(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を情報キャリアとして利用する光通信等において用いられるデバイスであって、
前記光に関連して応答し発光する色素を、デンドリマーの中心部位に結合すると共に、前記デンドリマーは集合した形態とし、隣接する該デンドリマーのそれぞれに結合する前記色素間の距離を、１．０ｎｍ乃至３．０ｎｍの範囲内、より好ましくは１．８ｎｍ乃至２．８ｎｍの範囲内とするものを用いた
ことを特徴とする色素包接デンドリマー利用デバイス。
【請求項２】
前記発光する色素は、ローダミンＢである
ことを特徴とする請求項１記載の色素包接デンドリマー利用デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信等における光パルスの増幅、スイッチング等の動作が必要な光並列処理等を行うデバイスに関し、特に、前記光に関連して応答する色素包接デンドリマー利用デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日の情報通信に見られる電気通信から光通信への移行の流れは、光が情報のキャリアとして、伝播速度と変調周波数が高いという基本的な能力の高さによるものである。近年の通信情報量の増大に対応した波長多重光通信（以下、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）という）は、複数のキャリア周波数を用いるシステムであり、増大する情報を処理するデバイスの処理速度の向上及び複数周波数帯への対応が求められている。現状では信号の処理は電子デバイスによるために限界に近づいていると考えられており、これが前記ＷＤＭへの流れを導いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の光通信ではその潜在能力を十分に引き出して使用されておらず、真のフォトニックネットワークを構築するには新しい概念のデバイスの創生が必要であり、そのために光の並列性を利用したデバイスの概念が提案されているが、バルク材を用いたデモンストレーションに留まり、実用デバイスの構築には未だ道程が遠いという問題点があった。
【０００４】
また、光による情報処理を多周波数帯で並列に処理するためには、それぞれのユニットがそれぞれのキャリア周波数に独立にあるいは相互に応答することが求められ、周波数に対する応答を制御性よく調整できる必要があるが、未だ十分な対応ができないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされたもので、光通信の真の潜在能力を引き出し、実用デバイスの構築が可能で、周波数に対する応答を制御性よく調整できる色素包接デンドリマー利用デバイスを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光を情報のキャリアとして利用する光通信等において用いられるデバイスであって、前記光に関連して応答する発光する色素をデンドリマーの中心部位に結合したものを用いたものを提供するものである。前記「発光する色素」とは、ルブレン、ポルフィリン、フタロシアニン、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン、ローダミン、アゾベンゼン、オキサジン、オキサゾール、あるいはこれらの誘導体であり、あるいは光照射あるいは電界印加による電流注入により量子収率１％以上で波長２μm以下の電磁波を放射する、蛍光分子、燐光分子及び電界発光分子をいうものとする（以下、同じ）。
【０００７】
また、前記発光する色素をローダミンＢとした請求項１記載の色素包接デンドリマー利用デバイスを提供する。さらに、前記デンドリマーを特定部位に集合させて、かつ隣接する該デンドリマーのそれぞれに結合する前記色素間の距離が１．０ｎｍ乃至３．０ｎｍの範囲内であって、より好ましくは１．８ｎｍ乃至２．８ｎｍの範囲内であることを特徴とした請求項１又は２記載の色素包接デンドリマー利用デバイスを提供するものである。尚、1.0に関しては、第２世代デンドリマーとローダミンB分子間の距離に相当する。
【０００８】
このように、デンドリマーの中心付近にある色素分子がレーザー光などを吸収して励起状態に励起され、励起状態からより低エネルギー状態に遷移するときに光（蛍光）を発します。このときの輻射される光の強度が蛍光輻射強度で、色素包接デンドリマーでは色素分子間距離により、発光を伴う高速の励起減衰があり、この時入力光強度に非線形な出力光強度が得られ、本発明ではこの性質を利用したデバイスを提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明による色素包接デンドリマー利用デバイスの実施形態を説明するためのローダミンＢ包接デンドリマーの構造式を示す図である。
