、レーザ発振素子1は、その厚さが小さくても、十分に高強度のレーザ光を発振することが可能となる。
When causing laser oscillation in the
ここで、レーザ発振が高効率で起こるのは、欠陥層4で、色素の遷移モーメントがコレステリック液晶層2,3の表面に対し平行に配向していることにより、色素5の吸収効率および蛍光の取出し効率が十分に高くなるためではないかと考えられる。
Here, the laser oscillation occurs with high efficiency in the defect layer 4, and the transition moment of the dye is aligned parallel to the surfaces of the cholesteric
また、レーザ発振素子1によれば、連続レーザ発振を起こすことも可能となる。
Further, according to the
なお、上記実施形態では、コレステリック液晶層2,3のコレステリック液晶のらせんの巻き方向が左とされているが、コレステリック液晶層2,3のコレステリック液晶のらせんの巻き方向が同一であれば、右であってもよい。
In the above embodiment, the spiral direction of the cholesteric
次に、実施例を用いて、本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
まず芳香族ポリエステルからなる高分子アキラルネマチック液晶と、芳香族ポリエステルからなる高分子キラルネマチック液晶との液晶混合物(新日本石油(株)製LCフィルム)を用い、これをクロロホルム中に溶解して高分子コレステリック液晶溶液を得た。ここで、液晶混合物中の高分子キラルネマチック液晶の混合比は93wt%とし、高分子コレステリック液晶溶液中の混合物の濃度は10wt%とした。
Example 1
First, a liquid crystal mixture of polymer achiral nematic liquid crystal composed of aromatic polyester and polymer chiral nematic liquid crystal composed of aromatic polyester (LC film manufactured by Shin Nippon Oil Co., Ltd.) was used. A molecular cholesteric liquid crystal solution was obtained. Here, the mixing ratio of the polymer chiral nematic liquid crystal in the liquid crystal mixture was 93 wt%, and the concentration of the mixture in the polymer cholesteric liquid crystal solution was 10 wt%.
この高分子コレステリック液晶溶液を、一方向にラビング処理したポリイミド配向膜(JSR(株)製1254)を持つガラス基板上にスピンキャストした後、コレステリック液晶溶液に対し180℃に加熱して2分間硬化処理した。こうして、ガラス基板上に、良好に配向した厚さ約1.8μmの高分子コレステリック液晶(PCLC)フィルムを得た。このとき、PCLCフィルムのらせん軸はガラス基板表面に垂直であった。 This polymer cholesteric liquid crystal solution was spin cast on a glass substrate having a polyimide alignment film (1254 manufactured by JSR Corporation) rubbed in one direction, and then heated to 180 ° C. for 2 minutes by curing the cholesteric liquid crystal solution. Processed. In this way, a polymer cholesteric liquid crystal (PCLC) film having a thickness of about 1.8 μm that was well oriented was obtained on a glass substrate. At this time, the helical axis of the PCLC film was perpendicular to the glass substrate surface.
次に、2つのPCLCフィルムを、表面におけるコレステリック液晶のダイレクタが相互に平行になるように且つPCLCフィルムが内側に配置されるように、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなる厚さ12.5μmのスペーサを介して接続した。 Next, a spacer having a thickness of 12.5 μm made of polyethylene terephthalate (PET) is added to the two PCLC films so that the directors of the cholesteric liquid crystal on the surface are parallel to each other and the PCLC film is disposed inside. Connected through.
一方、市販のネマチック液晶(NLC)の低分子混合物(Merck社製ZLI2293)と蛍光性高分子色素(ジャーナル・オブ・ケミカル・ソサイアティ(Journal of Chemical Society)、2002年、第124号、p.9670に記載の化学構造式(R=EtH、R´=t−Buの場合)において分子量が8100で、重量平均分子量Mw/数平均分子量Mnが2であるもの)との混合物をクロロフォルム中に混合することで、色素ドープNLC溶液を調製した。このとき、NLC中の高分子色素の濃度は2wt%となるようにした。 On the other hand, a commercially available low molecular weight mixture of nematic liquid crystals (NLC) (ZLI 2293 manufactured by Merck) and fluorescent polymer dye (Journal of Chemical Society, 2002, No. 124, p. 9670). A mixture with the chemical structural formula described in (when R = EtH, R ′ = t-Bu, the molecular weight is 8100, and the weight average molecular weight Mw / number average molecular weight Mn is 2) is mixed in chloroform. Thus, a dye-doped NLC solution was prepared. At this time, the concentration of the polymer dye in NLC was set to 2 wt%.
