JP6090954B2 - Laser oscillation element made of colloidal crystal gel and method for manufacturing the same - Google Patents

Laser oscillation element made of colloidal crystal gel and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は、コロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a laser oscillation element made of a colloidal crystal gel and a manufacturing method thereof.

微粒子が液体媒質に分散された微粒子分散液において、微粒子の単分散性(粒径の均一性)が高く、かつ、粒子体積分率が所定の値を上回ると、微粒子分散液中の微粒子(コロイド粒子とも呼ぶ)は、自己組織的に周期配列した状態をとることが知られている。このような状態にある微粒子分散液はコロイド結晶と呼ばれる。コロイド結晶は、電磁波に対するBragg反射能に起因する特異な特性(フォトニックバンドギャップの形成、光群速度の異常分散等)を発現することから、フォトニック結晶の性質を利用した光学素子への応用が期待されている。   In a fine particle dispersion in which fine particles are dispersed in a liquid medium, if the fine monodispersity (uniformity of particle size) is high and the particle volume fraction exceeds a predetermined value, the fine particles in the fine particle dispersion (colloid) (Also called particles) are known to take a self-organized periodic arrangement. The fine particle dispersion in such a state is called a colloidal crystal. Colloidal crystals exhibit unique properties (photonic band gap formation, anomalous dispersion of light group velocity, etc.) due to Bragg reflectivity for electromagnetic waves, so application to optical elements utilizing the properties of photonic crystals Is expected.

色素を浸潤させたコロイド結晶を用いたレーザがある(例えば、非特許文献1を参照)。非特許文献1によれば、色素を浸潤させたシリカ粒子からなるオパールフォトニック結晶において、三次元方向を切り替えることによって、フォトニックバンドギャップを可変にできると報告している。詳細には、色素を浸潤させたシリカ粒子からなるオパールフォトニック結晶のストップバンドの方位νhklを適宜選択することにより、1種のオパールフォトニック結晶であっても、種々の色素に対応したレーザ発振が可能である。しかしながら、ストップバンドの方位を選択することなく、発振波長の微妙な調整あるいは線形なチューナビリティは達成されていない。 There is a laser using a colloidal crystal infiltrated with a dye (for example, see Non-Patent Document 1). According to Non-Patent Document 1, it is reported that in an opal photonic crystal composed of silica particles infiltrated with a dye, the photonic band gap can be made variable by switching the three-dimensional direction. More specifically, by appropriately selecting the stop band orientation ν hkl of the opal photonic crystal made of silica particles infiltrated with the dye, a laser corresponding to various dyes can be used even with one kind of opal photonic crystal. Oscillation is possible. However, fine tuning of the oscillation wavelength or linear tunability has not been achieved without selecting the stopband orientation.

色素を細孔に導入した多孔性シリカを用いたコロイド結晶レーザがある(例えば、非特許文献2を参照)。非特許文献2によれば、色素の蛍光波長とコロイド結晶ゲルのストップバンド波長とを整合させることにより、色素を細孔に導入した多孔性シリカからなるコロイド結晶レーザにおいて、レーザ発振が可能であることを報告している。しかしながら、コロイド結晶ゲルの溶媒として水を用いているため、水の蒸発に伴うストップバンド波長の変化によりレーザ発振の長期的な安定性が得られない。また、色素は、多孔性シリカの細孔に導入されているため、十分な発光強度が得られない場合がある。さらに、発振波長のチューナビリティは達成されていない。   There is a colloidal crystal laser using porous silica in which a dye is introduced into pores (see, for example, Non-Patent Document 2). According to Non-Patent Document 2, laser oscillation is possible in a colloidal crystal laser made of porous silica in which a dye is introduced into pores by matching the fluorescence wavelength of the dye with the stopband wavelength of the colloidal crystal gel. It is reported that. However, since water is used as the solvent for the colloidal crystal gel, long-term stability of laser oscillation cannot be obtained due to a change in the stopband wavelength accompanying water evaporation. Further, since the dye is introduced into the pores of the porous silica, there are cases where sufficient emission intensity cannot be obtained. Furthermore, the tunability of the oscillation wavelength has not been achieved.

最近、イオン液体を含有したコロイド結晶ゲルが開発された(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1によれば、イオン液体を溶媒として用いることにより、コロイド結晶ゲルの溶媒が蒸発することはないので、長期的に安定なコロイド結晶ゲルを提供できる。このようなイオン液体を用いたコロイド結晶ゲルのさらなる用途が求められている。   Recently, colloidal crystal gels containing ionic liquids have been developed (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, by using an ionic liquid as a solvent, the solvent of the colloidal crystal gel does not evaporate, so that a long-term stable colloidal crystal gel can be provided. There is a need for further applications of colloidal crystal gels using such ionic liquids.

本発明の課題は、コロイド結晶ゲルを用いたチューナブルなレーザ発振素子、および、その製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a tunable laser oscillation device using a colloidal crystal gel and a method for manufacturing the same.

本発明によるコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子は、前記コロイド結晶ゲルが、イオン液体および有機色素を含有する高分子ゲルと、前記高分子ゲル中に自己組織的に周期配列した粒子であって、前記粒子の配列は、非接触充填状態である、粒子とを含み、前記イオン液体は、親水性であり、かつ、末端にアリル基を有し、前記コロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも前記有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域に位置し、かつ、前記蛍光スペクトルの範囲内に位置し、これにより上記課題を達成する
記イオン液体は、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムハロゲン化物、および、1,3−ジアリルブチルイミダゾリウムハロゲン化物からなる群から選択されてもよい。
前記有機色素は、ローダミン誘導体、オキサジン誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン誘導体、スチリル誘導体および4−ジシアノメチレン−2−メチル−6(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)からなる群から少なくとも1種選択されてもよい。
本発明によるレーザ発振素子の製造方法は、自己組織的に周期配列した粒子が網目状高分子によって固定化されたコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させるステップを包含し、前記イオン液体および前記有機色素は、前記含浸させるステップによって得られたコロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも前記有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域に位置し、かつ、前記蛍光スペクトルの範囲内に位置するように選択されて、これにより上記課題を達成する。
前記含浸させるステップは、水で膨潤した前記コロイド結晶ゲルにイオン液体を含浸させるステップと、前記イオン液体で膨潤したコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素をさらに含浸させるステップとを包含してもよい。
前記含浸させるステップは、1時間〜14日の間、前記コロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させてもよい。
A laser oscillation element comprising a colloidal crystal gel according to the present invention, the colloidal crystal gel is a polymer gel containing an ionic liquid and an organic dye, and particles self-organized in the polymer gel, The particle array includes particles in a non-contact packed state, the ionic liquid is hydrophilic and has an allyl group at a terminal, and the stop band of the colloidal crystal gel is at least the organic It is located in a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the dye, and is located within the range of the fluorescence spectrum, thereby achieving the above-described object .
Before SL ionic liquid, 1-allyl-3-butyl imidazolium halides, 1-allyl-3-ethyl imidazolium halides, and, be selected from the group consisting of 1,3-diallyl-butyl imidazolium halides Good.
The organic dye is at least one selected from the group consisting of rhodamine derivatives, oxazine derivatives, fluorescein derivatives, coumarin derivatives, styryl derivatives and 4-dicyanomethylene-2-methyl-6 (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM). Species may be selected.
The method for producing a laser oscillation device according to the present invention includes a step of impregnating a colloidal crystal gel in which self-organized and periodically arranged particles are fixed by a network polymer with an ionic liquid and an organic dye, In the organic dye, the stop band of the colloidal crystal gel obtained by the impregnation step is located at least in a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye, and is located within the range of the fluorescence spectrum. To achieve the above task.
The impregnation step may include impregnating the colloidal crystal gel swollen with water with an ionic liquid and further impregnating the colloidal crystal gel swollen with the ionic liquid with an ionic liquid and an organic dye. .
In the impregnation step, the colloidal crystal gel may be impregnated with an ionic liquid and an organic dye for 1 hour to 14 days.

本発明によるコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子は、イオン液体および有機色素を含有する高分子ゲルと粒子とを含む。有機色素がコロイド結晶ゲル中に分散しているので、十分な発光強度が得られる。コロイド結晶ゲル中の粒子は、非接触状態にあるので、コロイド結晶ゲルのストップバンドは外力により可変である。また、コロイド結晶ゲルのストップバンドは、少なくとも有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域に位置し、かつ、蛍光スペクトルの範囲内に位置するので、ストップバンドを外力により制御するだけで、有機色素の極大蛍光波長より長波長領域かつ蛍光スペクトルの範囲内において線幅の狭いレーザ発振をチューナブルに達成できる。   The laser oscillation element made of a colloidal crystal gel according to the present invention includes a polymer gel and particles containing an ionic liquid and an organic dye. Since the organic dye is dispersed in the colloidal crystal gel, sufficient emission intensity can be obtained. Since the particles in the colloidal crystal gel are in a non-contact state, the stop band of the colloidal crystal gel is variable by an external force. In addition, since the stop band of the colloidal crystal gel is located at least in the wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye, and is located within the range of the fluorescence spectrum, just controlling the stop band by external force, Laser oscillation with a narrow linewidth can be tuned in a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the organic dye and in the fluorescence spectrum.

本発明によるレーザ発振装置は、光源と、上記レーザ発振素子と、応力印加手段とを備え、応力印加手段は、レーザ発振素子に応力を印加し、レーザ発振素子におけるコロイド結晶ゲルのストップバンドを線形に変化させるので、容易にチューナブルなレーザ発振を可能にする。   A laser oscillation device according to the present invention includes a light source, the laser oscillation element, and a stress application unit. The stress application unit applies stress to the laser oscillation element and linearizes a stop band of the colloidal crystal gel in the laser oscillation element. Therefore, tunable laser oscillation can be easily performed.

本発明によるレーザ発振素子の製造方法は、自己組織的に周期配列した粒子が網目状高分子によって固定化されたコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させるステップを包含し、イオン液体および有機色素は、含浸させるステップによって得られたコロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域、かつ、蛍光スペクトルの範囲内に位置するように選択される。コロイド結晶ゲルのストップバンドと有機色素の蛍光スペクトルとを適宜選択するだけで、1ステップの操作により本発明のレーザ発振素子を製造できるので、簡便かつ有利である。   The method for manufacturing a laser oscillation device according to the present invention includes a step of impregnating a colloidal crystal gel in which self-organized and periodically arranged particles are fixed by a network polymer with an ionic liquid and an organic dye. The dye is selected so that the stop band of the colloidal crystal gel obtained by the impregnation step is at least in the wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye and in the fluorescence spectrum. Since the laser oscillation device of the present invention can be produced by a one-step operation only by appropriately selecting the stop band of the colloidal crystal gel and the fluorescence spectrum of the organic dye, it is simple and advantageous.

本発明によるレーザ発振素子の模式図Schematic diagram of a laser oscillation device according to the present invention 本発明によるレーザ発振素子のレーザ発振の様子を示す模式図The schematic diagram which shows the mode of the laser oscillation of the laser oscillation element by this invention 本発明によるレーザ発振素子に外力を印加した場合の変化を示す模式図The schematic diagram which shows the change at the time of applying external force to the laser oscillation element by this invention 本発明によるレーザ発振素子に外力を印加した場合の発振波長のチューナビリティを示す模式図Schematic diagram showing the tunability of the oscillation wavelength when an external force is applied to the laser oscillation element according to the present invention. 本発明による別のレーザ発振素子の模式図Schematic diagram of another laser oscillation element according to the present invention 本発明による別のレーザ発振素子のレーザ発振の様子を示す模式図The schematic diagram which shows the mode of the laser oscillation of another laser oscillation element by this invention 本発明による別のレーザ発振素子に外力を印加した場合の変化を示す模式図The schematic diagram which shows the change at the time of applying external force to another laser oscillation element by this invention 本発明による別のレーザ発振素子に外力を印加した場合の発振波長のチューナビリティを示す模式図Schematic diagram showing the tunability of oscillation wavelength when an external force is applied to another laser oscillation element according to the present invention. 本発明によるコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を製造するフローチャートを示す図The figure which shows the flowchart which manufactures the laser oscillation element which consists of colloidal crystal gel by this invention 本発明によるコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を製造する別のフローチャートを示す図The figure which shows another flowchart which manufactures the laser oscillation element which consists of colloidal crystal gel by this invention 本発明によるレーザ発振装置を示す模式図Schematic diagram showing a laser oscillation device according to the present invention. 光学顕微鏡システムを示す模式図Schematic diagram showing an optical microscope system 応力印加手段を示す模式図Schematic diagram showing stress application means 実施例1によるレーザ発振素子のストップバンドの外力依存性を示す図The figure which shows the external force dependence of the stop band of the laser oscillation element by Example 1 実施例1のレーザ発振素子のストップバンドと圧縮率との関係を示す図The figure which shows the relationship between the stop band and compression rate of the laser oscillation element of Example 1. 実施例1で用いたイオン液体ABImBrの吸収スペクトルを示す図The figure which shows the absorption spectrum of the ionic liquid ABImBr used in Example 1 圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の反射スペクトルおよび発光スペクトルを示す図The figure which shows the reflection spectrum and emission spectrum of the laser oscillation element of Example 1 in compression rate Rcom = 0.1. 圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の三次元ビームプロファイルを示す図The figure which shows the three-dimensional beam profile of the laser oscillation element of Example 1 in compression rate Rcom = 0.1. 圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の一次元ビームプロファイルを示す図The figure which shows the one-dimensional beam profile of the laser oscillation element of Example 1 in compression rate Rcom = 0.1. 圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の発光強度および線幅の励起エネルギーの依存性を示す図The figure which shows the dependence of the emitted light intensity of the laser oscillation element of Example 1 and the line width on the excitation energy in compression rate Rcom = 0.1 実施例1のレーザ発振素子の発光スペクトルのチューナビリティを示す図The figure which shows the tunability of the emission spectrum of the laser oscillation element of Example 1. 実施例2のレーザ発振素子の発光スペクトルのチューナビリティを示す図The figure which shows the tunability of the emission spectrum of the laser oscillation element of Example 2 実施例2のレーザ発振素子のレーザ発振の顕微鏡像を示す図The figure which shows the microscope image of the laser oscillation of the laser oscillation element of Example 2 比較例1の従来型コロイド結晶ゲルの変化を示す図The figure which shows the change of the conventional type colloidal crystal gel of the comparative example 1 比較例2の混合溶液の吸収スペクトルを示す図The figure which shows the absorption spectrum of the mixed solution of the comparative example 2 実施例3および比較例2の混合溶液の発光スペクトルを示す図The figure which shows the emission spectrum of the mixed solution of Example 3 and Comparative Example 2 比較例3の混合溶液の吸収スペクトルを示す図The figure which shows the absorption spectrum of the mixed solution of the comparative example 3 実施例3および比較例3の混合溶液の発光スペクトルを示す図The figure which shows the emission spectrum of the mixed solution of Example 3 and Comparative Example 3

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same number is attached | subjected to the same element and the description is abbreviate | omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1は、本発明によるレーザ発振素子に関する。
(Embodiment 1)
The first embodiment relates to a laser oscillation element according to the present invention.

図1は、本発明によるレーザ発振素子の模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a laser oscillation element according to the present invention.

本発明によるレーザ発振素子100は、粒子(微粒子とも呼ぶ)110と、網目状高分子120と、イオン液体130と、有機色素140とを含むコロイド結晶ゲルからなる。なお、本明細書において、網目状高分子120は、イオン液体130および有機色素140を含んだ状態にあり、これを総称して「高分子ゲル」という。当然のことながら、粒子110は、高分子ゲル中において、結晶構造を構成する周期配列を自己組織的に成しており、結晶学の原理に基づいて光のBragg反射を示す。さらに、粒子110は、互いに接触することなく非接触充填状態にある。   The laser oscillation device 100 according to the present invention is made of a colloidal crystal gel including particles (also referred to as fine particles) 110, a network polymer 120, an ionic liquid 130, and an organic dye 140. In the present specification, the reticulated polymer 120 is in a state containing the ionic liquid 130 and the organic dye 140, and is collectively referred to as “polymer gel”. As a matter of course, in the polymer gel, the particle 110 is self-organized in a periodic arrangement constituting a crystal structure, and exhibits Bragg reflection of light based on the principle of crystallography. Furthermore, the particles 110 are in a non-contact packed state without contacting each other.

