JP3998625B2

JP3998625B2 - 光制御方法および光制御装置

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Publication number: JP3998625B2
Application number: JP2003361427A
Authority: JP
Inventors: 利記河西; 正勝甲斐; 一郎上野; 教雄田中; 茂宝田
Original assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: JP2004086225A

Description

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

従来の技術

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

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

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

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

これら従来技術で用いられている光学装置の構成としては、特開昭５５−１００５０３号公報、特開昭５５−１０８６０３号公報、および特開昭６３−８９８０５号公報には伝搬光の伝播する光ファイバーを励起光の光源（例えばフラッシュランプ）の周囲に巻きつけるような装置構成が開示されており、特開昭５３−１３７８８４号公報および特開昭６４−７３３２６号公報には光応答性光学素子内部の信号光に相当する光の伝播している部分全体に信号光の光路とは別の方向から制御光に相当する光を収束させることなくむしろ投射レンズなどの手段によって拡散させて照射するような装置構成が開示されている。

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

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

［本発明に係る光制御方法］
上記目的を達成するために、本願の請求項１記載の発明に係る光制御方法は、光応答性組成物から成る光学素子に、前記光応答性組成物が吸収する波長の制御光を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の屈折率を可逆的に変化させることにより前記光学素子を透過する前記信号光の光束密度変調を行う光制御方法であって、前記制御光および前記信号光を集光レンズで各々収束させて前記光学素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素子中において実質的に同一光路で伝搬させるように、また、前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置し、更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過した後、信号光光線束の一部分を、受光レンズによって受光し、実質的に同一の光路で収束された前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させ、前記光学素子を、透過した前記信号光の光束密度が減少する光応答性が最も大きく観測される位置を基準として前記集光レンズ側へ近づけて、前記制御光の照射によって、前記光学素子を透過した前記信号光の光束密度が増大する光応答性を取り出すことを特徴とする。

本願の請求項２記載の発明に係る光制御方法は、請求項１記載の光制御方法において、前記信号光光線束の一部分を、絞りを用いて受光レンズによって受光し、前記絞りによって前記光学素子を透過した前記信号光の光束を受光する範囲を変化させることを特徴とする。本願の請求項３記載の発明に係る光制御方法は、請求項１または２に記載の光制御方法において、前記光学素子として、色素を含有した光応答性組成物から成るものを用いることを特徴とする。

本願の請求項４記載の発明に係る光制御装置は、光応答性組成物から成る光学素子に、前記光応答性組成物が感応する波長の制御光を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の屈折率を可逆的に変化させることにより前記光学素子を透過する前記信号光の光束密度変調を行う光制御装置であって、前記制御光および前記信号光を集光レンズで各々収束させて前記光学素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素子中において実質的に同一光路で伝搬させるように、また、前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置し、更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過した後、信号光光線束の一部分を、受光レンズによって受光し、実質的に同一の光路で収束された前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させ、前記光学素子を、透過した前記信号光の光束密度が減少する光応答性が最も大きく観測される位置を基準として前記集光レンズ側へ近づけて、前記制御光の照射によって、前記光学素子を透過した前記信号光の光束密度が増大する光応答性を取り出すことを特徴とする。

本願の請求項５記載の発明に係る光制御装置は、請求項４記載の光制御装置において、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させる移動手段と、前記信号光光線束の一部分を、受光レンズで受光するための絞りと、を有し、前記移動手段および前記絞りを用いることによって、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させ、前記光学素子を透過した前記信号光の光束を受光する範囲を変化させることを特徴とする。

