(57)【要約】      （修正有）【課題】  高いオン／オフ比を有し、汎用的な通信波長帯においても応答速度が速く、高い非線形性や高いスループットを実現できる光スイッチングデバイス、及びそれを用いた光学デバイスを、安価に、かつ容易な手段で提供する。【解決手段】  基板表面に、光制御部１３として少なくとも有機薄膜が形成され、有機薄膜に信号光１１と制御光１５とを照射し光スイッチングを行う光スイッチングデバイスであって、光制御部である有機薄膜の吸収スペクトルにおける長波長側の遠方透明領域に、信号光及び制御光の波長を設定し、制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させ、信号光に位相差を生じさせることにより光スイッチングを行う。【選択図】図１
2006163055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に、光制御部として少なくとも有機薄膜が形成され、該有機薄膜に信号光と制御光とを照射し光スイッチングを行う光スイッチングデバイスであって、
前記光制御部である有機薄膜の吸収スペクトルにおける長波長側の遠方透明領域に前記信号光及び制御光の波長を設定し、該制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させ、前記信号光に位相差を生じさせることにより光スイッチングを行うことを特徴とする光スイッチングデバイス。
【請求項２】
前記有機薄膜が、下記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物を含有することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチングデバイス。
【化１】
2006163055.tif 000015
（前記一般式（Ｉ）中、Ｑ1、Ｑ2で形成される環は互いに独立に置換基を有してもよい芳香族基を表す。また、Ｚ1、Ｚ2は互いに独立にカチオン化し得る原子を表し、これらはＱ1、Ｑ2に含まれる芳香環を構成していてもよいし構成していなくてもよい。なお、一般式（Ｉ）においてＺ1はカチオン化している。）
【請求項３】
前記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物が、下記一般式（II）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物であることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチングデバイス。
【化２】
2006163055.tif 000016
【化３】
2006163055.tif 000017
【化４】
2006163055.tif 000018
（前記一般式（II）中のＲ1〜Ｒ4、前記一般式（III）中のＲ21〜Ｒ24、及び前記一般式（IV）中のＲ31〜Ｒ34は、各々同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、直鎖アルキル基、分岐化したアルキル基、アルコキシ基が置換されたアルキル基、ハロゲン原子が置換されたアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換のアラルキル基、アリールオキシ基が置換されたアルキル基及びアラルキルオキシ基が置換されたアルキル基のうちのいずれかを表す。また、Ｒ1及びＲ2、Ｒ3及びＲ4、Ｒ31及びＲ32、並びにＲ33及びＲ34は互いに結合して環を形成してもよい。）
【請求項４】
前記信号光及び制御光の波長を、前記有機薄膜に含まれる前記一般式（Ｉ）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物に電子の実励起を生じさせない波長域に設定して、光スイッチングを行うことを特徴とする請求項２または３に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項５】
前記信号光及び制御光の中心波長が、共に１２５０ｎｍ以上に設定されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項６】
前記制御光により光制御部の屈折率を変化させ、前記信号光に位相差を生じさせる際、該信号光の光路における前記有機薄膜を介して両側に、偏光方向を直交させた一対の偏光子を配置することによって光スイッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項７】
前記信号光及び制御光として、１０-12〜１０-13秒の範囲の時間幅を有する光パルスを用いることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項８】
前記有機薄膜が、前記一般式（Ｉ）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物のうちの１種以上を有機溶剤に溶解させた溶液を用い、基板上にスピンコート法により形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項９】
前記有機薄膜に、一般式（Ｉ）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物のうちの１種以上が会合体を形成した状態で含有されており、前記有機薄膜の面積が１ｍｍ2以上であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項１０】
前記光制御部を、独立の複数の領域に分割し、それぞれの領域で並列に光制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項１１】
前記基板として、フレキシビリティを有するフィルム状の基材を用いることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチングデバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載の光スイッチングデバイスを備えた光デバイスであって、
前記光スイッチングデバイスにおける光制御部を、光学素子の光入力部及び／または光出力部に形成してなることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光スイッチングデバイスを、光学素子の光入力部及び／または光出力部に密着させてなることを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素薄膜の吸収が全然ない光通信波長領域における高い非線形光学特性を利用して、光通信波長領域の信号光を、制御光により超高速で光スイッチングする光スイッチングデバイス及びそれを用いた光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