粒子110は、コロイド粒子とも呼ばれ、例えば、シリカ粒子、ポリスチレン粒子、高分子ラテックス粒子、二酸化チタン等の酸化物粒子、金属粒子、異なる材料を組み合わせた複合粒子であるが、これらに限定されない。なお、複合粒子とは、2種類以上の異なる材料(材質)を組み合わせて構成されており、例えば、一方の材料が他方の材料でカプセル化されて、1つの粒子を形成しているもの、一方の材料が他方の材料に貫入して1つの粒子を形成しているもの、半球状の異なる材料が結合して1つの粒子を形成しているもの等を意味する。   The particles 110 are also called colloidal particles, and are, for example, silica particles, polystyrene particles, polymer latex particles, oxide particles such as titanium dioxide, metal particles, and composite particles combining different materials, but are not limited thereto. The composite particles are configured by combining two or more different materials (materials). For example, one material is encapsulated with the other material to form one particle, Means that one material penetrates into the other material to form one particle, or different hemispherical materials combine to form one particle.

コロイド結晶ゲルの粒子110が非接触充填状態であるか否かは、粒子体積分率から判別できる。同一粒径の剛体球状粒子が接触して最密充填構造をとる場合は、理論的に粒子体積分率は74%であることが知られている。実際の判定基準としては、理論的な最密充填状態より、粒子間距離が10%程度大きなところまでは、「実質的に接触している」とするのが現実的である。この場合の粒子体積分率は約55%である。そこで、本明細書において、粒子体積分率が55%未満である場合を非接触充填状態と判定する。イオン液体を含浸させたコロイド結晶ゲルの粒子体積分率は、イオン液体含浸前の出発状態のコロイド結晶ゲルからの体積変化から容易に決定できる。出発状態のコロイド結晶ゲルの粒子体積分率は、作製条件から決めておくことができる。   Whether or not the colloidal crystal gel particles 110 are in a non-contact packed state can be determined from the particle volume fraction. It is known that the particle volume fraction is theoretically 74% when the hard spherical particles having the same particle diameter come into contact with each other to form a close packed structure. As an actual determination criterion, it is realistic that “substantially contact” is achieved up to a place where the distance between particles is about 10% larger than the theoretical close packed state. In this case, the particle volume fraction is about 55%. Therefore, in this specification, the case where the particle volume fraction is less than 55% is determined as the non-contact filling state. The particle volume fraction of the colloidal crystal gel impregnated with the ionic liquid can be easily determined from the volume change from the starting colloidal crystal gel before the ionic liquid impregnation. The particle volume fraction of the starting colloidal crystal gel can be determined from the preparation conditions.

図1では、粒子110は、外力が印加されていない状態において、格子面間隔dを有し、粒子体積分率が最小値であり、ストップバンドが波長λであるとする。粒子体積分率を適宜調整することによって、コロイド結晶ゲルのストップバンドを制御できる。例えば、粒子体積分率が小さいほど、ストップバンドは長波長となり、粒子体積分率が大きいほどストップバンドは短波長となる。 In FIG. 1, it is assumed that the particle 110 has a lattice spacing d A in a state where no external force is applied, the particle volume fraction is the minimum value, and the stop band is the wavelength λ A. By appropriately adjusting the particle volume fraction, the stop band of the colloidal crystal gel can be controlled. For example, the smaller the particle volume fraction, the longer the stop band, and the larger the particle volume fraction, the shorter the stop band.

本発明によるレーザ発振素子100において、以降で詳述するように、コロイド結晶ゲルのストップバンドは、後述する有機色素140の蛍光スペクトル150の極大蛍光波長λmaxより長波長領域、かつ、蛍光スペクトル150の範囲内で可変である。 In the laser oscillation device 100 according to the present invention, as will be described in detail later, the stop band of the colloidal crystal gel has a longer wavelength region than the maximum fluorescence wavelength λ max of the fluorescence spectrum 150 of the organic dye 140 described later, and the fluorescence spectrum 150. It is variable within the range.

網目状高分子120は、重合性の水溶性分子(モノマーまたはマクロマー)が重合によって形成した高分子が架橋によって三次元的ネットワーク構造を構成した網目状の高分子である。網目状高分子120は、上述の粒子110の位置を固定し、維持するように機能する。このような水溶性分子は、例えば、アクリルアミド、各種アクリルアミド誘導体(N−メチロールメタアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−アクリロイソアミノエトキシエタノール、N−アクリロイソアミノプロパノール、N−イソプロピルアクリルアミドなど)、または、アクリル酸誘導体、エチレングリコール誘導体が使用可能であるが、これらに限定されない。なお、本明細書において、特に断りを入れない限り、「網目状高分子」とは、重合性の水溶性分子の重合体によって形成された網目状高分子を意図するものとすることに留意されたい。   The network polymer 120 is a network polymer in which a polymer formed by polymerization of a polymerizable water-soluble molecule (monomer or macromer) forms a three-dimensional network structure by crosslinking. The network polymer 120 functions to fix and maintain the position of the particles 110 described above. Examples of such water-soluble molecules include acrylamide, various acrylamide derivatives (N-methylolmethacrylamide, N-methylolacrylamide, N-acryloisoaminoethoxyethanol, N-acryloisoaminopropanol, N-isopropylacrylamide, etc.). Alternatively, acrylic acid derivatives and ethylene glycol derivatives can be used, but are not limited thereto. In this specification, unless otherwise specified, it is noted that the “network polymer” is intended to mean a network polymer formed by a polymer of a polymerizable water-soluble molecule. I want.

イオン液体130は、分散媒(単に溶媒とも呼ぶ)として機能する。イオン液体130は、実質的に蒸気圧が0であるため、蒸発しない。そのため、本発明のレーザ発振素子100を保管する場合、または、光学素子として実装する場合に、分散媒の蒸発を防ぐために、レーザ発振素子100を密閉容器等の密閉構造に封止する必要はない。   The ionic liquid 130 functions as a dispersion medium (also simply referred to as a solvent). The ionic liquid 130 does not evaporate because the vapor pressure is substantially zero. Therefore, when the laser oscillation element 100 of the present invention is stored or mounted as an optical element, it is not necessary to seal the laser oscillation element 100 in a sealed structure such as a sealed container in order to prevent the dispersion medium from evaporating. .

イオン液体130は、好ましくは、親水性であり、かつ、末端にアリル基を有する。これにより、後述する有機色素140と良好に混和するので、安定したレーザ発振を可能にする。イオン液体130は、より好ましくは、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムハロゲン化物、および、1,3−ジアリルブチルイミダゾリウムハロゲン化物からなる群から選択される。これにより、後述する有機色素140と確実に混和するので、安定なレーザ発振および高発振強度を可能にする。また、イオン液体130と有機色素140とが反応することはないので、長期的に安定なレーザ発振素子を提供できる。なお、図1では簡単のため有機色素140は、1種の有機色素からなるものとする。   The ionic liquid 130 is preferably hydrophilic and has an allyl group at the terminal. Thereby, since it mixes well with the organic pigment | dye 140 mentioned later, stable laser oscillation is enabled. The ionic liquid 130 is more preferably selected from the group consisting of 1-allyl-3-butylimidazolium halide, 1-allyl-3-ethylimidazolium halide, and 1,3-diallylbutylimidazolium halide. Is done. Thereby, since it mixes with the organic pigment | dye 140 mentioned later reliably, stable laser oscillation and high oscillation intensity | strength are enabled. In addition, since the ionic liquid 130 and the organic dye 140 do not react, a long-term stable laser oscillation element can be provided. In FIG. 1, for the sake of simplicity, the organic dye 140 is composed of one kind of organic dye.

例えば、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物は、水に対する親和性に優れているので、実施の形態3で説明する本発明のレーザ発振素子の製造において有利である。また、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物は、280nm以上の波長域において固有のモル吸収係数を有さないので、光学的に極めて透明である。さらに、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物は、後述する有機色素140、中でも、ローダミン誘導体を容易に溶解し得る。また、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物は、環境にやさしい材料として知られており、危険有害性物質識別システム(HMIS)において低リスク化学物質である。   For example, 1-allyl-3-butylimidazolium halide is advantageous in the production of the laser oscillation device of the present invention described in Embodiment 3 because it has an excellent affinity for water. In addition, 1-allyl-3-butylimidazolium halide is optically extremely transparent because it does not have an intrinsic molar absorption coefficient in a wavelength region of 280 nm or more. Furthermore, 1-allyl-3-butylimidazolium halide can easily dissolve the organic dye 140 described below, among which rhodamine derivatives. Also, 1-allyl-3-butylimidazolium halide is known as an environmentally friendly material, and is a low risk chemical substance in a hazardous substance identification system (HMIS).

有機色素140は、ローダミン誘導体、オキサジン誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン誘導体、スチリル誘導体および−ジシアノメチレン−2−メチル−6(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)からなる群から少なくとも1種選択される。これらは、上述のイオン液体130と混和し得る。   The organic dye 140 is at least one selected from the group consisting of rhodamine derivatives, oxazine derivatives, fluorescein derivatives, coumarin derivatives, styryl derivatives and -dicyanomethylene-2-methyl-6 (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM). Selected. These are miscible with the ionic liquid 130 described above.

例えば、ローダミン誘導体としてローダミン6Gは、550nm〜620nmの発光波長を有し、緑色、黄色から橙色を発する。オキサジン誘導体としてフェノキサジンは、560〜700nmの発光波長を有し、緑色、黄色、橙色から赤色を発する。別のオキサジン誘導体としてオキサジン1は、692nm〜768nmの発光波長を有し、赤色を発する。フルオレセイン誘導体としてジソディウムフルオレセインは、530nm〜590nmの発光波長を有し、黄緑色、緑色から黄色を発する。別のフルオレセイン誘導体としてフルオレセイン27は、540nm〜589nmの発光波長を有し、黄緑色、緑色から黄色を発する。クマリン誘導体としてクマリン4は、460nm〜560nmの発光波長を有し、青色から緑色を発する。別のクマリン誘導体としてクマリン153は、522nm〜600nmの発光波長を有し、青緑色、緑色から黄色を発する。スチリル誘導体としてスチルベン1は、405nm〜446nmの発光波長を有し、青色を発する。DCMは、590nm〜710nmの発光波長を有し、赤色を発する。   For example, rhodamine 6G as a rhodamine derivative has an emission wavelength of 550 nm to 620 nm and emits green, yellow to orange. As an oxazine derivative, phenoxazine has an emission wavelength of 560 to 700 nm and emits green, yellow, orange to red. As another oxazine derivative, oxazine 1 has a light emission wavelength of 692 nm to 768 nm and emits red light. Disodium fluorescein as a fluorescein derivative has an emission wavelength of 530 nm to 590 nm, and emits yellowish green and green to yellow. As another fluorescein derivative, fluorescein 27 has an emission wavelength of 540 nm to 589 nm and emits yellowish green and green to yellow. As a coumarin derivative, coumarin 4 has an emission wavelength of 460 nm to 560 nm and emits blue to green. As another coumarin derivative, coumarin 153 has an emission wavelength of 522 nm to 600 nm and emits blue-green and green to yellow. As a styryl derivative, stilbene 1 has an emission wavelength of 405 nm to 446 nm and emits blue. DCM has an emission wavelength of 590 nm to 710 nm and emits red light.

上述したように、有機色素140の蛍光スペクトル150の極大蛍光波長は、コロイド結晶ゲルのストップバンドよりも短波長領域、かつ、コロイド結晶のストップバンドが蛍光スペクトルの範囲内で可変となるように、有機色素140は選択される。より詳細には、図1に示すように、有機色素140の蛍光スペクトル150(図1)の極大蛍光波長はλmaxであり、コロイド結晶ゲルの反射スペクトル160(図1)のストップバンドはλである場合、λ>λmaxであり、かつ、蛍光スペクトル150の範囲内にλが位置する。 As described above, the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum 150 of the organic dye 140 is shorter than the stop band of the colloidal crystal gel and the stopband of the colloidal crystal is variable within the range of the fluorescence spectrum. The organic dye 140 is selected. More specifically, as shown in FIG. 1, the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum 150 (FIG. 1) of the organic dye 140 is λ max , and the stop band of the reflection spectrum 160 (FIG. 1) of the colloidal crystal gel is λ A Λ A > λ max and λ A is located within the fluorescence spectrum 150.

例えば、コロイド結晶ゲルのストップバンドλが700nmである場合、有機色素140としてフェノキサジン、オキサジン1等が使用可能であるが、スチルベン1は使用不可である。コロイド結晶ゲルのストップバンドλが500nmである場合、有機色素140としてクマリン4、スチルベン1等が使用可能であるが、フェノキサジン、オキサジン1は使用不可である。 For example, when the stop band λ A of the colloidal crystal gel is 700 nm, phenoxazine, oxazine 1 or the like can be used as the organic dye 140, but stilbene 1 cannot be used. When the stop band λ A of the colloidal crystal gel is 500 nm, coumarin 4, stilbene 1 and the like can be used as the organic dye 140, but phenoxazine and oxazine 1 cannot be used.

次に、図1の本発明によるレーザ発振素子100のレーザ発振の動作原理を説明する。   Next, the principle of laser oscillation of the laser oscillation device 100 according to the present invention shown in FIG. 1 will be described.

図2は、本発明によるレーザ発振素子のレーザ発振の様子を示す模式図である。   FIG. 2 is a schematic view showing a state of laser oscillation of the laser oscillation element according to the present invention.

図2に示すレーザ発振素子は、図1のレーザ発振素子100と同一であり、外力が印加されていない状態である。レーザ発振素子100の膜厚方向に励起光(波長λex)が入射すると、レーザ発振素子100は、励起光(波長λex)を変換光200(波長λemA)に変換し、出力する。 The laser oscillation element shown in FIG. 2 is the same as the laser oscillation element 100 of FIG. 1 and is in a state where no external force is applied. When excitation light (wavelength λ ex ) enters the laser oscillation element 100 in the film thickness direction, the laser oscillation element 100 converts the excitation light (wavelength λ ex ) into converted light 200 (wavelength λ emA ) and outputs it.

より詳細には、レーザ発振素子100の有機色素140は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150に示す極大蛍光波長λmaxを有する蛍光を発し得る。なお、波長λexは、有機色素140の蛍光スペクトル150の波長よりも十分に短い波長であり得る。しかしながら、レーザ発振素子100は、実際には、蛍光スペクトル150を発することなく、レーザ発振素子100の反射スペクトル160のストップバンドλよりも長波長であり、反射スペクトル160および有機色素140の蛍光スペクトル150の範囲内にある波長λemAを有する変換光200を発することができる。これは、反射バンド端近傍における発光フォトンにおける状態密度(DOS)の共鳴増強に起因する。すなわち、レーザ発振素子100の反射バンド(反射スペクトル160)がフォトニックバンドギャップ(PBG)として良好に機能していることを意味する。また、変換光200のレーザ線幅は極めて狭く、0.01nm〜5nmの範囲である。 More specifically, the organic dye 140 of the laser oscillation element 100 can absorb excitation light and emit fluorescence having the maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectrum 150. The wavelength λ ex may be a wavelength sufficiently shorter than the wavelength of the fluorescence spectrum 150 of the organic dye 140. However, the laser oscillation element 100 actually has a longer wavelength than the stop band λ A of the reflection spectrum 160 of the laser oscillation element 100 without emitting the fluorescence spectrum 150, and the reflection spectrum 160 and the fluorescence spectrum of the organic dye 140 A converted light 200 having a wavelength λ emA in the range of 150 can be emitted. This is due to resonance enhancement of the density of states (DOS) in the emitted photons near the reflection band edge. That is, it means that the reflection band (reflection spectrum 160) of the laser oscillation element 100 functions well as a photonic band gap (PBG). Further, the laser line width of the converted light 200 is extremely narrow, and is in the range of 0.01 nm to 5 nm.