本願の請求項６記載の発明に係る光制御装置は、請求項４または５に記載の光制御装置において、前記光学素子は、色素を含有した光応答性組成物から成ることを特徴とする。

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

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

その例を具体的に挙げるならば、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＰｂＴｅ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅなどの化合物半導体の単結晶、前記化合物半導体の微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、異種金属イオンをドープした金属ハロゲン化物（例えば臭化カリウム、塩化ナトリウムなど）の単結晶、前記金属ハロゲン化物（例えば臭化銅、塩化銅、塩化コバルトなど）の微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、銅などの異種金属イオンをドープしたＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅなどのカドミウムカルコゲナイドの単結晶、前記カドミウムカルコゲナイドの微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、シリコン、ゲルマニウム、セレン、テルルなどの半導体単結晶薄膜、多結晶薄膜、ないし多孔質薄膜、シリコン、ゲルマニウム、セレン、テルルなどの半導体微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、白金、金、パラジウムなどの貴金属微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、ルビー、アレキサンドライト、ガーネット、Ｎｄ：ＹＡＧ、サファイア、Ｔｉ：サファイア、Ｎｄ：ＹＬＦなど、金属イオンをドープした宝石に相当する単結晶（いわゆるレーザー結晶）、金属イオン（例えば鉄イオン）をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、ＬｉＢ₃Ｏ₅、ＬｉＴａＯ₃、ＫＴｉＯＰＯ₄、ＫＨ₂ＰＯ₄、ＫＮｂＯ₃、ＢａＢ₂Ｏ₂などの強誘電性結晶、金属イオン（例えばネオジウムイオン、エルビウムイオンなど）をドープした石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラスその他のガラスなどのほか、マトリックス材料中に色素を溶解または分散したものを好適に使用することができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

例えば、用いる有機高分子系マトリックス材料が熱可塑性の場合、ホットプレス法（特開平４−９９６０９号公報）や延伸法を用いても薄膜ないし厚膜状の膜型光学素子を作成することができる。

板状、ブロック状、円柱状、半円柱状、四角柱状、三角柱状、凸レンズ状、凹レンズ状、マイクロレンズアレイ状の光学素子を作成する場合は、例えば有機高分子系マトリックス材料の原料モノマーに色素を溶解または分散させたものを用いてキャスティング法やリアクション・インジェクション・モールド法で成型することができる。また、熱可塑性の有機高分子系マトリックス材料を用いる場合、色素を溶解または分散したペレットまたは粉末を加熱溶融させてから射出成形法で加工しても良い。

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

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

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

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

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

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

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

以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。

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

ここで、膜型光学素子８は例えば以下の手順で作成することができる。すなわち、シアニン色素の３、３'−ジエチルオキサジカルボシアニンヨージド（慣用名ＤＯＤＣＩ、エキシトン社製）：２３．０ｍｇおよびポリメタクリル酸２−ヒドロキシプロピル：１９７７．０ｍｇをアセトン：２００ｍｌに溶解し、ｎ−ヘキサン：３００ｍｌ中へかき混ぜながら加えて析出した沈殿（色素およびポリマーの混合物）を濾別し、ｎ−ヘキサンで洗浄してから減圧下乾燥し、粉砕した。得られた色素およびポリマーの混合粉末を１０^-5Ｐａ未満の超高真空下、１００℃で２日間加熱を続け、残留溶媒等の揮発成分を完全に除去して、光応答性組成物の粉末を得た。この粉末２０ｍｇをスライドガラス（２５ｍｍ×７６ｍｍ×厚さ１．１５０ｍｍ）およびカバーガラス（１８ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ０．１５０ｍｍ）の間に挟み、真空下１５０℃に加熱し、２枚のガラス板を圧着する方法（真空ホットプレス法）を用いてスライドガラス／カバーガラス間に色素／ポリマーの膜（膜厚５０μｍ）を作成した。なお、色素／ポリマー膜中の色素濃度は、色素／ポリマー混合物の密度を１．０６として計算すると、２．５×１０^-2ｍｏｌ／ｌである。

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

図１に概要を例示する本発明の光制御装置は、制御光の光源１、信号光の光源２、ＮＤフィルター３、シャッター４、半透過鏡５、光混合器６、集光レンズ７、膜型光学素子８、受光レンズ９、絞り１９、波長選択透過フィルター２０、光検出器１１および２２、並びにオシロスコープ１００から構成される。これらの光学素子ないし光学部品の内、制御光の光源１、信号光の光源２、光混合器６、集光レンズ７、膜型光学素子８、受光レンズ９、絞り１９、および、波長選択透過フィルター２０は、図１の装置構成で本発明の光制御方法を実施するために必須の装置構成要素である。なお、ＮＤフィルター３、シャッター４、および半透過鏡５は必要に応じて設けるものであり、また、光検出器１１および２２、並びにオシロスコープ１００は、本発明の光制御方法を実施するためには必要ないが光制御の動作を確認するための電子装置として、必要に応じて用いられる。