色素誘導体、特にシアニンやポルフィリンやスクエアリリウム色素誘導体の中には会合体を形成するものがあることが知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。前記会合体とは、数十〜数百の分子が規則正しく配列して緩く結合し、光学的にあたかも一つの超分子として振る舞うものをいい、特に図５に示すように、その吸収帯（ｂ）が、分子単体の吸収帯（ａ）に比べ長波長側にシフトし、先鋭化したものをＪ−会合体という。
【０００３】
Ｊ−会合体は、ストークスシフトの小さな蛍光を発し、吸収ピーク付近の波長の光に対して極めて大きな相互作用を持ち、しかも、３次の非線形光学効果である吸収飽和の回復が非常に速いことが報告されている（例えば、非特許文献３、４参照）。また、実際に固体基板上形成したスクエアリリウム色素会合体薄膜の光に対する応答時間が、１００ｆｓ（１ｆｓ＝１０-15秒）を切る超高速応答特性を達成した（例えば、非特許文献５、６参照）。
【０００４】
このような特徴により、スクエアリリウム誘導体の会合体薄膜は、テラビット（１０12ｂｉｔ／ｓ）オーダーの光情報通信の際の光スイッチとして使用され得るものであると認められる。
【０００５】
本発明者等は、既にスクエアリリウム色素誘導体が基板上で会合体を形成し、かつフェムト秒オーダーの超高速光学応答特性を示すことを確認した（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、実際の光ファイバー通信ネットワークの信号光の波長が１．３μｍまたは１．５５μｍであるため、その光通信システムに応用できる光スイッチには１．３μｍまたは１．５５μｍ付近に強い吸収がある色素膜が必須であるにもかかわらず、前記色素会合体膜の超高速光応答は会合体吸収ピーク（７８０ｎｍ）付近の波長の光に対してしか実現できないため、１μｍを超える波長で動作する実用に適した光スイッチへの適用が困難である。
【０００６】
また、クロコニウム色素等の会合性色素を用い、その会合状態変化による光学定数変化を利用した光スイッチも提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この光スイッチでは、制御光の波長を有機色素層の最大吸収波長とし、信号光の波長を有機色素層の吸収スペクトル長波長端部で有機色素層の最大屈折率を与える波長近傍としているため、光スイッチのオン／オフ比および寿命が劣っている。また、色素の会合状態変化を利用したことで光応答が遅かった。
【０００７】
一方、光通信波長領域での超高速光スイッチングを可能にする大面積かつ安価な光スイッチ用材料を提供することを目的に、本発明者等は、下記一般式（V）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物を新たに開発し、同化合物が、１．３μｍ近辺の通信波長帯に光吸収を有し、同波長領域で非常に大きく、かつ超高速の非線形光学応答を示すこと、また、同化合物を用いて通信波長帯で超高速光デバイスを形成することが可能であることを見出した（例えば、特許文献４、５参照）。
【０００８】
【化１】
2006163055.tif 000003
【０００９】
前記一般式（V）中、Ｒ5およびＲ6は同じでも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化したアルキル基、置換または未置換のベンジル基を示す。
【非特許文献１】Ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｔ．Ｈ．Ｊａｍｅｓ，ｅｄ．（Ｍａｃｍｉｌｌａｎ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９６８）
【非特許文献２】Ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｔ．Ｈ．Ｊａｍｅｓ，ｅｄ．（Ｍａｃｍｉｌｌａｎ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９７７）
【非特許文献３】Ｍ．Ｆｕｒｕｋｉ，Ｌ．Ｓ．Ｐｕ，Ｆ．Ｓａｓａｋｉ，Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ａｎｄ Ｔ．Ｔａｎｉ，４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ（１９９７）ｐ．１３５
【非特許文献４】Ｍ．Ｆｕｒｕｋｉ，Ｌ．Ｓ．Ｐｕ，Ｆ．Ｓａｓａｋｉ，Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ａｎｄ Ｔ．Ｔａｎｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２，２１（１９９８）ｐ．２６４８）
【非特許文献５】平成１１年７月８日付け日経産業新聞第５面
【非特許文献６】Ｍ．Ｆｕｒｕｋｉ，Ｍ．Ｔｉａｎ，Ｙ．Ｓａｔｏ，Ｌ．Ｓ．Ｐｕ， Ｈ．Ｋａｗａｓｈｉｍａ，Ｓ．Ｔａｔｓｕｕｒａ ａｎｄ Ｏ．Ｗａｄａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．，７８，１８（２００１）ｐ．２６３４
【非特許文献７】Ｊ．Ｆａｂｉａｎ，Ｈ．Ｎａｋａｚｕｍｉ ａｎｄ Ｍ．Ｍａｔｓｕｏｋａ，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，９２（１９９２）ｐ．１１９７
【特許文献１】特開平１１−２８２０３４号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１９６７号公報
【特許文献３】特開２００３−０５０４０８号公報
【特許文献４】特開２００３−２９２４８７号公報
【特許文献５】特開２００３−３１５８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記光スイッチには、下記のような問題があった。
ａ）吸収変化型（制御光により色素分子を励起させ、光吸収させなくすることにより信号光を透過させる）のスイッチであるため、オフ成分をゼロにするのが困難であり、結果として高いオン／オフ比を達成できない、
ｂ）電子の実励起を伴うため、応答速度が電子の緩和時間によって制限される、
ｃ）有機薄膜の吸収が小さくなる波長領域では、光スイッチング効率が極めて低下するか、または光スイッチングが不可能である、
ｄ）光吸収のある波長域を用いるため、一定の厚さ以上に膜厚を厚くすると、制御光、信号光共に減衰してしまい、高い非線形性や高いスループットの実現が困難である、