その後、色素ドープNLC溶液を、毛細管現象を利用してPCLCフィルム間のスペースに導入し、70℃でクロロフォルムを蒸発させ、欠陥層を形成した。こうして厚さ16.1μmのレーザ発振素子を得た。 Thereafter, the dye-doped NLC solution was introduced into the space between the PCLC films using capillary action, and chloroform was evaporated at 70 ° C. to form a defect layer. Thus, a laser oscillation element having a thickness of 16.1 μm was obtained.
(実施例2)
液晶混合物中のキラルネマチック混合比を92wt%とし、欠陥層の厚さのみを6μmに変化させることによりレーザ発振素子の厚さを9.6μmとした以外は実施例1と同様にしてレーザ発振素子を得た。
(Example 2)
The laser oscillation element was the same as that of Example 1 except that the chiral nematic mixing ratio in the liquid crystal mixture was 92 wt% and only the thickness of the defect layer was changed to 6 μm to change the thickness of the laser oscillation element to 9.6 μm. Got.
(実施例3)
液晶混合物中のキラルネマチック混合比を87wt%とし、欠陥層の厚さのみを2μmに変化させることによりレーザ発振素子の厚さを5.6μmとした以外は実施例1と同様にしてレーザ発振素子を得た。
(Example 3)
The laser oscillation element was the same as that of Example 1 except that the chiral nematic mixing ratio in the liquid crystal mixture was 87 wt% and only the thickness of the defect layer was changed to 2 μm to change the thickness of the laser oscillation element to 5.6 μm. Got.
(実施例4)
レーザ発振素子の厚さを2μmとした以外は実施例1と同様にしてレーザ発振素子を得た。
Example 4
A laser oscillation element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the laser oscillation element was 2 μm.
(比較例1)
2つのPSLCフィルムのうちの1つのPCLCフィルム、および欠陥層を除いた以外は実施例1と同様にしてレーザ発振素子を得た。
(Comparative Example 1)
A laser oscillation element was obtained in the same manner as in Example 1 except that one of the two PSLC films and the defect layer were removed.
(蛍光スペクトル、反射スペクトル及びレーザ発振の測定)
実施例1〜3で得られたレーザ発振素子について、蛍光スペクトル、反射スペクトル及びレーザ発振の測定を行った。結果を図2(a)〜(c)に示す。なお、図2(a)〜(c)において、破線が蛍光スペクトル、一点鎖線が反射スペクトル、実線がレーザ発振に対応する。
(Measurement of fluorescence spectrum, reflection spectrum and laser oscillation)
The laser oscillation elements obtained in Examples 1 to 3 were measured for fluorescence spectrum, reflection spectrum and laser oscillation. The results are shown in FIGS. 2A to 2C, the broken line corresponds to the fluorescence spectrum, the alternate long and short dash line corresponds to the reflection spectrum, and the solid line corresponds to laser oscillation.
蛍光スペクトル及びレーザ発振の測定においては特に、励起光として、オプティカルパラメトリック発振器(Optical Parametric Oscillator: OPO)から出射される435nmパルスレーザビームを使用した。なお、OPOの励起には、Nd:YAGレーザから出射される第三高調波を使用した。 In the measurement of fluorescence spectrum and laser oscillation, a 435 nm pulse laser beam emitted from an optical parametric oscillator (OPO) was used as excitation light. For the excitation of OPO, a third harmonic emitted from an Nd: YAG laser was used.
また励起光は、レーザ発振素子のガラス基板表面に対して斜め(約30°)に入射した。レーザ発振素子からの発光は、ガラス基板の正面、すなわちガラス基板の表面に対する法線上に配置されたレンズによって、マルチチャンネルスペクトロメータ(オーシャンオプティックス社製USB2000)で検出した。 The excitation light was incident obliquely (about 30 °) with respect to the glass substrate surface of the laser oscillation element. Light emitted from the laser oscillation element was detected by a multichannel spectrometer (USB 2000 manufactured by Ocean Optics) with a lens arranged in front of the glass substrate, that is, on the normal line to the surface of the glass substrate.