次に、個々の構成要素の特徴ならびに動作について説明する。

制御光の光源１にはレーザー装置が好適に用いられる。その発振波長および出力は、本発明の光制御方法が対象とする信号光の波長および使用する光応答性組成物の応答特性に応じて適宜選択される。レーザー発振の方式については特に制限はなく、発振波長帯域、出力、および経済性などに応じて任意の形式のものを用いることができる。また、レーザー光源の光を非線形光学素子によって波長変換してから使用しても良い。具体的には例えば、アルゴンイオンレーザー（発振波長４５７．９ないし５１４．５ｎｍ）、ヘリウム・ネオンレーザー（６３３ｎｍ）などの気体レーザー、ルビーレーザーやＮｄ：ＹＡＧレーザーなどの固体レーザー、色素レーザー、半導体レーザーなどを好適に使用することができる。信号光の光源２にはレーザー光源からのコヒーレント光だけではなく非コヒーレント光を使用することもできる。また、レーザー装置、発光ダイオード、ネオン放電管など、単色光を与える光源の他、タングステン電球、メタルハライドランプ、キセノン放電管などからの連続スペクトル光を光フィルターやモノクロメーターで単色化して用いても良い。

先に述べたように、本発明の光制御方法で利用される光応答性組成物、信号光の波長帯域、および制御光の波長帯域は、これらの組合わせとして、使用目的に応じて適切な組合わせが選定され、用いられる。以下、信号光の光源２として半導体レーザー（発振波長６９４ｎｍ、連続発振出力３ｍＷ、ビーム直径８ｍｍのガウスビーム）と、制御光の光源１としてヘリウム・ネオンレーザー（発振波長６３３ｎｍ、ビーム直径１ｍｍのガウスビーム）と、前記光応答性組成物からなる膜型光学素子８と、を用いた場合についての実施参考例を説明する。

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

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

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

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

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

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

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

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

この実施参考例では集光レンズ７として、焦点距離５ｍｍ、開口数０．６５の顕微鏡用対物レンズを用いた。

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

絞り１９は、光応答性光学素子を透過した信号光の光束の一部分、例えば、光束の中心部分（ビーム半径の数割程度）のみを検出器２２へ入射するように装置を調整するために用いられる。絞り１９を用いると、以下に述べるように、前記制御光による前記信号光の光束密度変調、特に、信号光の照射に対応して信号光のみかけの強度が増大する方向の光応答２２３を取り出すことが可能になる。

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

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

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

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

半透過鏡５によって分割された制御光の一部は光検出器１１によって受光される。ここで、光源２を消灯、光源１を点灯し、シャッター４を開放した状態において光学素子８への光ビーム照射位置における光強度と光検出器１１の信号強度との関係を予め測定して検量線を作成しておけば、光検出器１１の信号強度から、光学素子８に入射する制御光の光強度を常時見積もることが可能になる。この実施参考例では、ＮＤフィルター３によって、膜型光学素子８へ入射する制御光のパワーを０．５ｍＷないし２５ｍＷの範囲で調節した。

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

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

図１の光学装置を用いて光・光制御の実験を行った結果、光応答性光学素子を透過した信号光の光束の一部分、例えば、光束の中心部分（ビーム半径の数割程度）のみを検出器２２へ入射するように装置を調整すると、図１に示すように、前記制御光による前記信号光の光束密度変調、特に、信号光の照射に対応して信号光のみかけの強度が増大する方向の光応答２２３を取り出すことが可能になる。実験の詳細は以下に述べる通りである。

まず、制御光の光ビームと信号光の光ビームとが、膜型光学素子８内部の同一領域で焦点Ｆc を結ぶように、それぞれの光源からの光路、光混合器６、および集光レンズ７を調節した。なお、前記膜型光学素子８のカバーガラス側から信号光および制御光が入射し、スライドガラス基板側から出射するような向きに光学素子を配置した。

次いで、受光レンズ９と膜型光学素子８との距離ｄ₈₉を変えて、膜型光学素子８を透過した信号光の光束の中心部分（ビーム半径の約３０％）のみが光検出器２２へ入射するよう調節した。更に、集光レンズ７および受光レンズ９の間隔を固定したまま、膜型光学素子８と集光レンズ７の距離ｄ₇₈を変化させ、同一の光路で収束された制御光および信号光の焦点位置と膜型光学素子８との位置関係を変化させたところ、膜型光学素子８を、上記の透過率低下方向の光応答性２２２が最も大きく観測される位置を基準として、集光レンズ７側へ０．１ｍｍ近づけた位置、および集光レンズ７側から１．２ｍｍ遠ざけた位置で、信号光の強度が増大する方向の光応答２２３が観測された。

次いで、波長選択フィルター２０の機能を点検した。すなわち、光源２を消灯した状態で、光源１を点灯し、シャッター４を開閉した場合には光検出器２２に応答が全く生じないことを確認した。