ｅ）有機薄膜の屈折率が高いため、表面反射による制御光および信号光の損失が生じる。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、高いオン／オフ比を有し、汎用的な通信波長帯においても応答速度が速く、高い非線形性や高いスループットを実現できる光スイッチングデバイス、及びそれを用いた光学デバイスを、安価に、かつ容易な手段で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させ、信号光に位相差を生じさせることにより光スイッチングを行う。その際、特に信号光および制御光の波長を、前記光制御部である有機薄膜に電子の実励起を生じさせない波長域、すなわち吸収のない波長域に設定することで、従来の光スイッチの性能を大幅に向上できることがわかった。
【００１３】
すなわち本発明の光スイッチングデバイスの構成は、いわゆる光カー効果を利用するものであり、制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させて光スイッチングを行うものである。この光スイッチングデバイスでは、通信波長帯で最も汎用的な波長である１．５５μｍには吸収を持たない有機薄膜を光制御部に用いた場合でも、制御光により誘起された屈折率変化により信号光を光スイッチングすることができる。
【００１４】
特に本発明者等は、前記光制御部として、分子単体の極大吸収波長が８００ｎｍ前後にあるクロコニウム色素化合物（下記一般式（Ｉ）〜（IV）で示される化合物）を用いた有機薄膜を使用し、該有機薄膜の吸収スペクトル（吸収帯の長波長側の吸収端が１．１５μｍ付近）における長波長側の遠方透明（非共鳴）領域である１．５５μｍ近辺に前記信号光及び制御光の波長を設定し、該制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させ、前記信号光に位相差を生じさせることにより超高速光スイッチングを行うことが可能であることを確認し、本発明を完成させた。
【００１５】
すなわち本発明は、
＜１＞  基板表面に、光制御部として少なくとも有機薄膜が形成され、該有機薄膜に信号光と制御光とを照射し光スイッチングを行う光スイッチングデバイスであって、
前記光制御部である有機薄膜の吸収スペクトルにおける長波長側の遠方透明領域に前記信号光及び制御光の波長を設定し、該制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させ、前記信号光に位相差を生じさせることにより光スイッチングを行うことを特徴とする光スイッチングデバイスである。
【００１６】
＜２＞  前記有機薄膜が、下記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物を含有することを特徴とする＜１＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００１７】
【化２】
2006163055.tif 000004
【００１８】
前記一般式（Ｉ）中、Ｑ1、Ｑ2で形成される環は互いに独立に置換基を有してもよい芳香族基を表す。また、Ｚ1、Ｚ2は互いに独立にカチオン化し得る原子を表し、これらはＱ1、Ｑ2に含まれる芳香環を構成していてもよいし構成していなくてもよい。なお、一般式（Ｉ）においてＺ1はカチオン化している。
【００１９】
＜３＞  前記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物が、下記一般式（II）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物であることを特徴とする＜２＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００２０】
【化３】
2006163055.tif 000005
【００２１】
【化４】
2006163055.tif 000006
【００２２】
【化５】
2006163055.tif 000007
【００２３】
前記一般式（II）中のＲ1〜Ｒ4、前記一般式（III）中のＲ21〜Ｒ24、及び前記一般式（IV）中のＲ31〜Ｒ34は、各々同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、直鎖アルキル基、分岐化したアルキル基、アルコキシ基が置換されたアルキル基、ハロゲン原子が置換されたアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換のアラルキル基、アリールオキシ基が置換されたアルキル基及びアラルキルオキシ基が置換されたアルキル基のうちのいずれかを表す。また、Ｒ1及びＲ2、Ｒ3及びＲ4、Ｒ31及びＲ32、並びにＲ33及びＲ34は互いに結合して環を形成してもよい。
【００２４】
＜４＞  前記クロコニウム色素化合物の分子が、会合体を形成していることを特徴とする＜２＞または＜３＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００２５】
＜５＞  前記クロコニウム色素化合物の分子の会合体の吸収帯が、分子単体の吸収帯に比べ長波長側にシフトしていることを特徴とする＜４＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００２６】
＜６＞  前記信号光及び制御光の波長を、前記有機薄膜に含まれる前記一般式（Ｉ）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物に電子の実励起を生じさせない波長域に設定して、光スイッチングを行うことを特徴とする＜２＞〜＜５＞のいずれかに記載の光スイッチングデバイスである。
【００２７】
＜７＞  前記信号光及び制御光の中心波長が、共に１２５０ｎｍ以上に設定されることを特徴とする＜２＞〜＜５＞のいずれかに記載の光スイッチングデバイスである。
【００２８】
＜８＞  前記制御光により光制御部の屈折率を変化させ、前記信号光に位相差を生じさせる際、該信号光の光路における前記有機薄膜を介して両側に、偏光方向を直交させた一対の偏光子を配置することによって光スイッチングを行うことを特徴とする＜１＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００２９】
＜９＞  前記信号光及び制御光として、１０-12〜１０-13秒の範囲の時間幅を有する光パルスを用いることを特徴とする＜１＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００３０】
＜１０＞  前記有機薄膜が、前記一般式（Ｉ）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物のうちの１種以上を有機溶剤に溶解させた溶液を用い、基板上にスピンコート法により形成されることを特徴とする＜２＞〜＜５＞のいずれかに記載の光スイッチングデバイスである。
【００３１】
