光励起に同調した超高速複素屈折率変化に基づく分子フォトニクスデバイスの構築

基于超快复折射率变化调谐光激发的分子光子器件的构建

• 批准号: 13022230
• 负责人: 長村 利彦
• 金额: $ 2.69万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13022230/
• 关键词: 並列光情報処理; 導波モード薄膜; 複素屈折率変化; 超高速電子移動反応; フェムト秒レーザー; 4,4'-ビピリジニウム; フォトクロミズム; スピロピラン

有機化合物では光励起によりフェムト秒オーダーで電子状態が大きく変わり、それと同調して吸収スペクトル、屈折率などが変化する。このような特性を最大限に並列光情報処理に活用するため、我々は最近、プリズム・ガラス・金属・色素ドープ高分子膜からなる導波モード薄膜の光励起あるいは光反応による複素屈折率変化を空間光変調や並列光スイッチングに用いる新しい方式を提案した。これは導波モード条件が複素屈折率変化に非常に敏感に依存することを用いて、書込光に同期して読み出し光の反射強度あるいは位相を二次元的に超高速制御できる新しい方式である。本年度は、光誘起電子移動やフォトクロミズムに基づくさらに速い応答を実現すべく、フェムト秒レーザーをポンプ光およびプローブ光とする測定系の改良と新しい超高速応答材料の開発を行った。光応答性高分子膜に銀薄膜を介してプリズムと結合した導波モード薄膜をフェムト秒Ti:サファイアレーザーの2倍波(400nm)により励起し、基本波を重水/水に集光して得られるフェムト秒白色光をプローブ光として、反射率スペクトルをマルチチャンネルフォトダイオードアレイで計測した。導波モード薄膜では入射角に依存した波長で白色光スペクトルにディップが見られ、入射角に依存して大きく変化した。スピロピランを含む高分子膜を用いるとポンプ光の照射によって、そのフォトクロミズムに対応した反射率、ディップ波長の可逆的変化が観測された。さらに一時的応答材料として、光誘起電子移動と逆反応によって超高速応答を示し、400nmに強い吸収をもつと期待される4,4'-ビピリジニウム高分子のパイラニンやペリレンスルホン酸との塩を開発した。フェムト秒レーザー励起により400-700nmに過渡吸収が観測された。パイラニン励起一重項寿命は溶液中に比べ3桁短くなり、電子移動による600nm付近のラジカル吸収も観測され、薄膜の超高速応答性が確認できた。新しい構造の超高速変調デバイスについても検討した。

在有机化合物中，光激发在飞秒级上发生了巨大变化的电子状态，并调整了吸收光谱，折射率等。为了最大程度地提高这些特征以实现并行光学信息处理，我们最近提出了一种新方法，用于使用光激发或波导模式模式薄膜引起的复杂折射率变化，该薄膜由棱镜，玻璃，金属和染料掺杂的聚合物膜制成，用于空间光调制和平行的光学交换。这是一种新方法，可以使用波导模式条件对复杂的折射率变化高度敏感的事实，可以超高控制2D的反射强度或读取光的相位。今年，为了基于光诱导的电子传输和光色素的更快响应，我们使用飞秒激光器作为泵和探测灯改善了测量系统，并开发了新的超快速响应材料。通过银膜与光反应性聚合物膜结合的引导模式薄膜受到飞秒ti：Sapphire Laser的双波（400 nm）的激发，并将基本波集中在重水/水作为探头光中，并使用多型型光谱型光dodiode Array测量了反射光谱。在波导模式薄膜中，在白光光谱中观察到倾斜，取决于入射角，结果根据入射角而在很大程度上发生了变化。当使用含有螺内螺旋体的聚合物膜时，通过用泵光照射观察到反射率和浸入与光更色变色相对应的可逆变化。此外，作为临时响应材料，我们开发了一种吡喃蛋白和per钙磺酸的盐，这是一种4,4'Bipyridinium聚合物，预计可以通过光诱导的电子转移和反应表现出超快反应，并且预计在400 Nm时会强吸收强吸收。飞秒激发在400-700 nm处观察到瞬态吸收。吡喃蛋白激发的单线寿命比溶液短三个数量级，并且还观察到了由于电子转移而产生的600 nm的根部吸收，从而证实了薄膜的超快速响应。我们还研究了超快速调制设备的新结构。

项目成果

長村利彦: "超高密度・超高速フォトンモード分子メモリをつくる"化学. 57(1). 24-27 (2001)

Toshihiko Nagamura：“创造超高密度和超快光子模式分子存储器”化学 57(1) (2001)。

Toshihiko Nakamura: "Sensors and Optical Switching, Chapt.9"Marcel Dekker, Inc., New York. 519 (2001)

Toshihiko Nakamura：“传感器和光开关，第 9 章”Marcel Dekker, Inc.，纽约。

長村利彦: "色素含有高分子薄膜の光励起超高速複素屈折率変化に基づく分子フォトニクス"高分子. 51(12). 948-951 (2002)

Toshihiko Nagamura：“基于含染料聚合物薄膜的光激发超快复折射率变化的分子光子学”Kobunshi 51(12) (2002)。

Toshihiko Nagamura: "Ultrafast reflection control based on photoinduced complex refractive index changes in guided mode thin films containing indium phthalocyanine"Molecular Crystals and Liquid Crystals. 370. 97-102 (2001)

Toshihiko Nagamura：“基于含有铟酞菁的导模薄膜中光致复折射率变化的超快反射控制”分子晶体和液晶。

長村利彦: "超高速分子フォトニクス材料・デバイスの開発"科学と工業. 76(8). 353-360 (2002)

Toshihiko Nagamura：“超快分子光子材料和器件的开发”科学与工业 76(8) (2002)。