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

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

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

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

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

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

以上まとめると、膜型光学素子８へ、入射パワー０．５ｍＷないし２５ｍＷの制御光を図４の１１１に示すような波形で表される光強度の時間変化を与えて照射したところ、信号光の光強度をモニターして示す光検出器２２の出力波形は図４の２２２に示すように、制御光の光強度の時間変化に対応して可逆的に変化した。すなわち、制御光の光強度の増減または断続により信号光の透過を制御すること、すなわち光で光を制御すること（光・光制御）、または、光で光を変調すること（光・光変調）ができることが確認された。

なお、制御の光の断続に対応する信号光の光強度の変化の程度は、前記の光検出器２２の出力レベルＡ、ＢおよびＣを用いて次に定義される値ΔＴ［単位％］
ΔＴ＝１００［（Ａ−Ｂ）／（Ａ−Ｃ）］
によって定量的に比較することができる。ここで、Ａは制御光を遮断した状態で信号光の光源２を点灯した場合の光検出器２２の出力レベル、Ｂは信号光と制御光を同時に照射した場合の光検出器２２の出力レベル、Ｃは信号光の光源２を消灯した状態の光検出器２２の出力レベルである。例えば、光応答が最大の場合、レベルＢはレベルＣと同一になり、ΔＴは最大値１００％になる。一方、光応答が検出されない場合、レベルＢはレベルＡと同一となり、ΔＴは最小値０％となる。

膜型光学素子８への制御光入射パワーを３．０ｍＷから２４ｍＷの範囲で変化させて光応答ΔＴの大小を比較したところ表１に掲げるような結果が得られた。すなわち、光源１から光学素子への入射パワーが５．０ｍＷという比較的小さい値のときでも、ΔＴ＝３６％という比較的大きな光応答を与えることが判った。

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

〔実施参考例２〕
本発明の光制御方法および光制御装置において光応答を大きくするためには前記制御光および前記信号光を各々収束させて前記光学素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点の近傍の光子密度が最も高い領域が前記光学素子中において互いに重なり合うように前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置すれば良いが、そのためには信号光および制御光を実質的に同一光路で伝播させることが好ましい。なお、前記制御光および前記信号光の電場の振幅分布がガウス分布となっているガウスビームの場合、集光レンズ７などで、開き角２θで収束させたときの焦点Ｆc 近傍におけるビームおよび波面３０の様子を図６０に示す。ここで、波長λのガウスビームの直径２ω₀が最小になる位置、すなわちビームウエストの半径ω₀は次の式で表される。
ω₀＝ λ／（π・θ）
例えば、実施参考例１で用いた集光レンズ（焦点距離５ｍｍ、開口数０．６５）で波長６３３ｎｍ、ビーム直径１ｍｍの制御光を収束したときのビームウエストの半径は２．０２μｍ、同様にして波長６９４ｎｍ、ビーム直径８ｍｍの信号光を収束したときのビームウエストの半径は０．３２７μｍ（ほぼ回折限界）と計算される。

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

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

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

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

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

ここで、光応答性光学素子を透過した信号光の光束の一部分、例えば、光束の中心部分（ビーム半径の数割程度）のみを検出器２２へ入射するように装置を調整すると、以下に述べるように、前記制御光による前記信号光の光束密度変調、特に、信号光の照射に対応して信号光のみかけの強度が増大する方向の光応答２２３を取り出すことが可能になる。

光検出器２２への入射光量を制限し、信号光の一部分、例えば中心部分だけが入射するようにするためには、図６に示すように、次のような方法がある：
１）集光レンズ７と光応答性薄膜８の距離ｄ₇₈を変化させる。
２）受光レンズ９と光応答性薄膜８の距離ｄ₈₉を変化させる。
３）絞り１９を用いる。

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

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

〔実施参考例３〕
図７には本実施参考例の光制御装置の概略構成が示されている。このような光学装置構成および配置は、図７に例示するような膜型光学素子８の他に、ファイバー型、光導波路型、マイクロチャンネルアレイ型などの光学素子を用いる場合にも好適に用いることができる。

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

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

光路を一致させた信号光および制御光を一緒に収束させて膜型光学素子８へ照射する際の光収束手段として、集光レンズ７および受光レンズ９の代りに、図７のような配置において凹面鏡１５を用いることができる。信号光と制御光に共通の収束手段としてレンズを用いる場合、厳密には波長によって焦点距離が異なるという問題が生じるが、凹面鏡ではその心配がない。