＜１１＞  前記有機薄膜に、一般式（Ｉ）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物のうちの１種以上が会合体を形成した状態で含有されており、前記有機薄膜の面積が１ｍｍ2以上であることを特徴とする＜２＞〜＜５＞のいずれかに記載の光スイッチングデバイスである。
【００３２】
＜１２＞  前記光制御部を、独立の複数の領域に分割し、それぞれの領域で並列に光制御を行うことを特徴とする＜１＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００３３】
＜１３＞  前記基板として、フレキシビリティを有するフィルム状の基材を用いることを特徴とする＜１＞に記載の光スイッチングデバイスである。
【００３４】
＜１４＞  ＜１＞に記載の光スイッチングデバイスを備えた光デバイスであって、
前記光スイッチングデバイスにおける光制御部を、光学素子の光入力部及び／または光出力部に形成してなることを特徴とする光学デバイスである。
【００３５】
＜１５＞  ＜１３＞に記載の光スイッチングデバイスを、光学素子の光入力部及び／または光出力部に密着させてなることを特徴とする光学デバイスである。
【００３６】
以上の手段により、本発明では、前記ａ）〜ｅ）で述べた課題に対し、以下の効果を得ることができる。
Ａ）光スイッチング出力はゼロバックグラウンドに対するオン出力として観測されるため、クロスニコル配置の精密調整によるバックグラウンドの低減により、吸収変化型スイッチに比べオン／オフ比を大幅に高めることができる。
Ｂ）分子内の電子の実励起を伴わないことから、超高速の応答が実現できる。
Ｃ）電子の実励起を利用しないことから信号光および制御光の波長が膜の吸収波長に制限されず、任意の波長に設定可能である。
Ｄ）吸収のない波長域を用いるため、膜厚を増すことで光との相互作用長を効率良く増やすことができ、実効的なスループットや非線形性を高めることができる。
Ｅ）信号光、制御光として有機薄膜に吸収のない波長領域の光を使用するため、有機薄膜材料の光劣化がなく、デバイスを長寿命化することができる。
【００３７】
すなわち本発明では、従来の課題を解決した極めて高性能な超高速光スイッチを提供可能である。なお本発明の要点は、光制御部である有機薄膜の吸収の長波長側における、遠方透明領域に制御光、信号光の波長を設定することで、有機薄膜を用いた光制御デバイスの性能を大幅に改善することであり、有機薄膜材料は、特にクロコニウム色素化合物薄膜に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、広い波長領域で動作可能な超高速光スイッチングデバイス及びそれを用いた光学デバイスを極めて低コストで提供可能である。また、従来採用が困難だった基板材料が使用できる、大面積薄膜材料の提供による新規な構成が採用可能であるなど、超高速光スイッチングシステム形成において寄与するところが極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を詳しく説明する。
＜光スイッチングデバイス＞
本発明の光スイッチングデバイスは、基板表面に、光制御部として少なくとも有機薄膜が形成され、該有機薄膜に信号光と制御光とを照射し光スイッチングを行う光スイッチングデバイスであって、前記光制御部である有機薄膜の吸収スペクトルにおける長波長側の遠方透明領域に、前記信号光及び制御光の波長を設定し、該制御光により光制御部の屈折率の実部のみを変化させ、前記信号光に位相差を生じさせることにより光スイッチングを行うことを特徴とする。
【００４０】
ここで、上記屈折率の実部とは、吸収性の媒質（化合物）におけるいわゆる複素屈折率（通常、実部及び虚部で示される）の実部をいい、前記屈折率の実部の変化は前記媒質に吸収されない光成分に基づいて起こるものである。なお、前記屈折率の虚部の変化は前記媒質に吸収される光成分に基づいて起こるものである。
【００４１】
この場合、前記屈折率の実部の変化は媒質の吸収に依存せず、変化は制御光の電場の振幅にほぼ追随可能であるため、応答速度が極めて速い。一方、前記屈折率の虚部の変化は媒質の吸収によるため、媒質中の分子の電子の実励起等を伴い、高い非線形性等が得られるものの、応答速度が遅い。
【００４２】
本発明においては、前記光制御部である有機薄膜の吸収スペクトルにおける長波長側の遠方透明領域に、前記信号光及び制御光の波長を設定することにより、該制御光による光制御部の屈折率の実質的に実部の変化のみを起こさせ、速い応答速度と高いオン／オフ比を達成し得る光スイッチングデバイスを得ることができる。
【００４３】
さらに、本発明の光スイッチングデバイスでは、有機薄膜に照射される光が後述するような有機薄膜を構成する色素にまったく吸収されないため、該色素が劣化することがなく、光スイッチングデバイスの性能を安定化させ高寿命化することができる。
【００４４】
なお、本発明において、前記「有機薄膜の吸収スペクトルにおける長波長側の遠方透明領域」とは、有機薄膜の吸収スペクトルの長波長側（吸収極大より長波長側）の吸収端より遠方の波長領域（非共鳴領域）をいい、具体的には長波長側の吸光度が０．０１以下となる波長領域をいう。また、この吸光度は０．００５以下であることが好ましい。
【００４５】
より具体的には、前記遠方透明領域とは、有機薄膜の吸収スペクトルの長波長側の吸収端より５０ｎｍ以上離れた領域であることが好ましく、１００ｎｍ以上離れた領域であることがより好ましい。
また、前記「屈折率の実部のみを変化」に関しては、上記波長領域で信号光及び制御光を有機薄膜に照射した場合、屈折率の虚部の変化を完全に０とすることは困難であるため、上記虚部の変化がほとんどなく実質的に実部の変化のみの場合をいう。
【００４６】
下記では本発明の一例として、数百フェムト秒（ｆｓ：ｆｓ＝１０-15秒）のパルス幅を持つレーザを信号光および制御光に用い、クロコニウム色素化合物薄膜を光制御部とし、通信波長帯の１．５５μｍ光について高効率かつ超高速の光スイッチングデバイスについて説明する。
【００４７】
図１に、本発明の光スイッチングデバイスの構成の一例の概略を示す。
図１において、まず、信号光１１および制御光１５の波長として、光制御部１３（有機薄膜）の有機薄膜での吸収がほとんどない遠方透明領域（吸光度が０．００７程度のときの波長）での波長を選んだ場合について、その動作を説明する。光ファイバなどにより伝送された信号光１１（主として波長が１．５５μｍ）は、平行光に変換され、偏光子１２により直線偏光にされた状態で光制御部３に照射される。光制御部１３は、下記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物を含む有機薄膜（単層膜または多層膜）から構成されている。
【００４８】
【化６】
2006163055.tif 000008
【００４９】