次に、図1の本発明によるレーザ発振素子100に外力を印加した場合のストップバンドの変化を説明する。   Next, the change in the stop band when an external force is applied to the laser oscillation element 100 according to the present invention shown in FIG. 1 will be described.

図3は、本発明によるレーザ発振素子に外力を印加した場合の変化を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a change when an external force is applied to the laser oscillation element according to the present invention.

図3(A)に示すレーザ発振素子100は、図1のレーザ発振素子100と同一であり、外力が印加されていない状態である。レーザ発振素子100に外力(圧縮応力)を膜厚方向に印加すると、図3(B)に示すように、レーザ発振素子100はレーザ発振素子310と変化する。このとき、格子面間隔はdからd(d<d)へと変化するとともに、ストップバンドもまた、波長λから波長λ(λ<λ)へと変化する。さらに、レーザ発振素子310に外力を膜厚方向に印加すると、図3(C)に示すように、レーザ発振素子310はレーザ発振素子320と変化する。このとき、格子面間隔はdからd(d<d)へと変化するとともに、ストップバンドもまた、波長λから波長λ(λ<λ)へと変化する。レーザ発振素子320にさらに外力を膜厚方向に印加すると、図3(D)に示すように、レーザ発振素子320はレーザ発振素子330と変化する。このとき、格子面間隔はdからd(d<d)へと変化するとともに、ストップバンドもまた、波長λから波長λ(λ<λ)へと変化する。ここで、レーザ発振素子330を構成するコロイド結晶ゲルは、接触充填状態にあり、これ以上外力を印加しても、格子面間隔が短くなることはなく、ストップバンドも短波長側にシフトしない。 The laser oscillation element 100 shown in FIG. 3A is the same as the laser oscillation element 100 in FIG. 1 and is in a state where no external force is applied. When an external force (compressive stress) is applied to the laser oscillation element 100 in the film thickness direction, the laser oscillation element 100 changes to a laser oscillation element 310 as shown in FIG. At this time, the lattice spacing changes from d A to d B (d B <d A ), and the stop band also changes from the wavelength λ A to the wavelength λ BBA ). Further, when an external force is applied to the laser oscillation element 310 in the film thickness direction, the laser oscillation element 310 changes to a laser oscillation element 320 as shown in FIG. At this time, the lattice spacing changes from d B to d C (d C <d B ), and the stop band also changes from the wavelength λ B to the wavelength λ CCB ). When an external force is further applied to the laser oscillation element 320 in the film thickness direction, the laser oscillation element 320 changes to a laser oscillation element 330 as shown in FIG. At this time, the lattice spacing changes from d C to d D (d D <d C ), and the stop band also changes from the wavelength λ C to the wavelength λ DDC ). Here, the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element 330 is in a contact filling state, and even when an external force is applied beyond this, the lattice spacing is not shortened, and the stop band is not shifted to the short wavelength side.

図3を参照して説明したように、本発明のレーザ発振素子100を構成するコロイド結晶ゲルは、非接触充填状態にあるので、外力を印加するにつれて、ストップバンドは短波長側へとブルーシフトする。外力の印加に伴う、ブルーシフトは、コロイド結晶ゲルが接触充填状態になるまで続き、それ以降はシフトしない。図3では、特定の非接触充填状態(図3(A)〜(C)等)を示したが、外力の印加の程度によっては、図3(A)〜(B)、図3(B)〜(C)または図3(C)〜(D)の間の任意の接触充填状態のコロイド結晶ゲルを達成できることに留意されたい。   As described with reference to FIG. 3, since the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation device 100 of the present invention is in a non-contact filling state, the stop band is blue shifted toward the short wavelength side as an external force is applied. To do. The blue shift accompanying the application of external force continues until the colloidal crystal gel is in a contact filling state, and does not shift thereafter. FIG. 3 shows a specific non-contact filling state (FIGS. 3A to 3C, etc.), but depending on the degree of application of external force, FIGS. 3A to 3B and FIG. Note that any contact packed colloidal crystal gel between ~ (C) or Figures 3 (C)-(D) can be achieved.

次に、本発明のレーザ発振素子100の発振波長のチューナビリティについて説明する。   Next, the tunability of the oscillation wavelength of the laser oscillation device 100 of the present invention will be described.

図4は、本発明によるレーザ発振素子に外力を印加した場合の発振波長のチューナビリティを示す模式図である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the tunability of the oscillation wavelength when an external force is applied to the laser oscillation element according to the present invention.

図4において、レーザ発振素子100、310、320および330、ならびに、それらのストップバンドは、いずれも、図3で説明したレーザ発振素子ならびにストップバンドと同様であるため、説明を省略する。また、図4の蛍光スペクトル150は、図1および図2の蛍光スペクトル150と同様である。   In FIG. 4, the laser oscillation elements 100, 310, 320, and 330 and their stop bands are all the same as the laser oscillation element and the stop band described in FIG. Moreover, the fluorescence spectrum 150 of FIG. 4 is the same as the fluorescence spectrum 150 of FIG. 1 and FIG.

図2を参照して説明したように、図4のレーザ発振素子100に膜厚方向に励起光(波長λex)が入射すると、レーザ発振素子100の有機色素140は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150に示す極大蛍光波長λmaxを有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子100は、蛍光スペクトル150を発することなく、レーザ発振素子100のストップバンドλよりも長波長であり、かつ、レーザ発振素子100の反射スペクトルおよび有機色素140の蛍光スペクトル150の範囲内にある波長λemAを有する変換光を発することができる。 As described with reference to FIG. 2, when excitation light (wavelength λ ex ) is incident on the laser oscillation element 100 of FIG. 4 in the film thickness direction, the organic dye 140 of the laser oscillation element 100 absorbs the excitation light, Although it is possible to emit fluorescence having the maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectrum 150, the laser oscillation element 100 actually has a longer wavelength than the stop band λ A of the laser oscillation element 100 without emitting the fluorescence spectrum 150. In addition, it is possible to emit converted light having a wavelength λ emA within the range of the reflection spectrum of the laser oscillation element 100 and the fluorescence spectrum 150 of the organic dye 140.

図4のレーザ発振素子310に同様に励起光(波長λex)が入射すると、レーザ発振素子310の有機色素140は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150に示す極大蛍光波長λmaxを有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子310は、蛍光スペクトル150を発することなく、レーザ発振素子310のストップバンドλよりも長波長であり、レーザ発振素子100のストップバンドλよりも短波長であり、かつ、レーザ発振素子310の反射スペクトルおよび有機色素140の蛍光スペクトル150の範囲内にある波長λemBを有する変換光(λmax<λemB<λemA)を発することができる。 Similarly, when excitation light (wavelength λ ex ) enters the laser oscillation element 310 of FIG. 4, the organic dye 140 of the laser oscillation element 310 absorbs the excitation light and has fluorescence having a maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectrum 150. In practice, the laser oscillation element 310 has a longer wavelength than the stop band λ B of the laser oscillation element 310 and does not emit the fluorescence spectrum 150, and is longer than the stop band λ A of the laser oscillation element 100. Converted light (λ maxemBemA ) having a wavelength λ emB that has a short wavelength and falls within the range of the reflection spectrum of the laser oscillation element 310 and the fluorescence spectrum 150 of the organic dye 140 can be emitted.

図4のレーザ発振素子320に同様に励起光(波長λex)が入射すると、レーザ発振素子320の有機色素140は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150に示す極大蛍光波長λmaxを有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子320は、蛍光スペクトル150を発することなく、レーザ発振素子320のストップバンドλよりも長波長であり、レーザ発振素子310のストップバンドλよりも短波長であり、かつ、レーザ発振素子320の反射スペクトルおよび有機色素140の蛍光スペクトル150の範囲内にある波長λemCを有する変換光(λmax<λemC<λemB)を発することができる。 Similarly, when excitation light (wavelength λ ex ) is incident on the laser oscillation element 320 of FIG. 4, the organic dye 140 of the laser oscillation element 320 absorbs the excitation light and has fluorescence having a maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectrum 150. In practice, the laser oscillation element 320 has a longer wavelength than the stop band λ C of the laser oscillation element 320 and does not emit the fluorescence spectrum 150, and is longer than the stop band λ B of the laser oscillation element 310. Converted light (λ maxemCemB ) having a wavelength λ emC that has a short wavelength and falls within the range of the reflection spectrum of the laser oscillation element 320 and the fluorescence spectrum 150 of the organic dye 140 can be emitted.

図4のレーザ発振素子330に同様に励起光(波長λex)が入射すると、レーザ発振素子330の有機色素140は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150に示す極大蛍光波長λmaxを有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子330は、何らレーザ発振しない。これは、図4では、レーザ発振素子330のストップバンドλが、蛍光スペクトル150の極大蛍光波長λmaxよりも短波長領域にあるためである。なお、図4においてレーザ発振素子330のストップバンドが蛍光スペクトル150の極大蛍光波長λmaxよりも長波長領域にあり、かつ、蛍光スペクトル150内にあれば、レーザ発振素子100、310および320と同様にレーザ発振し得ることを理解されたい。 Similarly, when excitation light (wavelength λ ex ) enters the laser oscillation element 330 of FIG. 4, the organic dye 140 of the laser oscillation element 330 absorbs the excitation light and has fluorescence having a maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectrum 150. In practice, the laser oscillation element 330 does not oscillate at all. This is because in FIG. 4, the stop band λ D of the laser oscillation element 330 is in a shorter wavelength region than the maximum fluorescence wavelength λ max of the fluorescence spectrum 150. In FIG. 4, if the stop band of the laser oscillation element 330 is in the wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength λ max of the fluorescence spectrum 150 and is within the fluorescence spectrum 150, the same as the laser oscillation elements 100, 310, and 320. It should be understood that lasing can occur.

図3および図4を参照して説明したように、ストップバンドおよび有機色素を適宜選択すれば、コロイド結晶ゲルのストップバンドを制御することによって、コロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子の発振波長のチューナビリティが達成される。   As described with reference to FIGS. 3 and 4, if the stop band and the organic dye are appropriately selected, the oscillation wavelength tuner of the laser oscillation element made of the colloid crystal gel is controlled by controlling the stop band of the colloid crystal gel. Is achieved.

(実施の形態2)
実施の形態2は、本発明による別のレーザ発振素子に関する。実施の形態1では、有機色素140が一種の例を示したが、実施の形態2では、有機色素140が二種以上の例を示す。
(Embodiment 2)
The second embodiment relates to another laser oscillation element according to the present invention. In the first embodiment, an example in which the organic dye 140 is a kind is shown, but in the second embodiment, an example in which the organic dye 140 is two or more kinds is shown.

図5は、本発明による別のレーザ発振素子の模式図である。   FIG. 5 is a schematic view of another laser oscillation element according to the present invention.

本発明によるレーザ発振素子500は、粒子(微粒子とも呼ぶ)110と、網目状高分子120と、イオン液体130と、有機色素510とを含むコロイド結晶ゲルからなる。粒子110、網目状高分子120およびイオン液体130は、図1を参照して上述したとおりであるため、説明を省略する。また、レーザ発振素子500の粒子110は、非接触充填状態にあり、外力が印加されていない状態である。   The laser oscillation element 500 according to the present invention is made of a colloidal crystal gel including particles (also referred to as fine particles) 110, a network polymer 120, an ionic liquid 130, and an organic dye 510. The particles 110, the network polymer 120, and the ionic liquid 130 are as described above with reference to FIG. Further, the particles 110 of the laser oscillation element 500 are in a non-contact filling state, and no external force is applied.

有機色素510は、実施の形態1の有機色素140と同様に、ローダミン誘導体、オキサジン誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン誘導体、および、スチリル誘導体からなる群から少なくとも1種選択されるが、実施の形態2では、2種が混合されているものとする。実施の形態1の有機色素140と同様に、有機色素510もまた、イオン液体130と混和し得る。   The organic dye 510 is selected from the group consisting of a rhodamine derivative, an oxazine derivative, a fluorescein derivative, a coumarin derivative, and a styryl derivative, as in the organic dye 140 of the first embodiment. Two types are assumed to be mixed. Similar to the organic dye 140 of the first embodiment, the organic dye 510 can also be mixed with the ionic liquid 130.

なお、有機色素510の組み合わせは、各有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長の異なるものが好ましい。これにより、レーザ発振素子500の発振波長のチューナビリティを拡げることができる。例えば、有機色素510は、蛍光スペクトル150を有する有機色素(実施の形態1の有機色素140と同様とする)と、蛍光スペクトル530を有する有機色素との組み合わせであるとする。蛍光スペクトル150は、極大蛍光波長λmaxを有し、蛍光スペクトル530は、極大蛍光波長λmax’を有する(λmax’<λmaxを満たす)。なお、実際の有機色素510の蛍光スペクトルは、蛍光スペクトル150と蛍光スペクトル530とを組み合わせた1つの蛍光スペクトル(図示せず)となり、その形状は有機色素の混合割合によって変化し得ることに留意されたい。 In addition, the combination of the organic pigment | dye 510 from which the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of each organic pigment | dye differs is preferable. Thereby, the tunability of the oscillation wavelength of the laser oscillation element 500 can be expanded. For example, the organic dye 510 is a combination of an organic dye having a fluorescence spectrum 150 (similar to the organic dye 140 of Embodiment 1) and an organic dye having a fluorescence spectrum 530. The fluorescence spectrum 150 has a maximum fluorescence wavelength λ max , and the fluorescence spectrum 530 has a maximum fluorescence wavelength λ max ′ (satisfying λ max ′max ). It should be noted that the actual fluorescence spectrum of the organic dye 510 becomes one fluorescence spectrum (not shown) that combines the fluorescence spectrum 150 and the fluorescence spectrum 530, and the shape thereof may change depending on the mixing ratio of the organic dye. I want.

実施の形態1と同様に、本発明によるレーザ発振素子500において、コロイド結晶ゲルのストップバンド160は、有機色素510の蛍光スペクトル150および530の極大蛍光波長λmaxおよびλmax’より長波長領域、かつ、蛍光スペクトル150および530の少なくともいずれか一方の範囲内で可変であればよい。 As in Embodiment 1, in the laser oscillation device 500 according to the present invention, the stop band 160 of the colloidal crystal gel has a longer wavelength region than the maximum fluorescence wavelengths λ max and λ max ′ of the fluorescence spectra 150 and 530 of the organic dye 510, And what is necessary is just to be variable within the range of at least any one of the fluorescence spectra 150 and 530.

次に、本発明によるレーザ発振素子500のレーザ発振の動作原理を説明する。   Next, the principle of laser oscillation of the laser oscillation device 500 according to the present invention will be described.

図6は、本発明による別のレーザ発振素子のレーザ発振の様子を示す模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of laser oscillation of another laser oscillation element according to the present invention.

レーザ発振素子500の膜厚方向に励起光(波長λex’)が入射すると、レーザ発振素子500は、励起光(波長λex’)を変換光600(波長λemA’)に変換し、出力する。 When excitation light (wavelength λ ex ′ ) is incident in the film thickness direction of the laser oscillation element 500, the laser oscillation element 500 converts the excitation light (wavelength λ ex ′ ) into converted light 600 (wavelength λ emA ′ ) for output. To do.