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

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

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

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

〔実施参考例４〕
図８には本実施参考例の光制御装置の概略概要が示されている。図１、図２、および図７に例示した装置構成では、信号光と制御光を同じ方向から光応答性光学素子へ照射させているのに比較して、図８では信号光と制御光を反対方向から、光軸を一致させて同一の焦点で収束するように照射している点に特徴がある。

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

図８に例示する装置構成において光源１および２、ＮＤフィルター３、シャッター４、集光レンズ７、膜型光学素子８、波長選択透過フィルター１０および２０、光検出器１１および２２、光アイソレーター１３および１４、およびオシロスコープ１００については実施参考例１（図１）および／または実施参考例３（図７）と同様のものを同様にして用いることができる。

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

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

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

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

〔比較例２〕
従来の技術に基づく比較実験を行うため、特開昭５３−１３７８８４号公報、特開昭６３−２３１４２４号公報、および特開昭６４−７３３２６号公報の記述に従い、図９に概要を示すような構成の装置を用い、光制御を試みた。すなわち、光路長１ｃｍの石英製溶液セル１７に絞り１９を通した信号光の光源２からの半導体レーザー光（波長６９４ｎｍ）を照射し、透過した光を波長選択透過フィルター２０を経由して光検出器２２で受光し、一方、溶液セル１７を透過する信号光の光路全体に、信号光に直交する方向から制御光を、投射レンズ１６を用いて拡散させて照射した。図９の装置構成において、信号光の光源１（波長６３３ｎｍ）、ＮＤフィルター３、シャッター４、半透過鏡５、および、光検出器１１の役割および仕様は実施参考例１の場合と同様である。なお、波長選択透過フィルター２０は溶液セル１７から散乱してくる制御光が光検出器２２に入射するのを防ぐものであり、実施参考例１で用いたのと同様のものを用いることができる。

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

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

〔実施参考例５〕
実施参考例１の場合と同様に、図１に例示するような装置構成、制御光の光源１としてヘリウム・ネオンレーザー（波長６３３ｎｍ）、信号光の光源２として半導体レーザー（波長６９４ｎｍ）、集光レンズ７として、焦点距離５ｍｍ、開口数０．６５の顕微鏡用対物レンズを用い、種々透過率を変えて作成した膜型光学素子８を用いて、光学素子の透過率と光応答の大きさΔＴの関係を調べた。なお、制御光のパワーは１０ｍＷとし、制御光の照射によって信号光の透過率が減少する方向の光応答の大きさを測定した。

膜型光学素子８の試料は実施参考例１に例示したのと同様な方法で作成した。ただし、色素としてＤＯＤＣＩのアニオン部分（Ｉ^-）をテトラフルオロボラート（ＢＦ₄ ^-）に変えたものを用い、色素濃度は２．５×１０^-2ｍｏｌ／ｌとし、色素／ポリマー膜の膜厚を２０μｍから１００μｍの範囲で変えて透過率の異なるものを作成して試料とした。

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

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

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

〔実施参考例６〕
実施参考例５の場合と同様にして、種々透過率を変えて作成した膜型光学素子８を用いて、光学素子の透過率と光応答の大きさΔＴの関係を調べた。

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

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

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

本発明の実施参考例の装置構成を例示した構成図である。本発明の実施参考例の装置構成を例示した構成図である。実施参考例１の膜型光学素子の透過率スペクトルである。制御光および信号光の光強度時間変化を例示した図である。制御光および信号光の光路（および光軸）の関係を例示した図である。本発明を実施する際に用いられる装置構成を例示した構成図である。本発明の実施参考例の装置構成を例示した構成図である。本発明の実施参考例の装置構成を例示した構成図である。従来技術で用いられている装置構成を例示した構成図である。集光レンズなどで収束されたガウスビームの焦点近傍における様子を表した模式図である。