前記一般式（Ｉ）中、Ｑ1、Ｑ2で形成される環は互いに独立に置換基を有してもよい芳香族基を表す。また、Ｚ1、Ｚ2は互いに独立にカチオン化し得る原子を表し、これらはＱ1、Ｑ2に含まれる芳香環を構成していてもよいし構成していなくてもよい。なお、一般式（Ｉ）においてＺ1はカチオン化している。
【００５０】
制御光１５がない状態では、偏光子１２に対してクロスニコル配置に設定された検光子１４により信号光１１はブロックされるため、透過光成分は観測されない（オフ状態）。
【００５１】
次に、偏光子１６により信号光１１に対し４５°の傾きを持つ直線偏光とした制御光１５を、信号光１１と同期させて光制御部１３に照射する。通常は、信号光１１および制御光１５ともにレンズ等の光収束手段を介して集光し、光制御部１３上の同一点に重ねられる。このとき、信号光１１および制御光１５を集光するための光収束手段としては、同一のものでもよいし、異なるものでもよい。
【００５２】
ここで、「信号光１１と同期」させるとは、信号光１１から抽出された、制御すべき直線偏光パルスの少なくとも一部と同時に光制御部１３に照射されるように、タイミングを合わせて制御光１５のパルスが照射されることをいう。
【００５３】
前記光収束手段により収束された信号光１１及び制御光１５の集光部分の直径は、３〜１０μｍの範囲であることが好ましく、４〜６μｍの範囲であることがより好ましい。集光部分の直径が３μｍに満たないと、制御光１５と信号光１１との重なりが不充分となる場合があり、１０μｍを超えると、スイッチングに必要な制御光１５の光強度が大きくなる場合がある。
【００５４】
制御光１５により誘起された非線形光学効果により、光制御部１３に、制御光１５の偏光方向とそれに直行する方向の間で屈折率の差（屈折率異方性）が生じる。この屈折率異方性により、信号光１１は光制御部１３を通過する間に楕円偏光に変換される。すなわち、この場合には制御光１５により光制御部１３の屈折率の実部を変化させ、前記信号光１１に位相差を生じさせている。
【００５５】
なお、上記信号光１１と制御光１５とには共にパルス状の光を使用する。高い非線形性能を実現するには強い光強度が必要であることから、用いる光パルスは１０-12〜１０-13秒の範囲の短い時間幅であることが好ましい。
【００５６】
最終的に、前記楕円偏光中の検光子１４と一致した方向成分のみが出力として観測される（オン状態）。こうして形成された光スイッチングデバイスは、前述のＡ）〜Ｅ）の特徴を有する。すなわち、高いオン／オフ比、超高速応答、任意の動作波長設定、高いスループット及び低い駆動エネルギー、並びにデバイスの長寿命化である。
【００５７】
本発明においては、前記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物を有機薄膜とした場合、上記のように光制御部１３の屈折率の実部の変化を利用した光スイッチングデバイスとするためには、信号光１及び制御光５の中心波長が、共に１２５０ｎｍ以上に設定されることが好ましく、１４５０ｎｍ以上に設定されることがより好ましい。設定波長が１２５０ｎｍ以上であれば、前記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物の吸収がほとんどない領域となり、実質的に屈折率の実部の変化のみを利用することができる。
【００５８】
なお、前記光制御部１３の屈折率の変化における実部の変化と虚部の変化との寄与の割合は、Ｚスキャン法などにより光制御部１３の非線形屈折率の実部と虚部とを独立に測定することにより見積もることができるが、本発明において、屈折率の変化全体に対する実部の変化の割合（実部の変化／全体の変化）は、９０〜１００％の範囲であることが好ましく、９５〜１００％の範囲であることがより好ましい。
【００５９】
（光制御部）
次に、本発明における前記光制御部１３の構成について説明する。
−基板−
前記基板としては、ガラス、石英、サファイア及びプラスチック等の材料を用いることできる。なお、基板としてフレキシビリティを有するフィルム状の基材を用いれば、後述するように、フレキシブルな光スイッチングデバイスを得ることができる。また反射型のデバイス構成にする場合は、金、銀、アルミニウムなどの金属基板、またはそれらを上記基板上に真空蒸着などすることで形成した反射性の基板を使用可能である。
【００６０】
−有機薄膜−
光制御部１３に用いられる有機薄膜材料としては、特に限定されないが、吸収極大が１μｍ以下にあり、長波長側の吸収端が大きくとも１２００ｎｍまでしか伸びていない点、透明領域の１．５５μｍ帯でも大きな非線形光学特性が得られる等の観点から、分子単体の極大吸収波長が８００ｎｍ前後にあり、かつ高い熱安定性、有機溶媒に対する良い溶解性および優れた成膜性を有するクロコニウム色素化合物を用いることが好ましい。
【００６１】
本発明におけるクロコニウム色素化合物は、下記一般式（Ｉ）で表される。
【００６２】
【化７】
2006163055.tif 000009
【００６３】
前記一般式（Ｉ）中、Ｑ1、Ｑ2で形成される環は互いに独立に置換基を有してもよい芳香族基を表す。また、Ｚ1、Ｚ2は互いに独立にカチオン化し得る原子を表し、これらはＱ1、Ｑ2に含まれる芳香環を構成していてもよいし構成していなくてもよい。なお、一般式（Ｉ）においてＺ1はカチオン化している。
【００６４】
上記一般式（Ｉ）におけるＱ1、Ｑ2で示される芳香族基には各種芳香核または複素芳香核が含まれる。上記芳香核としては特に限定されないが、例えばフェニル、ナフチル、チオフェニル、ピリリウム、チオピリリウム等が挙げられる。また前記複素芳香族としては、特に限定されないが、例えばベンゾオキサゾリウム、ベンゾチアゾリウム、キノリン等が挙げられる。
【００６５】
また、前記Ｚ1、Ｚ2としては、窒素原子、酸素原子、イオウ原子、セレニウム原子、テルリウム原子などが挙げられる。前記クロコニウム色素化合物においては、Ｚ1、Ｚ2のいずれかがカチオン化している必要がある。したがって、前記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物は、下記の構造式で示されるような構造を採り得る。
この構造式で示されるクロコニウム色素化合物は、前記一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物のもつ前述のごとき特性と同じ特性を有する。
【００６６】
【化８】
2006163055.tif 000010
【００６７】
一般式（Ｉ）で示されるクロコニウム色素化合物としては、分子単体の極大吸収波長、高い熱安定性および優れた成膜性等の観点から、下記一般式（II）〜（IV）のいずれかで示されるクロコニウム色素化合物を用いることがより好ましい。
【００６８】
【化９】
2006163055.tif 000011
【００６９】
【化１０】
2006163055.tif 000012
【００７０】
【化１１】
2006163055.tif 000013
【００７１】
