シリコーン骨格による新構造固体色素レーザーの開発および応用に関する研究

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従来の固体色素レーザーは固体マトリクス中にレーザー色素がトラップされているため、レーザーの動作と共に励起部分における色素分子の退色スピードが相当速く、必然的に低耐久性となってしまう問題があった。これを解決すべく本研究では内部循環型固体色素レーザーの研究を行っている。前年度までに初歩的な内部循環型固体色素レーザーを厚膜ベースで作製し、従来よりも長時間動作を達成した。当該年度では実用化に向けて分子移動制御を行うため、外部から作用(熱、音波、物理ストレス、光など)を与えるアクティブ拡散制御と、PDMS自身のナノポーラス密度を変化させるパッシブ拡散制御の二つのアプローチにより研究を行った。アクティブ拡散制御では、熱による拡散係数Dの変化について、PDMSへ溶解性を示す色素ごとに評価を行った。その結果、拡散係数Dは一定温度化においては分子の大きさに比例的に変化することが確認された。また、温度の変化に関してはアレニウスプロットに従い、拡散係数の対数は絶対温度の逆数と線形関係にあることが分かった。パッシブ拡散制御では、異種シリコーンを組み合わせることによる拡散係数の変化について評価を行った。これまで用いてきたPDMSに加えて、架橋密度の異なる高強度PDMS、シリーコンゲルを用いて一定温度化でのP597を用いた拡散係数の測定、それぞれのシリコーンをブレンドしたPDMSの拡散係数の測定を行った。その結果、架橋密度が低いほど拡散係数が高くなることが分かり、また、ブレンド体積比に従い線形的に拡散係数が制御できることが分かった。さらに、拡散係数の異なる二つの領域を持つ構造を作製し分子の移動を計算的・実験的に評価したところ、拡散係数の低い領域に分子が移動すること分かった。以上のように、研究実施計画に示した物理コンタクトによるスイッチングよりも高度に分子移動制御を行え、産業応用・学術応用へ展開する上で重要な情報を明らかにした。