反射スペクトルは、マイクロスコープスペクトロメータ(ORC製TFM−120AFT−PC)により測定した。 The reflection spectrum was measured with a microscope spectrometer (ORF-made TFM-120AFT-PC).
図2(a)〜(c)に示す結果より、PCLCフィルム間の欠陥層において、色素の遷移モーメントがPCLCフィルムの表面に対して平行に配向されている場合には、レーザ発振素子の厚さが十分小さいにもかかわらず、高強度のレーザ発振が確認された。 From the results shown in FIGS. 2A to 2C, when the transition moment of the dye is oriented parallel to the surface of the PCLC film in the defect layer between the PCLC films, the thickness of the laser oscillation element Despite being small enough, high-intensity laser oscillation was confirmed.
なお、実施例1のレーザ発振素子では、図2(a)に示すように、反射スペクトルが蛍光スペクトルと重なり合っており、レーザ発振波長(発光ピーク波長)が508nmであり、FWHM(full width of Half Maximum)は約3nmであった。また実施例2のレーザ発振素子では、図2(b)に示すように、反射スペクトルが蛍光スペクトルからわずかにずれており、2つのレーザ発振波長のうち欠陥層によるレーザ発振波長(長波長側の波長)が523nmであり、FWHMは15nm以下であった。さらに実施例3のレーザ発振素子では、図2(c)に示すように、反射スペクトルが蛍光スペクトルからずれており、レーザ発振波長が520nmであり、FWHMは2.5nmであった。ただし、実施例3のレーザ発振素子では、発光ピークの裾部分がブロードなものになっていた。 In the laser oscillation element of Example 1, as shown in FIG. 2A, the reflection spectrum overlaps with the fluorescence spectrum, the laser oscillation wavelength (emission peak wavelength) is 508 nm, and FWHM (full width of Half). Maximum) was about 3 nm. Further, in the laser oscillation element of Example 2, as shown in FIG. 2B, the reflection spectrum is slightly deviated from the fluorescence spectrum, and the laser oscillation wavelength (long wavelength side) of the two laser oscillation wavelengths due to the defect layer. Wavelength) was 523 nm, and FWHM was 15 nm or less. Furthermore, in the laser oscillation element of Example 3, as shown in FIG.2 (c), the reflection spectrum shifted | deviated from the fluorescence spectrum, the laser oscillation wavelength was 520 nm, and FWHM was 2.5 nm. However, in the laser oscillation element of Example 3, the skirt portion of the emission peak was broad.
なお、比較例1で得られたレーザ発振素子について、実施例1と同様にして反射スペクトルの測定を行い、実施例2のレーザ発振素子についての反射スペクトルの結果と比較した。結果を図3に示す。なお、図3において、実線が実施例2、一点鎖線が比較例1に対応する。 The reflection spectrum of the laser oscillation element obtained in Comparative Example 1 was measured in the same manner as in Example 1 and compared with the result of the reflection spectrum for the laser oscillation element of Example 2. The results are shown in FIG. In FIG. 3, the solid line corresponds to Example 2, and the alternate long and short dash line corresponds to Comparative Example 1 .
図3に示す結果より、実施例2のレーザ発振素子の反射率が比較例1のレーザ発振素子の反射率よりも十分に大きくなっており、しかも、実施例2に係る反射スペクトルにおいては、ある波長において、反射率が50%を大きく超えていることが分かる。 From the result shown in FIG. 3, the reflectance of the laser oscillation element of Example 2 is sufficiently larger than the reflectance of the laser oscillation element of Comparative Example 1, and in addition, in the reflection spectrum according to Example 2, there is It can be seen that the reflectance greatly exceeds 50% at the wavelength.
反射スペクトルにおいて、反射率の高い部分は一般に、コレステリック液晶による選択反射が寄与する。選択反射は、入射光の50%の円偏光を反射し、残りの50%の円偏光を透過させるものである。このため、反射率が50%を超えるということは、実施例2のレーザ発振素子においては反射光強度を強める構造的要因があるということになる。 In the reflection spectrum, selective reflection by cholesteric liquid crystal generally contributes to a portion having a high reflectance. The selective reflection reflects 50% of circularly polarized light of incident light and transmits the remaining 50% of circularly polarized light. For this reason, the reflectance exceeding 50% means that there is a structural factor that increases the reflected light intensity in the laser oscillation element of the second embodiment.