前記一般式（II）中のＲ1〜Ｒ4、前記一般式（III）中のＲ21〜Ｒ24、及び前記一般式（IV）中のＲ31〜Ｒ34は、各々同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、直鎖アルキル基、分岐化したアルキル基、アルコキシ基が置換されたアルキル基、ハロゲン原子が置換されたアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換のアラルキル基、アリールオキシ基が置換されたアルキル基及びアラルキルオキシ基が置換されたアルキル基のうちのいずれかを表す。また、Ｒ1及びＲ2、Ｒ3及びＲ4は、Ｒ31及びＲ32、並びにＲ33及びＲ34は互いに結合して環を形成してもよい。
【００７２】
前記アルキル基としては、炭素数が１〜２０の範囲の直鎖アルキル基、炭素数が３〜２０の範囲の分岐化したアルキル基が好ましく、直鎖アルキル基としては炭素数が３〜１８の範囲、分岐アルキル基としては炭素数が４〜１８の範囲のものがより好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が挙げられる。
【００７３】
前記アルコキシル基としては、炭素数が１〜１９の範囲のものが好ましく、炭素数が１〜１８の範囲のものがより好ましい。具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基等が挙げられる。
前記アリール基としては、炭素数が６〜３６の範囲のものが好ましく、炭素数が７〜２６の範囲のものがより好ましい。具体的には、例えば、フェニル基、トリル基等が挙げられる。
【００７４】
前記アラルキル基としては、炭素数が７〜３６の範囲のものが好ましく、炭素数が８〜２６の範囲のものがより好ましい。具体的には、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
前記アリールオキシ基としては、炭素数が６〜３６の範囲のものが好ましく、炭素数が７〜２６の範囲のものがより好ましい。具体的には例えば、フェノキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシ基等が挙げられる。
【００７５】
前記アラルキルオキシ基としては、炭素数が７〜３６の範囲のものが好ましく、炭素数が８〜２６の範囲のものがより好ましい。具体的には、例えば、ベンジルオキシ基、２−フェニルエトキシ基、３−フェニルプロポキシ基等が挙げられる。
【００７６】
前記各種結合基の中では、合成の容易さ、分子単体の極大吸収波長、熱安定性、成膜性等の特性のバランスの観点から、炭素数１〜２０の直鎖アルキル基、または分岐化した炭素数３〜２０のアルキル基が好ましい。より具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基またはｔｅｒｔ−ブチル基がより好ましく、ｉｓｏ−プロピル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基またはｔｅｒｔ−ブチル基が特に好ましい。
【００７７】
前記のように、Ｒ1及びＲ2、Ｒ3及びＲ4、Ｒ31及びＲ32、並びにＲ33及びＲ34は互いに結合して環を形成してもよいが、該環としては５員環または６員環であることが好ましい、また、該５員環または６員環としては、下記（１）〜（４）に示した構造の環であることが好ましい。
【００７８】
【化１２】
2006163055.tif 000014
【００７９】
本発明における有機薄膜は、前記一般式（Ｉ）〜（IV）で示されるクロコニウム色素化合物の１種以上を含む有機溶剤溶液を基板に塗布することを特徴とする製造工程により容易に得られる。なお、前記クロコニウム色素化合物としては、例えば一般式（II）で示されるクロコニウム色素化合物を単独で用いてもよいし、一般式（II）〜（IV）で示されるクロコニウム色素化合物の２種以上を混合して用いてもよい。
【００８０】
前記化合物を溶解する溶媒としては、特に限定されないが、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン等のハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、モノクロロベンゼン等の芳香族炭化水素；メタノール、エタノール、２−プロパノール等のアルコール類；シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等のケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類；ｎ−プロピルアミン、ジエチルアミン等のアミン類；などを用いることができる。これらの中でも、ハロゲン化炭化水素、エーテルまたはアミン、具体的には、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロプロパン、モノクロロベンゼン、テトラヒドロフランおよびｎ−プロピルアミンが好ましく、ジクロロエタン、ジクロロプロパンおよびテトラヒドロフランが特に好ましい。
【００８１】
また、前記クロコニウム色素化合物の溶液中の濃度は０．１〜１５質量％の範囲であることが好ましく、０．３〜１０質量％の範囲であることがより好ましい。濃度をこの範囲とすることにより、良質の会合体を形成することができる。
【００８２】
得られた溶液を基板上へ塗布する方法としては、従来より知られた方法を用いることができ、例えば、バーコート法、スピンコート法、キャストコート法、ディップコート法、スプレーコート法等を挙げることができる。本発明においては、厚みの均一な薄膜を形成する観点からスピンコート法で行うことが好ましい。
【００８３】
また、上記溶液塗布法以外に、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法により、本発明における有機薄膜を基板上に形成することもできる。
なお、本発明における有機薄膜の厚さは、用途によっても異なるが、２００〜１２００ｎｍ程度の範囲とすることが好ましい。
【００８４】
前記クロコニウム色素化合物の溶液を基板上に塗布することにより形成される有機薄膜は、前記Ｊ−会合体に似た会合体、即ち、その吸収帯が色素化合物分子単体の場合の吸収帯に比べ、長波長側にシフトしている会合体を形成する。
したがって、本発明における有機薄膜は、そのままでも用いることができるが、有機薄膜を熱処理することにより、会合体形成をさらに促進させて用いることが好ましい。
【００８５】
上記熱処理における温度は６０〜１４０℃の範囲であることが好ましい。処理温度が６０℃未満となると、熱処理による効果が得られない場合があり、また、温度が１４０℃を超えると、有機物の分解が顕著になる場合がある。処理時間は処理温度によって異なり、処理温度が高くなると処理時間は短くなる。一般的には５秒から６０分間程度の範囲が好ましい。例えば上記有機薄膜を６０℃で熱処理する場合は、処理時間は６０分間程度であることが好ましく、１４０℃の場合は処理時間は１分間程度であることが好ましい。