より詳細には、レーザ発振素子500の有機色素510は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150および530に示す極大蛍光波長λmaxおよびλmax’を有する蛍光を発し得る。なお、波長λex’は、有機色素510の蛍光スペクトル150および530の波長よりも十分に短い波長であり得る。しかしながら、実際には、レーザ発振素子500は、蛍光スペクトル150および530を発することなく、レーザ発振素子500の反射スペクトル160のストップバンドλよりも長波長であり、かつ、反射スペクトル160ならびに有機色素510の少なくとも蛍光スペクトル150の範囲内にある波長λemA’を有する変換光600を発することができる。また、変換光600のレーザ線幅は極めて狭く、0.01nm〜5nmの範囲である。ここで、ストップバンドλおよび変換光600の波長λemA’は、図2を参照して説明したストップバンドλおよび変換光200の波長λemAと同様の場合もあるし、有機色素510の組み合わせによっては異なる場合もある。 More specifically, the organic dye 510 of the laser oscillation device 500 can absorb the excitation light and emit fluorescence having the maximum fluorescence wavelengths λ max and λ max ′ shown in the fluorescence spectra 150 and 530. The wavelength λ ex ′ can be a wavelength sufficiently shorter than the wavelengths of the fluorescence spectra 150 and 530 of the organic dye 510. However, actually, the laser oscillation element 500 does not emit the fluorescence spectra 150 and 530, has a wavelength longer than the stop band λ A of the reflection spectrum 160 of the laser oscillation element 500, and reflects the reflection spectrum 160 and the organic dye. A converted light 600 having a wavelength λ emA ′ at least within the range of the fluorescence spectrum 150 of 510 can be emitted. Further, the laser line width of the converted light 600 is extremely narrow, and is in the range of 0.01 nm to 5 nm. Here, the stop band λ A and the wavelength λ emA ′ of the converted light 600 may be the same as the stop band λ A and the wavelength λ emA of the converted light 200 described with reference to FIG. Some combinations may vary.

次に、本発明の別のレーザ発振素子500に外力を印加した場合のストップバンドの変化を説明する。   Next, changes in the stop band when an external force is applied to another laser oscillation element 500 of the present invention will be described.

図7は、本発明による別のレーザ発振素子に外力を印加した場合の変化を示す模式図である。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a change when an external force is applied to another laser oscillation element according to the present invention.

図7(A)に示すレーザ発振素子500は、図5のレーザ発振素子500と同一であり、外力が印加されていない状態である。レーザ発振素子500に外力(圧縮応力)を膜厚方向に印加すると、図7(B)に示すように、レーザ発振素子500はレーザ発振素子710と変化する。このとき、格子面間隔はdからd(d<d)へと変化するとともに、ストップバンドもまた、波長λから波長λ(λ<λ)へと変化する。さらに、レーザ発振素子710に外力を膜厚方向に印加すると、図7(C)に示すように、レーザ発振素子710はレーザ発振素子720と変化する。このとき、格子面間隔はdからd(d<d)へと変化するとともに、ストップバンドもまた、波長λから波長λ(λ<λ)へと変化する。レーザ発振素子720にさらに外力を膜厚方向に印加すると、図7(D)に示すように、レーザ発振素子720はレーザ発振素子730と変化する。このとき、格子面間隔はdからd(d<d)へと変化するとともに、ストップバンドもまた、波長λから波長λ(λ<λ)へと変化する。ここで、レーザ発振素子730を構成するコロイド結晶ゲルは、接触充填状態にあり、これ以上外力を印加しても、格子面間隔が短くなることはなく、ストップバンドも短波長側にシフトしない。 The laser oscillation element 500 shown in FIG. 7A is the same as the laser oscillation element 500 in FIG. 5 and is in a state where no external force is applied. When an external force (compressive stress) is applied to the laser oscillation element 500 in the film thickness direction, the laser oscillation element 500 changes to a laser oscillation element 710 as shown in FIG. At this time, the lattice spacing changes from d A to d B (d B <d A ), and the stop band also changes from the wavelength λ A to the wavelength λ BBA ). Further, when an external force is applied to the laser oscillation element 710 in the film thickness direction, the laser oscillation element 710 changes to a laser oscillation element 720 as shown in FIG. At this time, the lattice spacing changes from d B to d C (d C <d B ), and the stop band also changes from the wavelength λ B to the wavelength λ CCB ). When an external force is further applied to the laser oscillation element 720 in the film thickness direction, the laser oscillation element 720 changes to a laser oscillation element 730 as shown in FIG. At this time, the lattice spacing changes from d C to d D (d D <d C ), and the stop band also changes from the wavelength λ C to the wavelength λ DDC ). Here, the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element 730 is in a contact filling state, and even when an external force is applied beyond this, the lattice spacing is not shortened, and the stop band is not shifted to the short wavelength side.

なお、ここでは、簡単のため、レーザ発振素子500に外力を印加した場合の格子面間隔およびストップバンドの変化は、図3を参照して説明したレーザ発振素子100のそれらと同様であるものとするが、これに限らない。   Here, for the sake of simplicity, the changes in the lattice spacing and the stop band when an external force is applied to the laser oscillation element 500 are the same as those of the laser oscillation element 100 described with reference to FIG. However, it is not limited to this.

次に、本発明のレーザ発振素子500の発振波長のチューナビリティについて説明する。   Next, the tunability of the oscillation wavelength of the laser oscillation element 500 of the present invention will be described.

図8は、本発明による別のレーザ発振素子に外力を印加した場合の発振波長のチューナビリティを示す模式図である。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the tunability of the oscillation wavelength when an external force is applied to another laser oscillation element according to the present invention.

図8において、レーザ発振素子500、710、720および730、ならびに、それらのストップバンドは、いずれも、図7で説明したレーザ発振素子ならびにストップバンドと同様であるため、説明を省略する。また、図8の蛍光スペクトル150および530は、図5および図6の蛍光スペクトル150および530と同様である。   In FIG. 8, the laser oscillation elements 500, 710, 720, and 730 and their stop bands are all the same as the laser oscillation element and the stop band described with reference to FIG. Further, the fluorescence spectra 150 and 530 in FIG. 8 are the same as the fluorescence spectra 150 and 530 in FIGS.

図6を参照して説明したように、図5のレーザ発振素子500に膜厚方向に励起光(波長λex’)が入射すると、レーザ発振素子500の有機色素510は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150および530に示す極大蛍光波長λmaxおよびλmax’を有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子500は、蛍光スペクトル150および530を発することなく、レーザ発振素子500のストップバンドλよりも長波長であり、かつ、レーザ発振素子500の反射スペクトルならびに有機色素530の少なくとも蛍光スペクトル150の範囲内にある波長λemA’を有する変換光600を発することができる。 As described with reference to FIG. 6, when excitation light (wavelength λ ex ′ ) enters the laser oscillation element 500 in FIG. 5 in the film thickness direction, the organic dye 510 of the laser oscillation element 500 absorbs the excitation light. In this case, the laser oscillation element 500 can emit fluorescence having the maximum fluorescence wavelengths λ max and λ max ′ shown in the fluorescence spectra 150 and 530, but actually, the laser oscillation element 500 does not emit the fluorescence spectra 150 and 530. It is possible to emit converted light 600 having a wavelength λ emA ′ that is longer than the stop band λ A and has a reflection spectrum of the laser oscillation element 500 and at least a fluorescence spectrum 150 of the organic dye 530.

図8のレーザ発振素子710に同様に励起光(波長λex’)が入射すると、レーザ発振素子710の有機色素510は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150および530に示す極大蛍光波長λmaxおよびλmax’を有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子710は、蛍光スペクトル150および530を発することなく、レーザ発振素子710のストップバンドλよりも長波長であり、レーザ発振素子500のストップバンドλよりも短波長であり、かつ、レーザ発振素子710の反射スペクトルならびに有機色素510の蛍光スペクトル150および/または530の範囲内にある波長λemB’を有する変換光(λmax’<λmax<λemB’<λemA’)を発することができる。 Similarly, when excitation light (wavelength λ ex ′ ) enters the laser oscillation element 710 of FIG. 8, the organic dye 510 of the laser oscillation element 710 absorbs the excitation light, and the maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectra 150 and 530 is obtained. and lambda max 'may fluoresce with, but in practice, laser oscillation device 710, without emitting fluorescence spectra 150 and 530, a wavelength longer than the stop band lambda B of the laser oscillation device 710, the laser oscillation Converted light (λ) having a wavelength λ emB ′ having a wavelength shorter than the stop band λ A of the element 500 and within the range of the reflection spectrum of the laser oscillation element 710 and the fluorescence spectrum 150 and / or 530 of the organic dye 510 max ′maxemB ′emA ′ ).

図8のレーザ発振素子720に同様に励起光(波長λex’)が入射すると、レーザ発振素子720の有機色素510は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150および530に示す極大蛍光波長λmaxおよびλmax’を有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子720は、蛍光スペクトル150および530を発することなく、レーザ発振素子720のストップバンドλよりも長波長であり、レーザ発振素子710のストップバンドλよりも短波長であり、かつ、レーザ発振素子720の反射スペクトルならびに有機色素510の蛍光スペクトル150および/または530の範囲内にある波長λemC’を有する変換光(λmax’<λmax<λemC’<λemB’)を発することができる。 Similarly, when excitation light (wavelength λ ex ′ ) enters the laser oscillation element 720 of FIG. 8, the organic dye 510 of the laser oscillation element 720 absorbs the excitation light, and the maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectra 150 and 530 is obtained. and lambda max 'may fluoresce with, but in practice, laser oscillation device 720 without emitting a fluorescence spectrum 150 and 530, a wavelength longer than the stop band lambda C lasing element 720, laser oscillation Converted light having a wavelength shorter than the stop band λ B of the element 710 and having a wavelength λ emC ′ within the range of the reflection spectrum of the laser oscillation element 720 and the fluorescence spectrum 150 and / or 530 of the organic dye 510 (λ max ′maxemC ′emB ′ ).

図8のレーザ発振素子730に同様に励起光(波長λex’)が入射すると、レーザ発振素子730の有機色素510は、励起光を吸収し、蛍光スペクトル150および530に示す極大蛍光波長λmaxおよびλmax’を有する蛍光を発し得るが、実際には、レーザ発振素子730は、蛍光スペクトル150および530を発することなく、レーザ発振素子730のストップバンドλよりも長波長であり、レーザ発振素子720のストップバンドλよりも短波長であり、かつ、レーザ発振素子730の反射スペクトルならびに有機色素510の蛍光スペクトル150および/または530の範囲内にある波長λemD’を有する変換光(λmax’<λemD’<λmax<λemC’)を発することができる。 Similarly, when excitation light (wavelength λ ex ′ ) is incident on the laser oscillation element 730 of FIG. 8, the organic dye 510 of the laser oscillation element 730 absorbs the excitation light, and the maximum fluorescence wavelength λ max shown in the fluorescence spectra 150 and 530 is obtained. and lambda max 'may fluoresce with, but in practice, laser oscillation device 730 without emitting a fluorescence spectrum 150 and 530, a wavelength longer than the stop band lambda D of the laser oscillation device 730, the laser oscillation Converted light (λ) having a wavelength shorter than the stop band λ C of the element 720 and having a wavelength λ emD ′ within the range of the reflection spectrum of the laser oscillation element 730 and the fluorescence spectrum 150 and / or 530 of the organic dye 510 max ′emD ′maxemC ′ ).

ここで注目すべきは、単一の有機色素140のみを用いた実施の形態1において、粒子110が接触状態まで外力を印加するとレーザ発振できなかった(図4のレーザ発振素子330)が、2種の有機色素510を用いることによって、粒子110が接触状態まで外力を印加した場合であっても、レーザ発振が可能になることである。すなわち、有機色素の組み合わせによって、レーザ発振のチューナビリティを拡げることができる。レーザ発振のチューナビリティの幅の、短波長側は、少なくとも1つの有機色素の極大蛍光波長に依存し、長波長側は、少なくとも1つの有機色素の蛍光スペクトルの範囲に依存している。   It should be noted here that in the first embodiment using only a single organic dye 140, when an external force is applied until the particles 110 are in contact with each other, laser oscillation cannot be performed (laser oscillation element 330 in FIG. 4). By using the organic dye 510 of the seed, laser oscillation is possible even when an external force is applied until the particles 110 are in contact. That is, the tunability of laser oscillation can be expanded by combining organic dyes. The short wavelength side of the range of tunability of laser oscillation depends on the maximum fluorescence wavelength of at least one organic dye, and the long wavelength side depends on the range of the fluorescence spectrum of at least one organic dye.

図7および図8を参照して説明したように、ストップバンドおよび有機色素の組み合わせを適宜選択すれば、コロイド結晶ゲルのストップバンドを制御することによって、コロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子の発振波長のチューナビリティが達成されるとともに、チューナビリティを拡げることができる。また、実施の形態2では、簡単のため、有機色素510を2種の組み合わせに限定して説明したが、3種以上であっても同様であることは、当業者であれば容易に理解し得る。   As described with reference to FIGS. 7 and 8, if the combination of the stop band and the organic dye is appropriately selected, the oscillation wavelength of the laser oscillation element made of the colloid crystal gel is controlled by controlling the stop band of the colloid crystal gel. Tunability can be expanded as well as tuneability is achieved. In the second embodiment, for the sake of simplicity, the organic dye 510 is described as being limited to two types of combinations. However, those skilled in the art can easily understand that the same applies to three or more types. obtain.

(実施の形態3)
実施の形態3は、実施の形態1および2で説明したレーザ発振素子の製造方法に関する。
(Embodiment 3)
The third embodiment relates to a method for manufacturing the laser oscillation element described in the first and second embodiments.

図9は、本発明によるコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を製造するフローチャートを示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing a flowchart for manufacturing a laser oscillation element made of a colloidal crystal gel according to the present invention.

ステップS910:粒子が網目状高分子によって固定化されたコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させる。ここで、粒子、網目状高分子、イオン液体および有機色素は、実施の形態1および2で説明したとおりである。ここで、イオン液体および有機色素を含浸させるべきコロイド結晶ゲルは、乾燥していてもよいし、分散媒を含有していてもよい。なお、分散媒を含有する場合には、イオン液体を除く、水、有機溶媒等既存の任意の分散媒である。コロイド結晶ゲルは、例えば、特開2006−124521号公報、Sawadaら,Jpn.J.Appl.Phys.2001,40,L1226、および、Kanaiら,Adv.Funct.Mater.2005,15,25等を参照して作製してもよい。本発明によるイオン液体および有機色素が含浸されたコロイド結晶ゲルと、イオン液体および有機色素が含浸されるべきコロイド結晶ゲルとを便宜上区別するため、以降では、イオン液体および有機色素が含浸されるべきコロイド結晶ゲルを“従来型コロイド結晶ゲル”と称する。   Step S910: Impregnating the colloidal crystal gel in which the particles are fixed with a network polymer with an ionic liquid and an organic dye. Here, the particles, the network polymer, the ionic liquid, and the organic dye are as described in the first and second embodiments. Here, the colloidal crystal gel to be impregnated with the ionic liquid and the organic dye may be dried or may contain a dispersion medium. In addition, when it contains a dispersion medium, it is existing arbitrary dispersion media, such as water and an organic solvent, except an ionic liquid. Colloidal crystal gels are described, for example, in JP-A 2006-124521, Sawada et al., Jpn. J. et al. Appl. Phys. 2001, 40, L1226, and Kanai et al., Adv. Funct. Mater. You may produce with reference to 2005, 15, 25 grade | etc.,. In order to distinguish the colloidal crystal gel impregnated with the ionic liquid and the organic dye according to the present invention from the colloidal crystal gel to be impregnated with the ionic liquid and the organic dye, hereinafter, the ionic liquid and the organic dye should be impregnated. The colloidal crystal gel is referred to as “conventional colloidal crystal gel”.