そこで、実施例2のレーザ発振素子において反射光強度を強める構造的要因を調べるために、以下の3種類のレーザ発振素子の反射スペクトルについて、サイバネットシステム株式会社製MATLAB 6.1を用いてシミュレーション実験を行った。
(1)単一コレステリック液晶フィルムのみからなるレーザ発振素子
(2)2つのコレステリック液晶フィルム間に等方性の欠陥層を設けたレーザ発振素子(3)2つのコレステリック液晶フィルム間に異方性の欠陥層を設けたレーザ発振素子
ここで、シミュレーション条件は以下のように設定した。
Therefore, in order to investigate the structural factors that increase the reflected light intensity in the laser oscillation element of Example 2, a simulation experiment was performed on the reflection spectrum of the following three types of laser oscillation elements using MATLAB 6.1 manufactured by Cybernet System Co., Ltd. It was.
(1) Laser oscillation element composed of only a single cholesteric liquid crystal film (2) Laser oscillation element provided with an isotropic defect layer between two cholesteric liquid crystal films (3) Anisotropy between two cholesteric liquid crystal films Laser Oscillator with Defect Layer Here, the simulation conditions were set as follows.
(i)コレステリック液晶フィルム
ne=1.63、no=1.5
厚さ=1.35μm
らせんピッチ=510nm
(ii)異方性欠陥層
ne=1.66、no=1.5
厚さ=1.2μm
(iii)等方性欠陥層
ne=1.56、no=1.56
厚さ=1.2μm
シミュレーション実験の結果を図4に示す。なお、図4において、実線が(3)に、一点鎖線が(2)に、二点鎖線が(1)に対応する。
(I) a cholesteric liquid crystal film n e = 1.63, n o = 1.5
Thickness = 1.35μm
Helix pitch = 510nm
(Ii) Anisotropic defect layer n e = 1.66, n o = 1.5
Thickness = 1.2 μm
(Iii) Isotropic defect layer n e = 1.56, n o = 1.56
Thickness = 1.2 μm
The result of the simulation experiment is shown in FIG. In FIG. 4, the solid line corresponds to (3), the alternate long and short dash line corresponds to (2), and the alternate long and two short dashes line corresponds to (1).
図4の結果より、選択反射帯域における反射率は、(3)のレーザ発振素子が、(1)、(2)のレーザ発振素子よりも特に大きくなっていることが分かる。これより、欠陥層を異方性媒質で構成したことが、反射率の向上に寄与しているものと考えられる。 From the result of FIG. 4, it can be seen that the reflectance in the selective reflection band is particularly larger in the laser oscillation element (3) than in the laser oscillation elements (1) and (2). From this, it is considered that the defect layer made of an anisotropic medium contributes to the improvement of the reflectance.
以上の実施例1〜3の結果より、本発明のレーザ発振素子によれば、レーザ発振が高い効率で起こることが分かった。 From the results of Examples 1 to 3 above, it was found that the laser oscillation occurred with high efficiency according to the laser oscillation element of the present invention.
また、先鋭化された発光ピークを出射するレーザ発振を起こさせるためには、反射スペクトル(選択反射波長帯域)と蛍光スペクトル(蛍光発光帯)との重なり合いが重要であることが分かった。 It was also found that the overlap between the reflection spectrum (selective reflection wavelength band) and the fluorescence spectrum (fluorescence emission band) is important for causing laser oscillation that emits a sharpened emission peak.
次に,実施例4で得られたレーザ発振素子について、レーザー発振に必要な入射エネルギーの最小値(閾値)を調べる目的で,励起光源をHe-Cd(ヘリウム−カドミウム)レーザから出射される442nmの連続光に変えた。 Next, for the laser oscillation element obtained in Example 4, for the purpose of examining the minimum value (threshold value) of incident energy necessary for laser oscillation, the excitation light source is emitted from a He—Cd (helium-cadmium) laser at 442 nm. Changed to continuous light.
He-Cdレーザの出射口直後に回転型ニュートラルデンシティフィルタを設置し,レーザ発振素子への入射エネルギー(光量)を連続的に調整できるようにした。 A rotating neutral density filter was installed immediately after the He-Cd laser exit, allowing continuous adjustment of the incident energy (light quantity) to the laser oscillator.