【００８６】
本発明における有機薄膜の吸収特性を測定した結果、該有機薄膜が９００ｎｍ付近に強い吸収強度を有し、吸収帯の長波長側の吸収端が１．１５μｍ付近であることが確認された。また、該有機薄膜は遠方透明領域の１．５５μｍ帯でも大きな非線形光学特性が得られ、１．５５μｍ付近の光による光応答の回復時定数が非常に小さいこと（フェムト秒領域）が確認された。このことは、本発明における有機薄膜が、通信波長帯の光による超高速光学応答特性を有することを示す。
【００８７】
さらに、本発明における有機薄膜は、膜厚を厚くしても１．５５μｍ帯には光の吸収がほとんどないので、光吸収に由来する膜性能の劣化が殆んどないと考えられる。したがって、この有機薄膜を用いた本発明の光スイッチングデバイスは汎用的な通信波長帯においても応答速度が速く、高いオン／オフ比および高い非線形性を有するとともに、長い動作寿命を実現することができる。
【００８８】
具体的には、上記有機薄膜を光制御部として用いた図１に示す構成の光スイッチングデバイスに、例えばパルス幅１００ｆｓの信号光（波長：１５５０ｎｍ、光強度：２００ｎＪ／ｃｍ2）及び制御光（波長：１６２０ｎｍ、光強度：１４２０μＪ／ｃｍ2）を用いたところ（制御光波長での有機薄膜の吸光度は約０．００８）、制御光の照射時のみ信号光の反射が観測され、光スイッチ動作が確認された。この光スイッチングデバイスの応答時定数は約１１０ｆｓであった。
また、後述する方法によって求められるオン／オフ比は、測定条件（制御光強度等）によっても異なるが、５〜２００程度の範囲であった。
【００８９】
さらに、上記有機薄膜を誘電体薄膜と積層構造（多層膜）にすることで、本発明における有機薄膜の膜質を低下させずに実効的膜厚を増加させることができる。このような方法により、本発明における有機薄膜の実効的な非線形光学性能を向上させ、本発明の光スイッチングデバイスのオン／オフ比をさらに高めることができる。
【００９０】
また、本発明の光スイッチングデバイスにおいては、前記有機薄膜を１ｍｍ2以上の面積で形成することが好ましく、特に１〜４００ｃｍ2の範囲、より好ましくは４〜１００ｃｍ2の範囲の面積で成膜したものであることが好ましい。なお、前記説明した光スイッチングデバイスの構造、構成要素等は、本発明において特に限定されるものではない。
【００９１】
以上述べたような本発明の光スイッチングデバイスは、半導体により形成される光スイッチに比べて、応答時間が短い他、さらに下記のような利点を有している。
（１）材料が安価で、製造プロセスが簡易であるため、生産性に優れている。
（２）光スイッチの製造、動作ともに、常温、大気中で行なうことができる。
（３）これまで半導体材料では作製が不可能であるか極めて困難であった、大面積（直径数ｃｍ〜数十ｃｍ）の光スイッチングデバイスを容易に形成することができる。
（４）多様な分子を利用することにより高機能化や、他種材料とのハイブリット化が容易である。
【００９２】
（空間的光分配システム）
本発明においては、前記一般式（Ｉ）〜（IV）で示されるクロコニウム色素化合物を含む有機薄膜を独立の複数の領域に分割し、それぞれの領域で並列に光制御を行うことで、単一制御光による空間的光分配システムを構築することも可能である。
【００９３】
前記空間的光分配システムの構成及び動作原理を図２に示す。共にパルス状の光である信号光２１および制御光２５を空間的に展開し、シート状の光とする。これらを前記有機薄膜からなる光制御部２３へ入射するが、制御光２５を斜めから入射し、かつ部分的に時間遅延を与えることで、制御光２５が異なった時間に光制御部２３の各位置に到達するようにする。この時、制御光２５が光制御部２３の各位置に到達する時間と、信号光２１の各パルスが光制御部２３に到達する時間を一致させることで、シリアル信号である信号光２１を単一の制御光により並列複数出力に変換することが可能である。
【００９４】
このように、前記有機薄膜を用いることで、前記空間的光分配システムを通信波長帯で動作させることが可能になる。また、本発明者等は、以上述べた動作原理をモジュール化したデバイスに関しても提案しているが（特開２００４−２１２９７９号公報参照）、同デバイスについても本発明は適用可能であり、実用的に大きな効果が期待される。
【００９５】
＜光学デバイス＞
本発明の更なる特長は、有機薄膜用の材料が結晶性でなく、さらに製膜の際に高温を必要としないので、前記基板として多用な材料が選択できることである。一般的な半導体量子井戸構造の光スイッチングデバイスは、結晶成長を必要とするため、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＰなどの結晶性基板が必須で、成長温度も５００℃以上、もしくは低温成長を特徴とする特殊な材料でも２００℃以上を必要としていた。
【００９６】
本発明における光制御部である有機薄膜に用いられる材料は、アモルファス状態を特徴とし、前記のように、ガラス板、金属板、さらには高分子フィルムなどの表面に常温で形成可能である。この特長から、レンズ、プリズム等の光学素子の光入力部及び／または光出力部に、光制御部である有機薄膜を形成することができ、上記光学素子に光スイッチング機能を加えた新たな光学デバイスを得ることができる。
【００９７】
さらに、前記フィルム状の基材を基板として、その表面に光制御部である有機薄膜を形成することで、光スイッチング機能を備えた光学フィルム（光スイッチングデバイス）を作製することできる。この光学フィルムはフレキシブルな光スイッチとして単独で利用可能であるが、これを任意の形状に切り出して任意の光学素子の光入力部及び／または光出力部に密着させる（貼り付ける、または接着させる）ことで、上記光学素子の性能向上または新機能の付加を可能とした光学デバイスを得ることができる。このように、本発明における光制御部である有機薄膜材料は、従来の半導体量子井戸構造の光スイッチ用材料に比べ、より多様な応用に適応可能である。
【実施例】
【００９８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
（有機薄膜１の作製）
前記一般式（II）中、Ｒ1〜Ｒ4がｎ−ブチルであるクロコニウム色素化合物を無水テトラヒドロフラン中に溶解し、テトラヒドロフラン中に２．０質量％の色素化合物を含有する溶液を得た。次いで、この溶液をスピンコート法により、ガラス基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ）上に塗布し、面積が９ｃｍ2、膜厚が４００ｎｍの有機薄膜１を得た。
【００９９】
得られた有機薄膜１の吸収スペクトルを図３に示す。図３中、８６５ｎｍ付近に現われている吸収ピークは会合体に由来している。この色素化合物の溶液状態の吸収ピークは８３１ｎｍであるため、本実施例の会合体由来の吸収帯が、単分子由来の吸収帯より３４ｎｍ以上も長波長化していることがわかる。また、１１５０ｎｍ以上の長波長側では吸光度が０．０１以下であり、後述する通信波長帯付近の波長領域での吸光度はほぼ０であった。