ステップS910において、「含浸」とは、従来型コロイド結晶ゲルとイオン液体および有機色素とを接触させる任意の手段を意図し、例示的には、従来型コロイド結晶ゲルをイオン液体および有機色素に浸漬させること、従来型コロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を滴下すること等である。好ましくは、含浸条件は、大気圧中室温にて1時間〜14日間である。このように、本発明の方法によれば、単に、従来型コロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させるだけで、従来型コロイド結晶ゲルにおける分散媒と、イオン液体および有機色素とが自発的に置換する、あるいは、分散媒を含有しない従来型コロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素が自発的に浸透する。その結果、実施の形態1および2を参照して説明したコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子100および500が得られる。   In step S910, “impregnation” means any means for bringing the conventional colloidal crystal gel into contact with the ionic liquid and the organic dye. For example, the conventional colloidal crystal gel is immersed in the ionic liquid and the organic dye. For example, dropping an ionic liquid and an organic dye onto a conventional colloidal crystal gel. Preferably, the impregnation conditions are 1 hour to 14 days at room temperature in atmospheric pressure. As described above, according to the method of the present invention, the conventional colloidal crystal gel is impregnated with the ionic liquid and the organic dye, and the dispersion medium in the conventional colloidal crystal gel, the ionic liquid and the organic dye are spontaneously generated. The ionic liquid and the organic dye spontaneously permeate into a conventional colloidal crystal gel that does not contain a dispersion medium. As a result, laser oscillation elements 100 and 500 made of the colloidal crystal gel described with reference to Embodiments 1 and 2 are obtained.

イオン液体および有機色素は、ステップS910によって得られたコロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域、かつ、蛍光スペクトルの範囲内で可変となるように選択されることに留意されたい。コロイド結晶ゲルのストップバンドと有機色素の蛍光スペクトルとを適宜選択するだけで、1ステップの操作により本発明のレーザ発振素子を製造できるので、簡便かつ有利である。   The ionic liquid and the organic dye are selected so that the stop band of the colloidal crystal gel obtained in step S910 is variable at least within a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye and within the range of the fluorescence spectrum. Note that this is done. Since the laser oscillation device of the present invention can be produced by a one-step operation only by appropriately selecting the stop band of the colloidal crystal gel and the fluorescence spectrum of the organic dye, it is simple and advantageous.

なお、製造効率の観点から、ステップS910において、加熱しながら含浸させてもよい。これにより、従来型コロイド結晶ゲルが分散媒を含有する場合には、分散媒の揮発を促進させるので、分散媒とイオン液体および有機色素との置換が加速し得る。加熱温度は、従来型コロイド結晶ゲルの分散媒の種類に応じて異なるが、例えば、分散媒として水を用いる場合には、40℃〜100℃の温度範囲が好ましい。この範囲であれば、粒子の配列を乱すことなく、分散媒のみが揮発し得る。   In addition, from a viewpoint of manufacturing efficiency, the impregnation may be performed while heating in step S910. Thereby, when the conventional colloidal crystal gel contains a dispersion medium, the volatilization of the dispersion medium is promoted, so that the replacement of the dispersion medium with the ionic liquid and the organic dye can be accelerated. The heating temperature varies depending on the type of the dispersion medium of the conventional colloidal crystal gel. For example, when water is used as the dispersion medium, a temperature range of 40 ° C. to 100 ° C. is preferable. Within this range, only the dispersion medium can be volatilized without disturbing the arrangement of the particles.

また、製造効率の観点から、ステップS910において、減圧雰囲気下または除湿雰囲気下において含浸させてもよい。これにより、従来型コロイド結晶ゲルが分散媒を含有する場合には、分散媒の揮発を促進させるので、分散媒とイオン液体および有機色素との置換が加速し得る。圧力または湿度は、従来型コロイド結晶ゲルの分散媒の種類に応じて異なるが、例えば、分散媒として水を用いる場合には、4kPa以下の減圧雰囲気または40%以下の湿度範囲が好ましい。この範囲であれば、常圧で通常湿度の環境下に比べて、分散媒の揮発の加速について有効な効果が期待される。当然のことながら、ステップS910において、減圧雰囲気下または除湿雰囲気下にて従来型コロイド結晶ゲルを加熱してもよい。   Further, from the viewpoint of production efficiency, in step S910, the impregnation may be performed under a reduced pressure atmosphere or a dehumidified atmosphere. Thereby, when the conventional colloidal crystal gel contains a dispersion medium, the volatilization of the dispersion medium is promoted, so that the replacement of the dispersion medium with the ionic liquid and the organic dye can be accelerated. The pressure or humidity varies depending on the type of dispersion medium of the conventional colloidal crystal gel. For example, when water is used as the dispersion medium, a reduced pressure atmosphere of 4 kPa or less or a humidity range of 40% or less is preferable. If it is this range, compared with the environment of a normal pressure and a normal humidity, the effective effect is expected about acceleration | stimulation of volatilization of a dispersion medium. Of course, in step S910, the conventional colloidal crystal gel may be heated in a reduced pressure atmosphere or a dehumidified atmosphere.

図10は、本発明によるコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を製造する別のフローチャートを示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing another flowchart for manufacturing a laser oscillation element made of a colloidal crystal gel according to the present invention.

図9のステップS910は、好ましくは、2つのステップS1010およびS1020からなる。   Step S910 in FIG. 9 preferably comprises two steps S1010 and S1020.

ステップS1010:分散媒が水である従来型コロイド結晶ゲルにイオン液体を含浸させる。ここでも、好ましくは、含浸条件は、大気圧中室温にて1時間〜14日間である。また、上述したように、加熱および/または減圧・除湿雰囲気下で含浸させてもよい。   Step S1010: A conventional colloidal crystal gel in which the dispersion medium is water is impregnated with an ionic liquid. Again, preferably, the impregnation conditions are 1 hour to 14 days at room temperature in atmospheric pressure. Further, as described above, the impregnation may be performed in a heating and / or reduced pressure / dehumidified atmosphere.

ステップS1020:ステップS1010についで、イオン液体が含浸されたコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素をさらに含浸させる。ここでも、好ましくは、含浸条件は、大気圧中室温にて1時間〜14日間である。   Step S1020: Following step S1010, the colloidal crystal gel impregnated with the ionic liquid is further impregnated with the ionic liquid and the organic dye. Again, preferably, the impregnation conditions are 1 hour to 14 days at room temperature in atmospheric pressure.

このように、イオン液体および有機色素の従来型コロイド結晶ゲルへの含浸を2段階に分けることによって、有機色素が析出するのを防ぐことができるので、好ましい。有機色素は水に溶解しにくい性質を有し得る。したがって、ステップS1010において従来型コロイド結晶ゲル中の分散媒の水とイオン液体とを予め置換することにより、ステップS1020において、有機色素が析出することなくコロイド結晶ゲル中に浸透するので、イオン液体と有機色素とを含有するコロイド結晶ゲルを確実に得ることができる。   Thus, it is preferable to separate the impregnation of the ionic liquid and the organic dye into the conventional colloidal crystal gel in two stages, so that the organic dye can be prevented from precipitating. Organic dyes can have the property of being difficult to dissolve in water. Accordingly, by replacing the dispersion medium water and the ionic liquid in the conventional colloidal crystal gel in step S1010 in advance, the organic dye penetrates into the colloidal crystal gel without being precipitated in step S1020. A colloidal crystal gel containing an organic dye can be reliably obtained.

(実施の形態4)
実施の形態4は、実施の形態1および2で説明したレーザ発振素子を用いたレーザ発振装置に関する。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment relates to a laser oscillation device using the laser oscillation element described in the first and second embodiments.

図11は、本発明によるレーザ発振装置を示す模式図である。   FIG. 11 is a schematic diagram showing a laser oscillation apparatus according to the present invention.

レーザ発振装置1100は、光源1110と、光源1110が発する光を受光し、光の波長を変換するレーザ発振素子1120と、レーザ発振素子1120に応力を印加する応力印加手段1130とを含む。   The laser oscillation device 1100 includes a light source 1110, a laser oscillation element 1120 that receives light emitted from the light source 1110 and converts the wavelength of the light, and stress applying means 1130 that applies stress to the laser oscillation element 1120.

光源1110は、半導体材料あるいは結晶を用いた固体レーザ、CO、ArFエキシマを用いたガスレーザ等任意のレーザ光源であり得、レーザ発振素子1120に採用された有機色素を励起し得る波長の光を発する。 The light source 1110 can be an arbitrary laser light source such as a solid-state laser using a semiconductor material or a crystal, a gas laser using a CO 2 , or an ArF excimer, and emits light having a wavelength that can excite the organic dye employed in the laser oscillation element 1120. To emit.

レーザ発振素子1120は、実施の形態1および2で説明したレーザ発振素子100、500であり得る。   The laser oscillation element 1120 may be the laser oscillation element 100 or 500 described in the first and second embodiments.

応力印加手段1130は、レーザ発振素子1120の粒子110(図1、図5等)の格子面間隔を制御し、ストップバンドを変化させるよう、レーザ発振素子1120の膜厚方向に応力を印加する。図示しないが、レーザ発振装置1100は、応力印加手段1130を制御するコンピュータ等の制御部を有してもよい。制御部が、レーザ発振素子1120の外力とストップバンドとの関係を予め有していれば、レーザ発振素子1120が所望のストップバンドを有するように、あるいは、レーザ発振素子1120のストップバンドを線形に変化するように、制御が容易になるので、チューナブルなレーザ発振を可能にする。   The stress applying means 1130 applies a stress in the film thickness direction of the laser oscillation element 1120 so as to control the lattice plane spacing of the particles 110 (FIGS. 1, 5, etc.) of the laser oscillation element 1120 and to change the stop band. Although not shown, the laser oscillation device 1100 may include a control unit such as a computer that controls the stress applying unit 1130. If the control unit has a relationship between the external force of the laser oscillation element 1120 and the stop band in advance, the laser oscillation element 1120 has a desired stop band, or the stop band of the laser oscillation element 1120 is linear. As control is facilitated as it changes, tunable laser oscillation is enabled.

次に、レーザ発振装置1100の動作を説明する。ここでは簡単のため、レーザ発振素子1120は、実施の形態1で説明したレーザ発振素子100と同様であるものとする。   Next, the operation of the laser oscillation device 1100 will be described. Here, for simplicity, it is assumed that the laser oscillation element 1120 is similar to the laser oscillation element 100 described in the first embodiment.

光源1110は、波長λexを有する励起光を発する。励起光の波長λexは、レーザ発振素子1120の有機色素を励起させるに十分な波長である。励起光は、レーザ発振素子1120に入射され、レーザ発振素子1120は励起光を受光する。 The light source 1110 emits excitation light having a wavelength λ ex . The wavelength λ ex of the excitation light is a wavelength sufficient to excite the organic dye of the laser oscillation element 1120. The excitation light is incident on the laser oscillation element 1120, and the laser oscillation element 1120 receives the excitation light.

レーザ発振素子1120の有機色素は、励起光により励起される。ここで、応力印加手段1130がレーザ発振素子1120に何ら応力を印加せず、レーザ発振素子1120のストップバンドがλである場合、波長λexを波長λemAに変換し、出力する(図2あるいは図4)。 The organic dye of the laser oscillation element 1120 is excited by excitation light. Here, when the stress applying unit 1130 does not apply any stress to the laser oscillation element 1120 and the stop band of the laser oscillation element 1120 is λ A , the wavelength λ ex is converted into the wavelength λ emA and output (FIG. 2). Or FIG. 4).

一方、応力印加手段1130がレーザ発振素子1120に応力を印加し、レーザ発振素子1120のストップバンドがλである場合、波長λexを波長λemCに変換し、出力する(図4)。このようにして、応力印加手段1130によりレーザ発振装置1100は、チューナブルなレーザ発振を可能にする。 On the other hand, when the stress applying unit 1130 applies stress to the laser oscillation element 1120 and the stopband of the laser oscillation element 1120 is λ C , the wavelength λ ex is converted into the wavelength λ emC and output (FIG. 4). In this manner, the laser oscillation device 1100 enables tunable laser oscillation by the stress applying unit 1130.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。   The present invention will now be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

実施例1では、イオン液体として1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物を、有機色素としてローダミン誘導体を用いたコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を製造した。   In Example 1, a laser oscillation element made of a colloidal crystal gel using 1-allyl-3-butylimidazolium halide as an ionic liquid and a rhodamine derivative as an organic dye was manufactured.

まず、分散媒として水を含有する従来型コロイド結晶ゲルを特開2006−124521号公報、Sawadaら,Jpn.J.Appl.Phys.2001,40,L1226、Kanaiら,Adv.Funct.Mater.2005,15,25を参照して製造した。   First, a conventional colloidal crystal gel containing water as a dispersion medium is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-124521, Sawada et al., Jpn. J. et al. Appl. Phys. 2001, 40, L1226, Kanai et al., Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 25.

詳細な手順は次のとおりである。単分散のポリスチレン粒子(直径120nm)の水溶性懸濁液をイオン交換樹脂で処理し、脱イオン化により懸濁液中にポリスチレンの多結晶構造を得た。次いで、N−メチロールアクリルアミド(0.70M)およびN,N’−メチレンビスアクリルアミド(40mM)の水溶性ゲル前駆体を2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド](0.35mM)の光重合開始剤とともに、懸濁液に添加した。続いて、懸濁液をすばやく平板状キャピラリセル(厚さ約100μm)に流しいれ、大面積(100cm)の単結晶ドメインからなるコロイド結晶を形成した。光重合により、コロイド結晶中の水溶性ゲル前駆体が架橋したネットワーク構造した網目状高分子でコロイド結晶を固定化し、従来型コロイド結晶ゲル(自己組織的に周期配列したポリスチレン粒子が網目状高分子によって固定化されたコロイド結晶ゲル)を得た。 The detailed procedure is as follows. A water-soluble suspension of monodispersed polystyrene particles (diameter 120 nm) was treated with an ion exchange resin, and a polycrystal structure of polystyrene was obtained in the suspension by deionization. Then, a water-soluble gel precursor of N-methylolacrylamide (0.70 M) and N, N′-methylenebisacrylamide (40 mM) was converted into 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propion. Amide] (0.35 mM) was added to the suspension along with the photoinitiator. Subsequently, the suspension was quickly poured into a flat capillary cell (thickness: about 100 μm) to form a colloidal crystal composed of a single crystal domain having a large area (100 cm 2 ). A colloidal crystal is immobilized by a network polymer with a network structure in which water-soluble gel precursors in the colloidal crystal are cross-linked by photopolymerization, and the conventional colloidal crystal gel (self-organized and periodically arranged polystyrene particles are the network polymer). Colloidal crystal gel) was obtained.

次に、従来型コロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させた(図9のステップS910)。イオン液体は、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物のうち1−アリル−3−ブチルイミダゾリウム臭化物(以降では簡単のためABImBrと称する)であった。有機色素は、ローダミン誘導体のうちローダミン640(以降では簡単のためRhと称する)であった。   Next, the conventional colloidal crystal gel was impregnated with an ionic liquid and an organic dye (step S910 in FIG. 9). The ionic liquid was 1-allyl-3-butylimidazolium bromide (hereinafter referred to as ABImBr for simplicity) among 1-allyl-3-butylimidazolium halides. The organic dye was rhodamine 640 (hereinafter referred to as Rh for simplicity) among the rhodamine derivatives.

具体的には、従来型コロイド結晶ゲルにABImBrを含浸させた(図10のステップS1010)。これにより、従来型コロイド結晶ゲル中の分散媒である水がABImBrに置換された。含浸は、直径3mmの円形シート状にカットした従来型コロイド結晶ゲルを、大気中室温において1週間、AbImBrに浸漬することによって行った。   Specifically, a conventional colloidal crystal gel was impregnated with ABImBr (step S1010 in FIG. 10). As a result, water as a dispersion medium in the conventional colloidal crystal gel was replaced with ABImBr. The impregnation was performed by immersing a conventional colloidal crystal gel cut into a circular sheet having a diameter of 3 mm in AbImBr at room temperature in the atmosphere for one week.