【００１０】
光による情報処理を多周波数帯で並列に処理するためには、それぞれのユニットがそれぞれのキャリア周波数に独立にあるいは相互に応答することが求められ、周波数に対する応答を制御性よく調整できることが必要である。前記要求に応えられるものとして有機分子を用いたデバイスがある。発光する色素は特有の吸収波長及び発光波長を有するので、前記デバイスではその分子構造の制御により応答周波数をコントロールすることが可能である。また、数種の分子ユニットの組み合わせによる複合分子では、分子間の相互作用を制御することで、応答周波数に加え周波数間の相互応答もコントロールすることが可能となる。
【００１１】
他方で、速い励起緩和を有する発光性分子は、共鳴遷移を介した線形及び非線形の光学応答現象を利用したデバイス全般、特に高効率、高繰返しを必要とする光通信デバイスへの応用が期待される。例えば、光増幅器の応用の一つにキャリア周波数変換があるが、速い励起緩和を有する発光性分子はこの応用に適している。また、共鳴に於ける高効率の非線形光学効果を利用した飽和吸収デバイスは、ピコ秒光パルス発生に用いられており当該発光性分子の応用が見込まれる。
【００１２】
本発明の実施形態の色素包接デンドリマー利用デバイスにおいて用いられる光に関連して応答する色素を結合したデンドリマーであるローダミンＢ包接デンドリマー１は、前記有機分子として用いられるもので、図１に示すように、ユニットとなる分子が樹枝状に接合した構造を取る高分子であり、枝の中心に光に関連して応答する色素であるローダミンＢ２（以下、ＲｈＢという）を結合させた分子である。
【００１３】
デンドリマーは世代ごとの段階的な合成手法に特徴があり、段階的合成により各々の機能を有する分子の立体配置を制御性良く作ることができるため、分子間相互作用の制御に最適な構造である。
【００１４】
また、ＲｈＢは、レーザー用の色素として用いられ、高い蛍光量子収率を示すが、分子間距離が５ｎｍ程度以下になると励起エネルギーが一方の分子に移動し蛍光が失活する。しかしながら、ＲｈＢ包接デンドリマー１は、図１に示す構造式の分子であるため、デンドリマーは近隣の分子から中心のＲｈＢ分子を隔離するように作用し、中心のＲｈＢ分子間の距離を調整できる。それにより、ＲｈＢ分子が凝集して互いに性能を阻害したり、酸素によって分子が破壊される現象を防ぐことができる。
【００１５】
従って、ＲｈＢ包接デンドリマー１を用いることにより、レーザー色素であるＲｈＢ等を用いた固体レーザーシステム、光学材料等のデバイスの構築が可能である。
【００１６】
図２は、前記した段階的合成による種々の分子間距離のＲｈＢ包接デンドリマー１について、２００ｆｓｅｃパルス光励起による蛍光発光の減衰についてストリークカメラを用いて測定した結果である。ＲｈＢ分子間の距離が近づくに従い、蛍光の減衰が速くなる傾向が示されている。
【００１７】
即ち、図２（ａ）は、ＲｈＢ包接デンドリマー１が分散した場合である。右図は、ＲｈＢ励起光照射時からの遅延時間に対するＲｈＢの蛍光発光の相対強度、即ち、分散状態のＲｈＢデンドリマー３における蛍光減衰を示す。該蛍光減衰の減衰定数τFLは３ｎｓｅｃである。溶液中のＲｈＢの最低励起状態の寿命はｎｓｅｃ程度であるので、前記減衰定数τFLはＲｈＢ単体の溶液中での減衰定数と等しく、中心のＲｈＢ分子の励起状態は周囲のデンドリマー分子により影響を受けていないことが分かる。
【００１８】
図２（ｂ）は、ＲｈＢ包接デンドリマー１が集合し、ＲｈＢ分子間距離が３．３ｎｍである第４世代ＲｈＢデンドリマー４の場合である。右図は、ＲｈＢ励起光照射時からの遅延時間に対するＲｈＢの蛍光発光の相対強度を示す。第４世代ＲｈＢデンドリマー４の蛍光減衰の減衰定数τFLは０．４ｎｓｅｃである。
【００１９】
図２（ｃ）は、ＲｈＢ包接デンドリマー１が集合し、ＲｈＢ分子間距離が２．３ｎｍである第３世代ＲｈＢデンドリマー５の場合を示す。右図は、ＲｈＢ励起光照射時からの遅延時間に対するＲｈＢの蛍光発光の相対強度を示す。尚、ここで使用した測定系の時間分解能は電気パルス処理系のジッター等により８０ｐｓｅｃであるため、この場合の蛍光減衰定数を見積もることはできない。しかし、第３世代ＲｈＢデンドリマー５では、速い蛍光減衰を示すにもかかわらず高い蛍光輻射を示す。
【００２０】
第３世代ＲｈＢデンドリマー５における速い蛍光減衰を示す蛍光輻射強度は、分子密度の２乗に比例して蛍光強度が増加することから、Ｄｉｃｋeの超放射で説明でき、これはＲｈＢ包接デンドリマー１分子間に極めて特異な相互作用が存在することによるものである。
【００２１】