【０１００】
（光スイッチングデバイスの作製、評価）
次に、作製した有機薄膜１を用いた光スイッチングデバイスについて、Ｋｅｒｒ光スイッチング性能を調べた。光スイッチングデバイスの構成は図１に示すような構成とし、光制御部１３に前記有機薄膜１を用いた。制御光１５、信号光１１としては、チタン・サファイアレーザパルスを再生増幅し、Ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｅｒにより波長を通信波長帯の光に変換したもの（信号光の波長：１５５０ｎｍ、制御光の波長：１６２０ｎｍ）を用いた。またこの光のパルス幅は約１００ｆｓであった。
上記構成により、前記信号光１１及び制御光１５の光パルスをレンズにより光制御部１３に集光し、信号光１１をスイッチングした。なお、このときの集光部分の直径は、約１．７ｍｍであった。
【０１０１】
上記光スイッチングデバイスの光出力結果（制御光の照射状態に依存する信号光の光出力強度）を検討した結果、制御光強度が１４．２ｐＪ／μｍ2のとき、前記光スイッチングデバイスのオン／オフ比（〔制御光が前記有機薄膜に照射している（オン状態）時の信号光強度〕／〔制御光が前記有機薄膜に照射していない（オフ状態）時の信号光強度〕）が約５０（１７ｄＢ）であった。
【０１０２】
次に、光スイッチングデバイスの応答速度を、制御光１５の照射タイミングを信号光１１に比べてわずかに変化させることで調べた。
図４に、そのときの光出力の時間応答性を示す。図４における各プロットに指数関数でフィッティングをかけ確認したところ、光強度は１１０ｆｓ程度で９０％以上回復しており、応答は超高速であることがわかった。また、同時にこの光スイッチングデバイスでは、実励起を伴わないことから遅い応答成分も存在しないことがわかった。これらの結果から、本発明の色素薄膜により、１ＴＨｚ（Ｔ=１０12）以上の繰り返し速度を持つ信号光を、高いＯｎ／Ｏｆｆ比でスイッチングすることが可能なことがわかった。
【０１０３】
さらに、前記制御光１５、信号光１１を連続して光制御部１３に１００時間照射した後、前記オン／オフ比、時間応答性を確認したところ、ともに大きな変化はなく、この光スイッチングデバイスの安定性が確認された。
【０１０４】
＜実施例２＞
（有機薄膜２の作製）
前記一般式（III）中、Ｒ21〜Ｒ24が水素原子であるクロコニウム色素化合物を無水テトラヒドロフラン中に溶解し、テトラヒドロフラン中に０．１質量％の色素化合物を含有する溶液を得た。次いで、この溶液をキャストコート法により、ガラス基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ）上に面積が９ｃｍ2、膜厚が２００ｎｍの有機薄膜２を形成した。
得られた有機薄膜２の吸収スペクトルは、前記有機薄膜１に類似していた。また該有機薄膜２の吸収ピーク（吸光度が０．３５）は８９９ｎｍに現れていた。
【０１０５】
（光スイッチングデバイスの作製、評価）
次に、作製した有機薄膜２を用い、実施例１と同様にして光スイッチングデバイスを作製し、同様の評価を行った。
【０１０６】
上記光スイッチングデバイスの光出力結果（制御光の照射状態に依存する信号光の光出力強度）を検討した結果、制御光強度が１４．２ｐＪ／μｍ2のとき、前記光スイッチングデバイスのオン／オフ比は約６（８ｄＢ）であった。また、同様に光出力の時間応答性を調べたところ、光強度は１１０ｆｓ程度で９０％以上回復しており、応答は超高速であることがわかった。
さらに、同様にして光スイッチングデバイスの寿命を検討したところ、前記オン／オフ比、時間応答性ともに大きな変化はなく、この光スイッチングデバイスの安定性が確認された。
【０１０７】
＜実施例３＞
（有機薄膜３の作製）
前記一般式（IV）中、Ｒ31〜Ｒ34がメチル基であるクロコニウム色素化合物を無水ｎ−プロピルアミン中に溶解し、ｎ−プロピルアミン中に０．５質量％の色素化合物を含有する溶液を得た。次いで、実施例２と同様にしてガラス基板上に面積が９ｃｍ2、膜厚が１５０ｎｍの有機薄膜３を形成した。
得られた有機薄膜３の吸収スペクトルは、前記有機薄膜１と類似していた。該有機薄膜３の吸収ピーク（吸光度が０．３２）は８２０ｎｍに現れていた。
【０１０８】
（光スイッチングデバイスの作製、評価）
次に、作製した有機薄膜３を用い、実施例１と同様にして光スイッチングデバイスを作製し、同様の評価を行った。
【０１０９】
上記光スイッチングデバイスの光出力結果（制御光の照射状態に依存する信号光の光出力強度）を検討した結果、制御光強度が１４．２ｐＪ／μｍ2のとき、前記光スイッチングデバイスのオン／オフ比は約５（７ｄＢ）であった。また、同様に光出力の時間応答性を調べたところ、光強度は１１０ｆｓ程度で９０％以上回復しており、応答は超高速であることがわかった。
さらに、同様にして光スイッチングデバイスの寿命を検討したところ、前記オン／オフ比、時間応答性ともに大きな変化はなく、この光スイッチングデバイスの安定性が確認された。
【０１１０】
このように、本発明の光スイッチングデバイスは、従来の半導体光スイッチと同等以上の性能を提供しつつ、従来の半導体光スイッチにはない特徴を有しており、極めて高い市場価値を提供するものである。なお、前記実施例で示した図１の構成は、原理実証を主目的とした基本的構成によるものである。本発明は前記実施例の構成のみに留まるものではなく、既述の本発明における実施の形態に述べた原理、材料等に基づいて作製された光スイッチングデバイス全般に及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の光スイッチングデバイスの構成に一例を示した概略図である。
【図２】光制御部を複数の独立の領域に分割して動作させる空間的光分配システムの原理を示した概略図である。
【図３】本発明における有機薄膜の吸収スペクトルの一例を示した図である。
【図４】本発明の光スイッチングデバイスの時間応答特性を示した図である。
【図５】（ａ）は色素分子がランダムに分散しているときの吸収スペクトルを示す図であり、（ｂ）は色素分子が会合体を形成しているときの吸収スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１、２１  信号光
１２、１６、２２、２４、２７  偏光子
１３、２３  光制御部
１４  検光子
１５、２５  制御光
２６  光遅延素子
２８  信号検出部
【図１】
2006163055.tif 000019
【図２】
2006163055.tif 000020
【図３】
2006163055.tif 000021
【図４】
2006163055.tif 000022
【図５】
2006163055.tif 000023