次いで、ABImBrで置換され、膨潤したコロイド結晶ゲルに、ABImBrとRhとの混合溶液(0.25wt%Rh)を含浸させた(図10のステップS1020)。コロイド結晶ゲル中のABImBrは、ABImBrとRhとの混合溶液と置換した。含浸は、コロイド結晶ゲルを、大気中室温において1週間、AbImBrおよびRhの混合溶液に浸漬することによって行った。その後、ABImBrおよびRhが含浸されたコロイド結晶ゲルを数十分間真空中に曝し、残留する分散媒(水)を除去した。このようにしてイオン液体(ABImBr)および有機色素(Rh)を含有するコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を得た。   Next, a mixed solution (0.25 wt% Rh) of ABImBr and Rh was impregnated in the colloidal crystal gel which was replaced with ABImBr and swollen (step S1020 in FIG. 10). ABImBr in the colloidal crystal gel was replaced with a mixed solution of ABImBr and Rh. The impregnation was performed by immersing the colloidal crystal gel in a mixed solution of AbImBr and Rh for 1 week at room temperature in the atmosphere. Thereafter, the colloidal crystal gel impregnated with ABImBr and Rh was exposed to a vacuum for several tens of minutes to remove the remaining dispersion medium (water). In this way, a laser oscillation element comprising a colloidal crystal gel containing an ionic liquid (ABImBr) and an organic dye (Rh) was obtained.

実施例1のレーザ発振素子について、光学顕微鏡システムを用いて光学測定を行った。   About the laser oscillation element of Example 1, the optical measurement was performed using the optical microscope system.

図12は、光学顕微鏡システムを示す模式図である。   FIG. 12 is a schematic diagram showing an optical microscope system.

光学顕微鏡システムは、Q−スイッチNd:YAGレーザ光源(PolarisII20ST、New Wave Research)1210と、レーザ発振素子1220と、応力印加手段1230とを含むレーザ発振装置を備える。詳細には、光学顕微鏡システムは、レーザ発振装置に加えて、ダイクロイックミラー(Di1−R532−25×36、Semrock)1201、λ/2板1202、グランレーザプリズム1203、撮像レンズ(U−TLU、Olympus)1204、CMOSカメラ(Moticam2000、Shimadzu)1205、分光計1206、100Wハロゲンランプ1207、顕微鏡用電動式照明器具(BX−RLA2、Olympus)1208および対物レンズ(SLMPLanN×20、Olympus)1209を備える。   The optical microscope system includes a laser oscillation device including a Q-switched Nd: YAG laser light source (Polaris II 20ST, New Wave Research) 1210, a laser oscillation element 1220, and a stress applying unit 1230. Specifically, the optical microscope system includes a dichroic mirror (Di1-R532-25 × 36, Semirock) 1201, a λ / 2 plate 1202, a Glan laser prism 1203, an imaging lens (U-TLU, Olympus) in addition to a laser oscillation device. ) 1204, a CMOS camera (Moticam2000, Shimadzu) 1205, a spectrometer 1206, a 100 W halogen lamp 1207, an electric lighting fixture for a microscope (BX-RLA 2, Olympus) 1208, and an objective lens (SLMPLanN × 20, Olympus) 1209.

図13は、応力印加手段を示す模式図である。   FIG. 13 is a schematic diagram showing stress applying means.

図12の応力印加手段1230は、詳細には、精密制御可能なマイクロメータヘッド1310と、バネ1320と、ガラス基板1330とを含む。応力印加手段1230は、ガラス基板1330間にレーザ発振素子1220を保持する。図面では、2つのマイクロメータヘッド1310が示されるが、実際には、3つのマイクロメータヘッドを用いて、レーザ発振素子1220のコロイド結晶ゲルの膜厚方向に均一に外力を印加した。   12 includes a micrometer head 1310 that can be precisely controlled, a spring 1320, and a glass substrate 1330. The stress applying unit 1230 holds the laser oscillation element 1220 between the glass substrates 1330. Although two micrometer heads 1310 are shown in the drawing, actually, an external force is applied uniformly in the film thickness direction of the colloidal crystal gel of the laser oscillation element 1220 using three micrometer heads.

レーザ発振素子のコロイド結晶ゲルの反射スペクトルを、ハロゲンランプ1207を備えた顕微鏡用電動式照明器具1208を介して測定した。レーザ発振素子の発光スペクトルを、光源1210からのSHG光(波長532nm)を用いて測定した。光源1210のパルス幅は約3nsであり、繰り返し周波数は10Hzであった。光源1210からのSHG光は励起光としてレーザ発振素子1220の膜厚方向にそって伝播し、対物レンズ1209を介してフォーカスされる。その結果、レーザ発振素子1220の表面に直径約40μmの円形スポットを得た。レーザ発振素子1220からの共線伝達された発光スペクトルを、電荷結合素子(CCD)検出器(SR−303iおよびiDus DU420A、Andor Technology)を備えた分光計1206により測定した。レーザ発振のビーム品質を、CCDビームプロファイラ(BeamStar FX−33、Ophir)により解析した。反射および発光色の顕微鏡像を、相補型金属酸化物半導体カメラにより記録した。   The reflection spectrum of the colloidal crystal gel of the laser oscillation element was measured through an electric lighting fixture for microscope 1208 equipped with a halogen lamp 1207. The emission spectrum of the laser oscillation element was measured using SHG light (wavelength 532 nm) from the light source 1210. The pulse width of the light source 1210 was about 3 ns, and the repetition frequency was 10 Hz. SHG light from the light source 1210 propagates along the film thickness direction of the laser oscillation element 1220 as excitation light and is focused through the objective lens 1209. As a result, a circular spot having a diameter of about 40 μm was obtained on the surface of the laser oscillation element 1220. The collinearly transmitted emission spectrum from the laser oscillation element 1220 was measured by a spectrometer 1206 equipped with a charge coupled device (CCD) detector (SR-303i and iDus DU420A, Andor Technology). The laser oscillation beam quality was analyzed with a CCD beam profiler (BeamStar FX-33, Ophir). Reflection and emission color micrographs were recorded with a complementary metal oxide semiconductor camera.

応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子に外力をした場合の反射顕微鏡像、反射スペクトルおよびストップバンドの外力依存性を調べた。結果を図14および図15に示す。ABImBrの吸収スペクトルを測定した。結果を図16に示す。応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子に外力を印加した場合の発光スペクトルおよびその際のビームプロファイルを測定した。これらの結果を図17〜図19に示す。応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子に外力を印加した場合の発光線幅および発光強度の励起光のエネルギー(励起エネルギー)依存性を調べた。結果を図20に示す。応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子に外力を印加した場合の発光スペクトルのチューナビリティを測定した。結果を図21に示す。   The external force dependence of the reflection microscope image, reflection spectrum, and stop band when an external force was applied to the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230 was examined. The results are shown in FIG. 14 and FIG. The absorption spectrum of ABImBr was measured. The results are shown in FIG. The emission spectrum and the beam profile at that time when an external force was applied to the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230 were measured. These results are shown in FIGS. The dependence of the emission line width and emission intensity on the excitation light energy (excitation energy) when an external force was applied to the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230 was examined. The results are shown in FIG. The tunability of the emission spectrum when an external force was applied to the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230 was measured. The results are shown in FIG.

実施例2は、イオン液体として1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物を、有機色素としてローダミン誘導体の組み合わせを用いたコロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子を製造した。なお、有機色素の組み合わせが、ローダミン誘導体のうちRhとスルフォローダミンB(以降では簡単のためSRと称する)とであり、ABImBrで置換され、膨潤したコロイド結晶ゲルに、ABImBrとRhおよびSRとの混合溶液(0.10wt%Rhおよび0.25wt%)を含浸させた以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。   In Example 2, a laser oscillation element made of a colloidal crystal gel using 1-allyl-3-butylimidazolium halide as an ionic liquid and a combination of rhodamine derivatives as an organic dye was produced. The combination of organic dyes is Rh and sulfodamine B (hereinafter referred to as SR for the sake of simplicity) among rhodamine derivatives. ABImBr, Rh, and SR are substituted into ABImBr and swollen colloidal crystal gel. Since it is the same as that of Example 1 except impregnating the mixed solution (0.10 wt% Rh and 0.25 wt%), the description is omitted.

応力印加手段1230により実施例2のレーザ発振素子に外力を印加した場合の発光スペクトルのチューナビリティおよびレーザ発光の顕微鏡像を調べた。これらの結果を図22および図23に示す。   The tunability of the emission spectrum and the microscope image of laser emission when an external force was applied to the laser oscillation element of Example 2 by the stress applying means 1230 were examined. These results are shown in FIG. 22 and FIG.

実施例3では、実施例1および2と同様にイオン液体としてABImBrを、有機色素として4−ジシアノメチレン−2−メチル−6(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)と混合した混合溶液(0.25wt%DCM)を調製し、その発光スペクトルを測定した。結果を図26および図28に示す。   In Example 3, as in Examples 1 and 2, ABImBr was mixed as ionic liquid with 4-dicyanomethylene-2-methyl-6 (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM) as an organic dye. A solution (0.25 wt% DCM) was prepared and its emission spectrum was measured. The results are shown in FIGS. 26 and 28.

比較例1Comparative Example 1

比較例1では、実施例1において従来型コロイド結晶ゲルを大気中24時間放置し、変化を調べた。結果を図24に示す。   In Comparative Example 1, the conventional colloidal crystal gel in Example 1 was left in the atmosphere for 24 hours, and the change was examined. The results are shown in FIG.

比較例2Comparative Example 2

比較例2は、実施例3において、イオン液体としてアセテート系の1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートを用いた以外は同様であった。混合溶液(0.25wt%DCM)の観察、吸収スペクトルおよび発光スペクトルを調べた。これらの結果を図25および図26に示す。   Comparative Example 2 was the same as Example 3 except that acetate-based 1-butyl-3-methylimidazolium acetate was used as the ionic liquid. Observation, absorption spectrum and emission spectrum of the mixed solution (0.25 wt% DCM) were examined. These results are shown in FIG. 25 and FIG.

比較例3Comparative Example 3

比較例3は、実施例3において、イオン液体としてアセテート系の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートを用いた以外は同様であった。混合溶液(0.25wt%DCM)の観察、吸収スペクトルおよび発光スペクトルを調べた。これらの結果を図27および図28に示す。   Comparative Example 3 was the same as Example 3 except that acetate-based 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate was used as the ionic liquid. Observation, absorption spectrum and emission spectrum of the mixed solution (0.25 wt% DCM) were examined. These results are shown in FIG. 27 and FIG.

簡単のため、実施例1〜3および比較例1〜3の実験条件を表1に示す。
For simplicity, Table 1 shows the experimental conditions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.

図14は、実施例1によるレーザ発振素子のストップバンドの外力依存性を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating the external force dependency of the stop band of the laser oscillation element according to the first embodiment.

図14は、応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子の膜厚方向に外力を印加した際のストップバンドの変化および反射顕微鏡像の変化を示す。図14において初期状態は、応力印加手段1230により外力を印加する前の実施例1のレーザ発振素子の状態である。初期状態では、実施例1のレーザ発振素子は、690nmを中心とするストップバンドを示し、反射顕微鏡像によれば暗褐色であった。   FIG. 14 shows changes in the stop band and changes in the reflection microscope image when an external force is applied in the film thickness direction of the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230. In FIG. 14, the initial state is the state of the laser oscillation element of Example 1 before the external force is applied by the stress applying unit 1230. In the initial state, the laser oscillation element of Example 1 showed a stop band centered on 690 nm, and was dark brown according to the reflection microscope image.

段階的に応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子に外力を印加すると、ストップバンドは、690nmから短波長側へとシフト(ブルーシフト)し、最終的には、最大圧縮状態において558nmとなった。同様に、反射顕微鏡像は、暗褐色から橙色を経て緑色まで変化した。なお、応力印加手段1230による外力の印加を取り去ると、ストップバンドは、558nmから690nmへと可逆的に変化した。このことから、実施例1のレーザ発振素子のストップバンドは、外力の印加によって可逆的に変化することが確認された。   When an external force is applied stepwise to the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230, the stop band shifts from 690 nm to the short wavelength side (blue shift), and finally reaches 558 nm in the maximum compression state. became. Similarly, the reflection microscope image changed from dark brown to orange to green. When the application of external force by the stress applying unit 1230 was removed, the stop band reversibly changed from 558 nm to 690 nm. From this, it was confirmed that the stop band of the laser oscillation element of Example 1 reversibly changes when an external force is applied.

また、応力印加手段1230により実施例1のレーザ発振素子に外力を印加しても、単一のストップバンドのみが観察された。このことは、実施例1のレーザ発振素子において、外力が印加された状態であっても、コロイド結晶ゲル中のポリスチレン粒子の周期配列は良好に維持されており、歪み等が発生しないことを示す。   Even when an external force was applied to the laser oscillation element of Example 1 by the stress applying means 1230, only a single stop band was observed. This indicates that the periodic arrangement of polystyrene particles in the colloidal crystal gel is well maintained and no distortion or the like occurs in the laser oscillation element of Example 1 even when an external force is applied. .

なお、ストップバンドの外力によるブルーシフトは、格子面間隔d(例えば、図1〜図3のd〜d参照)の幾何学的な減少で説明される。
λ=2d√(n−sinθ)
ここで、λは、ストップバンドであり、dは、格子面間隔であり、nは、材料の有効屈折率であり、θは、入射光の角度である。
Note that blue shift due to the external force of the stop band, lattice spacing d (see, for example, d A to d D in FIGS. 1 to 3) described in geometric reduction of.
λ = 2d√ (n 2 −sin 2 θ)
Here, λ is a stop band, d is a lattice spacing, n is an effective refractive index of the material, and θ is an angle of incident light.

図15は、実施例1のレーザ発振素子のストップバンドと圧縮率との関係を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the stop band and the compression rate of the laser oscillation element of Example 1.

図15において縦軸は、ストップバンドλPBG(nm)であり、横軸は、レーザ発振素子の膜厚方向の圧縮率Rcomである。Rcomは、Rcom=(T−T)/Tで定義される。TおよびTは、それぞれ、圧縮前および圧縮後のレーザ発振素子の膜厚である。例えば、Rcom=0.1とは、レーザ発振素子の膜厚が10%減縮したことを意味する。 In FIG. 15, the vertical axis represents the stop band λ PBG (nm), and the horizontal axis represents the compression rate R com in the film thickness direction of the laser oscillation element. R com is defined as R com = (T 0 −T) / T 0 . T 0 and T are the film thicknesses of the laser oscillation element before compression and after compression, respectively. For example, R com = 0.1 means that the film thickness of the laser oscillation element is reduced by 10%.

図15によれば、圧縮率が増大するにつれて、ストップバンドが減少することが分かった。詳細には、最小二乗法を用いてストップバンドの挙動を解析すると、λPBG=686−406Rcomで表された。相関係数は0.99であった。このことから、本発明によるレーザ発振素子のストップバンドは、圧縮率、すなわち、外力の印加に対して、線形にシフトすることが確認された。 According to FIG. 15, it was found that the stop band decreases as the compression rate increases. Specifically, when the behavior of the stop band was analyzed using the least square method, it was expressed as λ PBG = 686-406R com . The correlation coefficient was 0.99. From this, it was confirmed that the stop band of the laser oscillation device according to the present invention is linearly shifted with respect to the compression rate, that is, the application of external force.

以上の図15によれば、本発明によるレーザ発振素子は、それを構成するコロイド結晶ゲル中の粒子が周期配列しており、その配列が非接触充填状態であるため、ストップバンドが可変であることが示された。   According to FIG. 15 above, the laser oscillation element according to the present invention has the stopband variable because the particles in the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element are in a non-contact filling state. It was shown that.