次に、第３世代ＲｈＢデンドリマー５の速い蛍光減衰に関する測定について説明する。前記蛍光減衰に関する測定には、高い時間分解能を有するポンププローブ法を用いている。ポンププローブ法では、０．１ｆｓｅｃ以下の高い時間分解能を有する空間的な光学遅延を用いるため、ｐｓｅｃ程度の速い励起減衰過程の詳細測定が可能である。
【００２２】
即ち、ポンププローブ法では、１つの光パルスをビームスプリッターに当てて透過する光パルスと反射する光パルスの２つの光パルスに分け、一つの光パルスは励起光である波長５５０ｎｍのポンプ光として、もう一つの光パルスはサファイヤ結晶中伝播時の自己位相変調により得られる４６０ｎｍ〜７５０ｎｍの白色光パルスのプローブ光として可動ステージ等を用いた可変の光学遅延路を通し、先ず前記ポンプ光によりＲｈＢを照明した後、ｐｓｅｃ程度遅延したプローブ光で前記ＲｈＢを照明する。ポンプ光及びプローブ光に対する応答（この場合、ＲｈＢを透過したプローブ光）により、前記２つの光パルスの時間差に相当するｐｓｅｃ程度の高い時間分解能を有した測定が可能である。
【００２３】
第３世代ＲｈＢデンドリマー５では、先ず前記ポンプ光でＲｈＢを高い励起準位に励起し、次にこの時間原点に対して遅延した前記プローブ光でＲｈＢを照明するので、励起したＲｈＢが低エネルギー準位に遷移して蛍光発光し、その蛍光発光が減衰するにしたがい、プローブ光により励起順位から基底順位への誘導放射による発光が小さくなり、見た目プローブ光の吸収が大きくなる。
【００２４】
図３は、ポンププローブ法による高時間分解分光測定により、ＲｈＢの発光帯である６１２ｎｍにおけるプローブ光の吸収率変化を測定した結果である。尚、図中縦軸は、図２に示す蛍光減衰との一貫性を取るため負の吸収率変化とした。即ち、高い吸収率変化の値は励起準位からの誘導放出に相当する。図３から、第３世代ＲｈＢデンドリマー５の励起準位の寿命は、１０ｐｓｅｃ程度と非常に短いことが分かる。また、遅延時間が５０〜１００ｐｓｅｃのところに比較的緩い減衰を示す発光がある。
【００２５】
尚、ＲｈＢ包接デンドリマー１が集合した形態において、隣接するＲｈＢ包接デンドリマー１のそれぞれに結合する前記色素であるＲｈＢ間の距離が１．０ｎｍ乃至３．０ｎｍの範囲内、より好ましくは１．８ｎｍ乃至２．８ｎｍの範囲内であると、比較的速い蛍光減衰を示すので速いスイッチング等に利用でき好ましい。
【００２６】
以上示したように、第３世代ＲｈＢデンドリマー５を用いれば、速く減衰する強い蛍光輻射を利用することができ、その他の世代のＲｈＢデンドリマーを用いれば、蛍光減衰定数の異なる蛍光輻射を利用することができる等、本発明の実施形態に示すロンダミンＢ包接デンドリマーを利用することにより、発光を伴う高速の励起減衰は、共鳴効果による高い非線形効果、即ち、入力強度に非線型な出力強度が得られることを利用した光パルスの増幅やスイッチング等の短い相互作用長での動作が必要な光並列処理デバイスの構築が可能であり、応答周波数に加え周波数間の相互応答もコントロールすることも可能となる。
【００２７】
ここでいう応答周波数は、いわゆる吸収や発光における共鳴波長に相当するものをいう。また、周波数間の相互応答とは、共鳴波長の異なる色素を組み合わせることで励起エネルギーの移行や協調応答等により応答の動的特性を制御できるようになることをいい、本発明のデバイスはこれらの性質を利用したものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、光通信等における光を情報のキャリアとして利用するデバイスである光並列処理デバイス等の構築が可能であり、更に、応答周波数に加え周波数間の相互応答もコントロールすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による色素包接デンドリマー利用デバイスの実施形態を説明するためのローダミンＢ包接デンドリマーの構造式を示す図である。
【図２】種々の分子間距離のローダミンＢ包接デンドリマーについて、２００ｆｓｅｃパルス光励起による蛍光発光の減衰についてストリークカメラを用いて測定した結果を示す図である。
【図３】ポンププローブ法による高時間分解分光測定により、ローダミンＢの発光帯である６１２ｎｍにおけるプローブ光の吸収率変化を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１  ローダミンＢ包接デンドリマー
２  ローダミンＢ
３  分散状態のＲｈＢデンドリマー
４  第４世代ＲｈＢデンドリマー
５  第３世代ＲｈＢデンドリマー
【図１】
0003713533.tif 000002
【図２】
0003713533.tif 000003
【図３】
0003713533.tif 000004