上記ニュートラルデンシティフィルタを透過した励起光は,レーザ発振素子のガラス基板表面に対して斜め(約30°)に入射した。レーザ発振素子からの発光は,ガラス基板の正面,すなわちガラス基板の表面に対する法線上に配置されたレンズによって,マルチチャンネルスペクトロメータ(オーシャンオプティックス社製USB2000)で検出した。 The excitation light transmitted through the neutral density filter was incident obliquely (about 30 °) with respect to the glass substrate surface of the laser oscillation element. Light emitted from the laser oscillation element was detected with a multichannel spectrometer (USB 2000 manufactured by Ocean Optics) using a lens arranged in front of the glass substrate, that is, on the normal line to the surface of the glass substrate.
図5に,入射エネルギーに対する出射光スペクトルを、図6に,入射エネルギーとレーザ発振素子からの発光の最大ピークの光強度の関係を示す。なお、図6中に示される小さいグラフは、入射エネルギーが低い領域における発光の最大ピーク強度の変化を示すグラフであり、スケールを拡大して示したものである。横軸の単位はW/cm2であり、縦軸の単位は任意単位である。 FIG. 5 shows the emission light spectrum with respect to the incident energy, and FIG. 6 shows the relationship between the incident energy and the light intensity of the maximum peak of light emission from the laser oscillation element. In addition, the small graph shown in FIG. 6 is a graph which shows the change of the maximum peak intensity | strength of light emission in the area | region where incident energy is low, and expands and shows the scale. The unit of the horizontal axis is W / cm 2 , and the unit of the vertical axis is an arbitrary unit.
図6より,入射エネルギーと出射光がほぼ線形の関係にあり,特に入射エネルギーが0.1W/cm2未満の低エネルギー領域においても出射光にレーザ発振固有のピークが認められることから,実質的に入射エネルギーの閾値が無い,連続レーザ発振が生じていることを確認できた。 FIG. 6 shows that the incident energy and the emitted light have a substantially linear relationship. In particular, even in a low energy region where the incident energy is less than 0.1 W / cm 2, a peak inherent to laser oscillation is recognized in the emitted light. It was confirmed that continuous laser oscillation occurred without a threshold of incident energy.
1…レーザ発振素子、2…コレステリック液晶層(第1コレステリック液晶層)、3…コレステリック液晶層(第2コレステリック液晶層)、4…欠陥層、5…色素、6…ネマチック液晶。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1コレステリック液晶層に対向配置され、コレステリック液晶を含む第2コレステリック液晶層と、
前記第1コレステリック液晶層と前記第2コレステリック液晶層との間に設けられ、光励起により蛍光を発する色素を含む欠陥層とを備えており、
前記コレステリック液晶における選択反射波長帯域と前記色素から発せられる蛍光の発光帯とが少なくとも一部の波長領域において重なり合っており、
前記第1コレステリック液晶層及び前記第2コレステリック液晶層に含まれるコレステリック液晶のらせんの巻き方向が同一であり、
前記色素の遷移モーメントが前記第1コレステリック液晶層および前記第2コレステリック液晶層の表面に対して平行に配向しており、
前記第1コレステリック液晶層及び前記第2コレステリック液晶層は、前記第1コレステリック液晶層の前記欠陥層側の表面におけるコレステリック液晶のダイレクタと、前記第2コレステリック液晶層の前記欠陥層側の表面におけるコレステリック液晶のダイレクタとが互いに平行となるように配置されていることを特徴とするレーザ発振素子。 A first cholesteric liquid crystal layer containing cholesteric liquid crystal;
A second cholesteric liquid crystal layer disposed opposite to the first cholesteric liquid crystal layer and containing cholesteric liquid crystal;
A defect layer that is provided between the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer and includes a dye that emits fluorescence by photoexcitation;
The selective reflection wavelength band in the cholesteric liquid crystal and the emission band of fluorescence emitted from the dye overlap in at least a part of the wavelength region,
The spiral direction of the cholesteric liquid crystal contained in the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer is the same,
The transition moment of the dye is aligned parallel to the surfaces of the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer ;
The first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer include a director of a cholesteric liquid crystal on the surface of the first cholesteric liquid crystal layer on the defect layer side, and a cholesteric on the surface of the second cholesteric liquid crystal layer on the defect layer side. A laser oscillation element, wherein the liquid crystal directors are arranged in parallel to each other .
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