図16は、実施例1で用いたイオン液体ABImBrの吸収スペクトルを示す図である。   FIG. 16 is a diagram showing an absorption spectrum of the ionic liquid ABImBr used in Example 1.

ABImBrをジクロロメタンに溶解させた溶液を用いて吸収スペクトルを測定した。ABImBrは、228nmに吸収を有するが、280nm以上の波長域には何ら吸収を持たないことを確認した。   The absorption spectrum was measured using a solution in which ABImBr was dissolved in dichloromethane. It was confirmed that ABImBr has absorption at 228 nm, but has no absorption in the wavelength region of 280 nm or more.

図17は、圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の反射スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a reflection spectrum and an emission spectrum of the laser oscillation element of Example 1 when the compression rate R com = 0.1.

図17のスペクトルaは、反射スペクトルであり、スペクトルbは、励起エネルギーが120nJ/パルスにおける発光スペクトルであり、スペクトルcは、励起エネルギーが330nm/パルスにおける発光スペクトルである。   A spectrum a in FIG. 17 is a reflection spectrum, a spectrum b is an emission spectrum at an excitation energy of 120 nJ / pulse, and a spectrum c is an emission spectrum at an excitation energy of 330 nm / pulse.

図17のスペクトルaによれば、Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子のストップバンドは645nmであった。このストップバンドは、Rhの極大蛍光波長(約610nm)よりも長波長領域であり、かつ、Rhの蛍光スペクトルの範囲内であった(図21のRhの蛍光スペクトル参照)。 According to spectrum a in FIG. 17, the stop band of the laser oscillation element of Example 1 at R com = 0.1 was 645 nm. This stop band was longer than the maximum fluorescence wavelength of Rh (about 610 nm) and within the range of the fluorescence spectrum of Rh (see the fluorescence spectrum of Rh in FIG. 21).

com=0.1における実施例1のレーザ発振素子に光源1210から532nmの励起光(励起エネルギー:120nJ/パルス、フォーカス径:約40μm)を照射した場合、図17の発光スペクトルbが得られた。発光スペクトルbによれば、発振波長は653nmであり、これは、Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子のストップバンド(645nm)よりも長波長領域であり、かつ、レーザ発振素子の反射スペクトルおよびRhの蛍光スペクトルの範囲内であることが確認された。 When the laser oscillation element of Example 1 at R com = 0.1 is irradiated with excitation light (excitation energy: 120 nJ / pulse, focus diameter: about 40 μm) from the light source 1210, the emission spectrum b of FIG. 17 is obtained. It was. According to the emission spectrum b, the oscillation wavelength is 653 nm, which is longer than the stop band (645 nm) of the laser oscillation element of Example 1 at R com = 0.1, and the laser oscillation element It was confirmed to be within the range of the reflection spectrum of Rh and the fluorescence spectrum of Rh.

com=0.1における実施例1のレーザ発振素子に光源1210から532nmの励起光(励起エネルギー:330nJ/パルス、フォーカス径:約40μm)を照射した場合、図17の発光スペクトルcが得られた。発光スペクトルcによれば、励起エネルギーの増大に伴い、発光スペクトルbに比べて発光強度が増大し、より明瞭な発光ピークを示した。発振波長は653nmであった。ここでも同様に、発振波長は、Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子のストップバンド(645nm)よりも長波長領域であり、かつ、レーザ発振素子の反射スペクトルおよびRhの蛍光スペクトルの範囲内であることが確認された。 When the laser oscillation element of Example 1 at R com = 0.1 is irradiated with excitation light (excitation energy: 330 nJ / pulse, focus diameter: about 40 μm) from the light source 1210, the emission spectrum c of FIG. 17 is obtained. It was. According to the emission spectrum c, as the excitation energy increased, the emission intensity increased compared to the emission spectrum b, and a clearer emission peak was shown. The oscillation wavelength was 653 nm. Here again, the oscillation wavelength is longer than the stop band (645 nm) of the laser oscillation element of Example 1 at R com = 0.1, and the reflection spectrum of the laser oscillation element and the fluorescence spectrum of Rh It was confirmed that it was within the range.

図17によれば、発光フォトンのDOS増強を介したPBGバンド端効果により、このような単一のレーザ発光ピークが、コロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子から得られることが分かった。   According to FIG. 17, it was found that such a single laser emission peak can be obtained from a laser oscillation element made of a colloidal crystal gel by the PBG band edge effect through DOS enhancement of emitted photons.

図17の挿入図を参照すれば、単一レーザ発振の線幅(Δλ)は0.06nmであった。キャビティの線質係数(Q)は、Q=λ/Δλ(ここで、λはレーザ発振の波長である)で表される。発光スペクトルcからQ値を算出すると、1.09×10であった。このQ値は、既存のコロイド結晶を用いたレーザ発振素子の中でももっとも高い値であることが分かった。 Referring to the inset of FIG. 17, the line width (Δλ) of single laser oscillation was 0.06 nm. The quality factor (Q) of the cavity is expressed by Q = λ / Δλ (where λ is the wavelength of laser oscillation). The Q value calculated from the emission spectrum c was 1.09 × 10 4 . This Q value was found to be the highest value among existing laser oscillation elements using colloidal crystals.

図18は、圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の三次元ビームプロファイルを示す図である。
図19は、圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の一次元ビームプロファイルを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a three-dimensional beam profile of the laser oscillation element of Example 1 when the compression rate R com = 0.1.
FIG. 19 is a diagram showing a one-dimensional beam profile of the laser oscillation element of Example 1 when the compression rate R com = 0.1.

図18および図19に示すビームプロファイルは、いずれも、励起エネルギーが330nJ/パルスの場合のレーザ発振である。図18および図19によれば、実施例1のレーザ発振素子によるレーザ発振(ビーム)は、高い対称性の形状を有することが分かった。図19のビームプロファイルは、理論的なGaussianフィッティングに91.2%の高い値で良好に一致した。このような対称性に優れたレーザ発振は、本発明によるレーザ発振素子においてポリスチレン粒子が良好に配列したコロイド結晶ゲルに起因する。図17で示す狭い線幅の単一モードのレーザ発振、ならびに、図18および図19で示す高いビームクオリティは、次世代光電子デバイスの製造に有利である。   The beam profiles shown in FIGS. 18 and 19 are both laser oscillations when the excitation energy is 330 nJ / pulse. 18 and 19, it was found that the laser oscillation (beam) by the laser oscillation element of Example 1 has a highly symmetric shape. The beam profile in FIG. 19 matched well with the theoretical Gaussian fitting at a high value of 91.2%. Such laser oscillation with excellent symmetry is caused by a colloidal crystal gel in which polystyrene particles are well arranged in the laser oscillation device according to the present invention. The narrow linewidth single mode lasing shown in FIG. 17 and the high beam quality shown in FIGS. 18 and 19 are advantageous for manufacturing next generation optoelectronic devices.

図20は、圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子の発光強度および線幅の励起エネルギーの依存性を示す図である。 FIG. 20 is a graph showing the dependency of the emission intensity and line width of the laser oscillation element of Example 1 on the excitation energy when the compression rate R com = 0.1.

圧縮率Rcom=0.1における実施例1のレーザ発振素子において、レーザ発振波長653nmの発光強度および線幅の励起エネルギー依存性を調べることにより、レーザフィードバック効果を発生させるための閾値励起ピーク出力を見つけた。 In the laser oscillation element of Example 1 at the compression rate R com = 0.1, the threshold excitation peak output for generating the laser feedback effect by examining the excitation energy dependence of the emission intensity and the line width of the laser oscillation wavelength of 653 nm. I found

励起エネルギーが170nJ/パルスを超えると、発光強度は、顕著に増大するとともに、線幅は、45nmから0.06nmまで減少した。したがって、閾値励起ピーク出力は、4.5MWcm−2と算出された。 When the excitation energy exceeded 170 nJ / pulse, the emission intensity increased significantly and the line width decreased from 45 nm to 0.06 nm. Therefore, the threshold excitation peak output was calculated as 4.5 MWcm −2 .

以上の図17〜図20により、本発明のレーザ発振素子は、それを構成するコロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域、かつ、蛍光スペクトルの範囲内で可変であれば、ストップバンドよりも長波長かつストップバンドの範囲内のレーザ発振することが示された。   17 to 20, in the laser oscillation device of the present invention, the stop band of the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element is longer than at least the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye, and the range of the fluorescence spectrum. If it is variable, the laser oscillation is longer than the stop band and within the stop band range.

図21は、実施例1のレーザ発振素子の発光スペクトルのチューナビリティを示す図である。   FIG. 21 is a diagram showing the tunability of the emission spectrum of the laser oscillation element of Example 1.

発光スペクトルa〜eは、それぞれ、圧縮率Rcomが、0.09、0.12、0.15、0.18および0.21におけるレーザ発振である。点線で示す蛍光スペクトルは、Rhの蛍光スペクトルである。 The emission spectra a to e are laser oscillations when the compression rate R com is 0.09, 0.12, 0.15, 0.18, and 0.21, respectively. The fluorescence spectrum indicated by the dotted line is the fluorescence spectrum of Rh.

圧縮率が増大するにつれて、すなわち、外力の印加が大きくなるにつれて、発光スペクトルは連続的に短波長側へシフトした。詳細には、発光スペクトルの発光ピークは、655nmから612nmまでシフトした。発光スペクトルの形状はいずれも単一の対称性に優れた形状を維持した。また、圧縮率Rcomが、0.09〜0.21の範囲であれば、実施例1のレーザ発振素子のストップバンドは、Rhの蛍光スペクトルの極大蛍光波長よりも長波長領域であり、かつ、蛍光スペクトルの範囲内であった(例えば、図15参照)。 As the compression rate increased, that is, as the external force applied increased, the emission spectrum continuously shifted to the short wavelength side. Specifically, the emission peak of the emission spectrum shifted from 655 nm to 612 nm. All of the shapes of the emission spectra maintained a single excellent shape with symmetry. If the compression ratio R com is in the range of 0.09 to 0.21, the stop band of the laser oscillation element of Example 1 is a longer wavelength region than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of Rh, and , Within the range of the fluorescence spectrum (see, eg, FIG. 15).

なお、圧縮率Rcomが、0.21を超えると、実施例1のレーザ発振素子は、レーザ発振しなかった。これは、圧縮率Rcomが0.21を超えると、実施例1のレーザ発振素子のストップバンドが、Rhの蛍光スペクトルの極大蛍光波長よりも短波長領域にあるためである(例えば、図15参照)。 When the compression rate R com exceeded 0.21, the laser oscillation element of Example 1 did not oscillate. This is because when the compression ratio R com exceeds 0.21, the stop band of the laser oscillation element of Example 1 is in a shorter wavelength region than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of Rh (for example, FIG. 15). reference).

実施例1のレーザ発振素子によれば、ストップバンドが690nm〜600nmの範囲(圧縮率Rcomが0〜0.21の範囲に相当)において、レーザ発振波長を約50nmの範囲で適宜チューニングできることが分かった。 According to the laser oscillation element of Example 1, the laser oscillation wavelength can be appropriately tuned in the range of about 50 nm in the stop band range of 690 nm to 600 nm (corresponding to the compression ratio R com in the range of 0 to 0.21). I understood.

以上の図21により、本発明によるレーザ発振素子は、それを構成するコロイド結晶ゲルのストップバンドが少なくとも有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長よりも長波長領域、かつ、蛍光スペクトルの範囲内で可変であれば、レーザ発振波長のチューナビリティを達成できることが確認された。また、このようなレーザ発振波長のチューナビリティは、図12の光学顕微鏡システムに含まれるレーザ発振装置によって容易に達成されることが分かった。   As shown in FIG. 21, in the laser oscillation device according to the present invention, the stop band of the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element is variable at least within the wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye and within the fluorescence spectrum range. Then, it was confirmed that the tunability of the laser oscillation wavelength can be achieved. Further, it has been found that such tunability of the laser oscillation wavelength can be easily achieved by the laser oscillation device included in the optical microscope system of FIG.

図22は、実施例2のレーザ発振素子の発光スペクトルのチューナビリティを示す図である。   FIG. 22 is a diagram showing the tunability of the emission spectrum of the laser oscillation element of Example 2.

図22において、発光スペクトルa〜gは、それぞれ、圧縮率Rcomが、0.09、0.12、0.15、0.18、0.21、0.22および0.25におけるレーザ発振である。蛍光スペクトルAは、RhとSRとを混合した蛍光スペクトルである。蛍光スペクトルBおよびCは、それぞれ、RhおよびSrの蛍光スペクトルである。 In FIG. 22, emission spectra a to g are laser oscillations when the compression rate R com is 0.09, 0.12, 0.15, 0.18, 0.21, 0.22 and 0.25, respectively. is there. The fluorescence spectrum A is a fluorescence spectrum obtained by mixing Rh and SR. Fluorescence spectra B and C are the fluorescence spectra of Rh and Sr, respectively.

RhにSRを添加することによって、蛍光スペクトルBおよびCは、蛍光スペクトルAに示すように、エネルギー移動により604nmを中心とするブロードな蛍光スペクトルとなった。   By adding SR to Rh, fluorescence spectra B and C became broad fluorescence spectra centered at 604 nm by energy transfer, as shown in fluorescence spectrum A.

圧縮率が増大するにつれて、すなわち、外力の印加が大きくなるにつれて、発光スペクトルは連続的に短波長側へシフトした。詳細には、発光スペクトルの発光ピークは、655nmから588nmまでシフトした。発光スペクトルの形状はいずれも単一の対称性に優れた形状を維持した。また、実施例2のレーザ発振素子のストップバンドは、圧縮率Rcomが、0.09〜0.21の範囲であれば、Rhの蛍光スペクトルBの極大蛍光波長よりも長波長領域であり、かつ、蛍光スペクトルBの範囲内であり、圧縮率Rcomが、0.22〜0.25の範囲であれば、SRの蛍光スペクトルCの極大蛍光波長よりも長波長領域であり、かつ、慶応スペクトルCの範囲内であることが分かった。 As the compression rate increased, that is, as the external force applied increased, the emission spectrum continuously shifted to the short wavelength side. Specifically, the emission peak of the emission spectrum shifted from 655 nm to 588 nm. All of the shapes of the emission spectra maintained a single excellent shape with symmetry. Further, the stop band of the laser oscillation element of Example 2 is a longer wavelength region than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum B of Rh if the compression ratio R com is in the range of 0.09 to 0.21. And if it is in the range of the fluorescence spectrum B and the compression ratio R com is in the range of 0.22 to 0.25, it is a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum C of SR, and Keio It was found to be within spectrum C.

なお、圧縮率Rcomが、0.25を超えると、実施例2のレーザ発振素子は、レーザ発振しなかった。これは、圧縮率Rcomが0.25を超えると、実施例2のレーザ発振素子のストップバンドが、RhおよびSrいずれの蛍光スペクトルBおよびCの極大蛍光波長よりも短波長領域にあるためである。 When the compression rate R com exceeded 0.25, the laser oscillation element of Example 2 did not oscillate. This is because when the compression ratio R com exceeds 0.25, the stop band of the laser oscillation element of Example 2 is in a shorter wavelength region than the maximum fluorescence wavelengths of the fluorescence spectra B and C of either Rh and Sr. is there.

実施例2のレーザ発振素子によれば、ストップバンドが690nm〜580nmの範囲(圧縮率Rcomが0〜0.25の範囲に相当)において、レーザ発振波長を約70nmの範囲で適宜チューニングできることが分かった。さらに、図21と比較すると、実施例2のレーザ発振素子のチューナビリティは、実施例1のそれよりも広い。すなわち、有機色素を適宜組み合わせることにより、レーザ発振のチューナビリティを拡げることができることが確認できた。 According to the laser oscillation element of Example 2, the extent stopband of 690Nm~580nm (corresponding to the range of the compression ratio R com is 0-0.25), to be able to properly tune the lasing wavelength in the range of about 70nm I understood. Furthermore, as compared with FIG. 21, the tunability of the laser oscillation element of the second embodiment is wider than that of the first embodiment. That is, it was confirmed that the tunability of laser oscillation can be expanded by appropriately combining organic dyes.