符号の説明

１制御光の光源、２信号光の光源、３ＮＤフィルター、４シャッター、５半透過鏡、６光混合器、７集光レンズ、８膜型光学素子、９受光レンズ、１０波長選択透過フィルター（信号光遮断用）、１１光検出器、１２ファイバー型光学素子、１３光アイソレーター（制御光用）、１４光アイソレーター（信号光用）、１５凹面鏡、１６投射レンズ、１７溶液セル（または固体素子）、１９絞り、２０波長選択透過フィルター（制御光遮断用）、２１ダイクロイックミラー、２２光検出器（信号光の光強度検出用）、２３および２４ダイクロイックミラー、３０波面、１００オシロスコープ、１１１光検出器１１からの信号（制御光の光強度時間変化曲線）、２２２および２２３光検出器２２からの信号（信号光の光強度時間変化曲線）、Ａ制御光を遮断した状態で信号光の光源を点灯した場合の光検出器２２の出力レベル、Ｂ信号光の光源を点灯した状態で制御光を照射した場合の光検出器２２の出力レベル、Ｃ信号光を消灯した状態の光検出器２２の出力レベル、ｄ₇₈ 集光レンズ７と膜型光学素子８の距離、ｄ₈₉ 光制御素子８と受光レンズ９の距離、Ｆc 焦点、Ｌ₀₁，Ｌ₊₁，Ｌ_-1およびＬ₀₂ 信号光または制御光の光ビーム断面、ｌ₊₁およびｌ_-1 信号光または制御光の光軸の平行移動距離、ｒ₁ 信号光または制御光の光ビーム断面Ｌ₀₁，Ｌ₊₁またはＬ_-1の半径、ｒ₂ 信号光または制御光の光ビーム断面Ｌ₀₂の半径、ｔ_１信号光の光源を点灯した時刻、ｔ₂ 制御光を遮断していたシャッターを開放した時刻、ｔ₃ 制御光をシャッターで再び遮断した時刻、ｔ₄ 制御光を遮断したシャッターを開放した時刻、ｔ₅ 制御光をシャッターで再び遮断した時刻、ｔ₆ 信号光の光源を消灯した時刻、θ 集光レンズで収束させた光ビームの外周部が光軸となす角度、ω₀ 集光レンズで収束させたガウスビームのビームウエスト（焦点位置におけるビーム半径）。

Claims

光応答性組成物から成る光学素子に、前記光応答性組成物が吸収する波長の制御光を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の屈折率を可逆的に変化させることにより前記光学素子を透過する前記信号光の光束密度変調を行う光制御方法であって、
前記制御光および前記信号光を集光レンズで各々収束させて前記光学素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素子中において実質的に同一光路で伝搬させるように、また、前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置し、
更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過した後、信号光光線束の一部分を、受光レンズによって受光し、
実質的に同一の光路で収束された前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させ、
前記光学素子を、透過した前記信号光の光束密度が減少する光応答性が最も大きく観測される位置を基準として前記集光レンズ側へ近づけて、
前記制御光の照射によって、前記光学素子を透過した前記信号光の光束密度が増大する光応答性を取り出すことを特徴とする光制御方法。
請求項１記載の光制御方法において、
前記信号光光線束の一部分を、絞りを用いて受光レンズによって受光し、
前記絞りによって前記光学素子を透過した前記信号光の光束を受光する範囲を変化させることを特徴とする光制御方法。
請求項１または２に記載の光制御方法において、
前記光学素子として、色素を含有した光応答性組成物から成るものを用いることを特徴とする光制御方法。
光応答性組成物から成る光学素子に、前記光応答性組成物が感応する波長の制御光を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の屈折率を可逆的に変化させることにより前記光学素子を透過する前記信号光の光束密度変調を行う光制御装置であって、
前記制御光および前記信号光を集光レンズで各々収束させて前記光学素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光を前記光学素子中において実質的に同一光路で伝搬させるように、また、前記制御光および前記信号光の光路をそれぞれ配置し、
更に前記光学素子中の前記光応答性組成物を透過した後、信号光光線束の一部分を、受光レンズによって受光し、
実質的に同一の光路で収束された前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させ、
前記光学素子を、透過した前記信号光の光束密度が減少する光応答性が最も大きく観測される位置を基準として前記集光レンズ側へ近づけて、
前記制御光の照射によって、前記光学素子を透過した前記信号光の光束密度が増大する光応答性を取り出すことを特徴とする光制御装置。
請求項４記載の光制御装置において、
前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させる移動手段と、
前記信号光光線束の一部分を、受光レンズで受光するための絞りと、
を有し、
前記移動手段および前記絞りを用いることによって、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点位置と前記光学素子との位置関係を変化させ、前記光学素子を透過した前記信号光の光束を受光する範囲を変化させることを特徴とする光制御装置。
請求項４または５に記載の光制御装置において、
前記光学素子は、色素を含有した光応答性組成物から成ることを特徴とする光制御装置。
請求項４から６のいずれか１つに記載の光制御装置において、
前記光学素子を透過してきた信号光と制御光の混合光を、信号光と制御光とに分離する手段を有することを特徴とする光制御装置。