図23は、実施例2のレーザ発振素子のレーザ発振の顕微鏡像を示す図である。   FIG. 23 is a view showing a microscope image of laser oscillation of the laser oscillation element of Example 2.

655nm、610nmおよび588nmの顕微鏡像は、それぞれ、圧縮率Rcomが0.09、0.21および0.25の場合の実施例2のレーザ発振素子のレーザ発振を示す。図23によれば、圧縮率が増大するにつれて、すなわち、外力の印加が大きくなるにつれて、レーザ発光の色は、暗褐色からオレンジ色へと明瞭な変化を示した。なお、応力印加手段1230の外力を取り去ると、レーザ発振波長および発光色は、初期状態に戻った。 Microscope images at 655 nm, 610 nm, and 588 nm show laser oscillation of the laser oscillation element of Example 2 when the compression ratio R com is 0.09, 0.21, and 0.25, respectively. According to FIG. 23, the laser emission color showed a clear change from dark brown to orange as the compression rate increased, that is, as the external force applied increased. When the external force of the stress applying unit 1230 was removed, the laser oscillation wavelength and the emission color returned to the initial state.

以上の図22および図23により、本発明によるレーザ発振素子は、それを構成するコロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも1種の有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長よりも長波長領域、かつ、蛍光スペクトルの範囲内で可変であれば、レーザ発振波長のチューナビリティを達成できるとともに、有機色素の組み合わせによってチューナビリティの拡大が確認された。また、このようなレーザ発振波長のチューナビリティは、図12の光学顕微鏡システムに含まれるレーザ発振装置によって容易に達成されることが分かった。   22 and FIG. 23, the laser oscillation device according to the present invention has a stopband of the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element having a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of at least one organic dye, and If it is variable within the range of the fluorescence spectrum, the tunability of the laser oscillation wavelength can be achieved, and the expansion of the tunability was confirmed by the combination of organic dyes. Further, it has been found that such tunability of the laser oscillation wavelength can be easily achieved by the laser oscillation device included in the optical microscope system of FIG.

図24は、比較例1の従来型コロイド結晶ゲルの変化を示す図である。   FIG. 24 is a diagram showing changes in the conventional colloidal crystal gel of Comparative Example 1.

図24(A)および(B)は、それぞれ、比較例1の従来型コロイド結晶ゲルの製造直後、および、大気中24時間放置後の様子を示す。図24(A)に示されるように、製造直後、従来型コロイド結晶ゲルは、赤色の構造色を示した。しかしながら、図24(B)に示されるように、大気中24時間放置後、従来型コロイド結晶ゲルの赤色の構造色は消失し、透明であった。これは、従来型コロイド結晶ゲル中の分散媒である水が蒸発することにより、コロイド結晶構造に歪みが生じたためである。なお、図示しないが、本発明の実施例1および2のレーザ発振素子は、製造直後および大気中24時間放置のいずれも、構造色に変化はなかった。以上より、本発明のレーザ発振素子は、分散媒としてイオン液体を用いているので、分散媒が蒸発することなく、長期間安定であることが確認された。   FIGS. 24A and 24B show the state immediately after the production of the conventional colloidal crystal gel of Comparative Example 1 and after standing in the atmosphere for 24 hours, respectively. As shown in FIG. 24A, immediately after manufacture, the conventional colloidal crystal gel showed a red structural color. However, as shown in FIG. 24 (B), after standing in the atmosphere for 24 hours, the red structural color of the conventional colloidal crystal gel disappeared and was transparent. This is because the colloidal crystal structure is distorted by evaporation of water, which is a dispersion medium in the conventional colloidal crystal gel. Although not shown in the drawings, the laser oscillation elements of Examples 1 and 2 of the present invention did not change in the structural color either immediately after production or when left in the atmosphere for 24 hours. From the above, it was confirmed that the laser oscillation device of the present invention uses an ionic liquid as a dispersion medium, and thus is stable for a long time without evaporation of the dispersion medium.

図25は、比較例2の混合溶液の吸収スペクトルを示す図である。   FIG. 25 is a diagram showing an absorption spectrum of the mixed solution of Comparative Example 2.

比較例2の混合溶液は、図25の吸収スペクトルに示すように500nm以下にDCM固有の吸収バンドを示したが、図25の挿入図に示すように、濃い茶褐色を示した。一方、実施例3の混合溶液は、赤色を示した(図示せず)。このことは、比較例2の混合溶液中において、イオン液体とDCMとの間に何らかの反応が生じたことを示す。   The mixed solution of Comparative Example 2 showed an absorption band unique to DCM at 500 nm or less as shown in the absorption spectrum of FIG. 25, but showed a dark brown color as shown in the inset of FIG. On the other hand, the mixed solution of Example 3 showed a red color (not shown). This indicates that some reaction occurred between the ionic liquid and DCM in the mixed solution of Comparative Example 2.

図26は、実施例3および比較例2の混合溶液の発光スペクトルを示す図である。   FIG. 26 is a diagram showing an emission spectrum of the mixed solution of Example 3 and Comparative Example 2.

図26の発光スペクトルaおよびbは、それぞれ、実施例3の混合溶液の発光スペクトルおよび比較例2の混合溶液の発光スペクトルである。図26より、比較例2の混合溶液は何ら発光を示さなかった。一方、実施例3の混合溶液は、DCMによる発光を示した。   The emission spectra a and b in FIG. 26 are the emission spectrum of the mixed solution of Example 3 and the emission spectrum of the mixed solution of Comparative Example 2, respectively. From FIG. 26, the mixed solution of Comparative Example 2 did not emit any light. On the other hand, the mixed solution of Example 3 showed light emission by DCM.

図27は、比較例3の混合溶液の吸収スペクトルを示す図である。   FIG. 27 is a diagram showing an absorption spectrum of the mixed solution of Comparative Example 3.

比較例3の混合溶液は、図27の吸収スペクトルに示すように500nm以下にDCM固有の吸収バンドを示したが、図27の挿入図に示すように、濃い茶褐色を示した。一方、実施例3の混合溶液は、赤色を示した。このことから、比較例3の混合溶液中において、イオン液体とDCMとの間に何らかの反応が生じたことを示す。   The mixed solution of Comparative Example 3 showed an absorption band unique to DCM at 500 nm or less as shown in the absorption spectrum of FIG. 27, but showed a dark brown color as shown in the inset of FIG. On the other hand, the mixed solution of Example 3 showed a red color. This indicates that some reaction occurred between the ionic liquid and DCM in the mixed solution of Comparative Example 3.

図28は、実施例3および比較例3の混合溶液の発光スペクトルを示す図である。   FIG. 28 is a diagram showing an emission spectrum of the mixed solution of Example 3 and Comparative Example 3.

図28の発光スペクトルaおよびbは、それぞれ、実施例3の混合溶液の発光スペクトルおよび比較例3の混合溶液の発光スペクトルである。図28より、比較例3の混合溶液は何ら発光を示さなかった。一方、実施例3の混合溶液は、DCMによる発光を示した。   The emission spectra a and b in FIG. 28 are the emission spectrum of the mixed solution of Example 3 and the emission spectrum of the mixed solution of Comparative Example 3, respectively. From FIG. 28, the mixed solution of Comparative Example 3 did not emit any light. On the other hand, the mixed solution of Example 3 showed light emission by DCM.

以上の図25〜図28によれば、本発明のレーザ発振素子を構成するコロイド結晶ゲルに用いられる、末端にアリル基を有するハロゲン系のイオン液体とDCMとは一切反応しないため、安定なレーザ発振を可能にすることが確認された。詳細には、本発明におけるレーザ発振素子において、末端にアリル基を有した1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムハロゲン化物、および、1,3−ジアリルブチルイミダゾリウムハロゲン化物からなる群から選択されるハロゲン系が好ましいことが確認された。   According to FIGS. 25 to 28 described above, since the halogen-based ionic liquid having an allyl group at the terminal and DCM used for the colloidal crystal gel constituting the laser oscillation element of the present invention does not react at all, a stable laser is obtained. It was confirmed that oscillation was possible. Specifically, in the laser oscillation device of the present invention, 1-allyl-3-butylimidazolium halide, 1-allyl-3-ethylimidazolium halide, and 1,3-diallyl having an allyl group at the terminal are provided. It has been determined that a halogen system selected from the group consisting of butyl imidazolium halides is preferred.

本発明のレーザ発振素子は、イオン液体を用いているので、耐環境性に優れる。また、本発明のレーザ発振素子は、連続的なチューナビリティを有しているので、可変レーザに好適である。また、本発明のレーザ発振素子は、極めて小型であり、微小レーザに好適である。本発明のレーザ発振素子は、単一微小光源、光増幅器、低閾値レーザ発振装置、高輝度ディスプレイ等への応用が期待される。   Since the laser oscillation element of the present invention uses an ionic liquid, it has excellent environmental resistance. Further, since the laser oscillation element of the present invention has continuous tunability, it is suitable for a variable laser. Further, the laser oscillation element of the present invention is extremely small and suitable for a micro laser. The laser oscillation device of the present invention is expected to be applied to a single minute light source, an optical amplifier, a low threshold laser oscillation device, a high brightness display, and the like.

100、310、320、330、500、710、720、730、1120、1220 レーザ発振素子
110 粒子
120 網目状高分子
130 イオン液体
140、510 有機色素
150、530 蛍光スペクトル
160 反射スペクトル
200、600 変換光
1100 レーザ発振装置
1110、1210 光源
1130、1230 応力印加手段
1201 ダイクロイックミラー
1202 λ/2板
1203 グランレーザプリズム
1204 撮像レンズ
1205 CMOSカメラ
1206 分光計
1207 100Wハロゲンランプ
1208 顕微鏡用電動式照明器具
1209 対物レンズ
1310 マイクロメータヘッド
1320 バネ
1330 ガラス基板
100, 310, 320, 330, 500, 710, 720, 730, 1120, 1220 Laser oscillation element 110 particle 120 network polymer 130 ionic liquid 140, 510 organic dye 150, 530 fluorescence spectrum 160 reflection spectrum 200, 600 converted light DESCRIPTION OF SYMBOLS 1100 Laser oscillation device 1110, 1210 Light source 1130, 1230 Stress application means 1201 Dichroic mirror 1202 λ / 2 plate 1203 Grand laser prism 1204 Imaging lens 1205 CMOS camera 1206 Spectrometer 1207 100 W halogen lamp 1208 Microscope electric lighting device 1209 Objective lens 1310 Micrometer head 1320 Spring 1330 Glass substrate

国際公開WO2009/148082号パンフレットInternational Publication WO2009 / 148082 Pamphlet

Shkunovら,Adv.Funct.Mater.2002、12、1、JanuaryShkunov et al., Adv. Funct. Mater. 2002, 12, 1, January Yamadaら,Adv.Mater.2009、21、4134−4138Yamada et al., Adv. Mater. 2009, 21, 4134-4138

Claims (6)

コロイド結晶ゲルからなるレーザ発振素子であって、
前記コロイド結晶ゲルは、
イオン液体および有機色素を含有する高分子ゲルと、
前記高分子ゲル中に自己組織的に周期配列した粒子であって、前記粒子の配列は、非接触充填状態である、粒子と
を含み
前記イオン液体は、親水性であり、かつ、末端にアリル基を有し、
記コロイド結晶ゲルのストップバンドは、少なくとも前記有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域に位置し、かつ、前記蛍光スペクトルの範囲内に位置する、レーザ発振素子。
A laser oscillation element comprising a colloidal crystal gel,
The colloidal crystal gel is
A polymer gel containing an ionic liquid and an organic dye;
Particles arranged in a self-organized manner in the polymer gel, wherein the particle arrangement includes particles in a non-contact packed state, and
The ionic liquid is hydrophilic and has an allyl group at the end,
The stop band of the previous SL colloidal crystal gel, located in fluorescence long wavelength than the maximum fluorescence wavelength of the spectrum of at least the organic dye, and, located within said fluorescence spectrum, the laser oscillation element.
前記イオン液体は、1−アリル−3−ブチルイミダゾリウムハロゲン化物、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムハロゲン化物、および、1,3−ジアリルブチルイミダゾリウムハロゲン化物からなる群から選択される、請求項1に記載のレーザ発振素子。 The ionic liquid is selected from the group consisting of 1-allyl-3-butylimidazolium halide, 1-allyl-3-ethylimidazolium halide, and 1,3-diallylbutylimidazolium halide. Item 2. The laser oscillation element according to Item 1 . 前記有機色素は、ローダミン誘導体、オキサジン誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン誘導体、スチリル誘導体および4−ジシアノメチレン−2−メチル−6(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)からなる群から少なくとも1種選択される、請求項1に記載のレーザ発振素子。   The organic dye is at least one selected from the group consisting of rhodamine derivatives, oxazine derivatives, fluorescein derivatives, coumarin derivatives, styryl derivatives and 4-dicyanomethylene-2-methyl-6 (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM). The laser oscillation element according to claim 1, wherein the laser oscillation element is selected. 請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ発振素子の製造方法であって、
自己組織的に周期配列した粒子が網目状高分子によって固定化されたコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させるステップ
を包含し、
前記イオン液体および前記有機色素は、前記含浸させるステップによって得られたコロイド結晶ゲルのストップバンドが、少なくとも前記有機色素の蛍光スペクトルの極大蛍光波長より長波長領域に位置し、かつ、前記蛍光スペクトルの範囲内に位置するように選択される、方法。
It is a manufacturing method of the laser oscillation element in any one of Claims 1-3, Comprising :
Impregnating a colloidal crystal gel in which self-organized periodic arrayed particles are immobilized by a network polymer with an ionic liquid and an organic dye,
In the ionic liquid and the organic dye, the stop band of the colloidal crystal gel obtained by the impregnation step is positioned at least in a wavelength region longer than the maximum fluorescence wavelength of the fluorescence spectrum of the organic dye, and A method that is selected to be within range.
前記含浸させるステップは、
水で膨潤した前記コロイド結晶ゲルにイオン液体を含浸させるステップと、
前記イオン液体で膨潤したコロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素をさらに含浸させるステップと
を包含する、請求項4に記載の方法。
The impregnating step comprises:
Impregnating the colloidal crystal gel swollen with water with an ionic liquid;
Comprising a step of further impregnating the ionic liquid and an organic dye in the colloidal crystal gel swollen with the ionic liquid, the method of claim 4.
前記含浸させるステップは、1時間〜14日の間、前記コロイド結晶ゲルにイオン液体および有機色素を含浸させる、請求項4に記載の方法。
The method according to claim 4, wherein the impregnating step impregnates the colloidal crystal gel with an ionic liquid and an organic dye for 1 hour to 14 days.
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WO2008054363A2 (en) * 2005-09-01 2008-05-08 Clemson University Organic thin film laser with tuneable bragg reflector
JP4982843B2 (en) * 2006-04-27 2012-07-25 国立大学法人横浜国立大学 Regularly arranged particle dispersion
JP5531226B2 (en) * 2006-10-20 2014-06-25 国立大学法人 名古屋工業大学 Microphase separation structure, immobilized microphase separation structure, and tunable laser oscillator, temperature sensor, and optical filter including the structure
JP4978357B2 (en) * 2007-07-19 2012-07-18 ブラザー工業株式会社 Wiring unit manufacturing method and liquid ejection device manufacturing method
JP5365953B2 (en) * 2008-06-04 2013-12-11 独立行政法人物質・材料研究機構 Colloidal crystal gel, method for producing the same, and optical element using the same
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