特集

学生の研究活動報告−国内学会大会・国際会議参加記 30

波長の異なる信号の協調と競合
竹谷廉太郎

Rentaro TAKETANI
電子情報学科2018 年度卒業

1．はじめにジアリルエテンは Fig. 1（a）に示す 2 つの異性

Fig. 1 （a）Structures and colors of diarylethene isomers. （b）Transmission spectra of the
open- and closed-ringstates. The sample is thetoluene solution of diarylethene（10−2 mol/l, 20μm thickness）.（c）,（d）Temporalchange of thelight intensity（405 or 532 nm）during the violet
or green laser irradiation process（1 mW/mm2）.

体を持ち，紫色光を照射すると赤色の閉環状態に，緑色光を照射すると淡黄色の開環状態に変わるフォ
トクロミック反応を示す．この色変化は Fig. 1（b）に示す吸収帯の変化に起因し，閉環状態への変化（紫光照射）で緑色の吸収が増し，開環状態への変化（緑光照射）で紫色の吸収が増す．したがって，紫色光と緑色光を信号として用いると，Fig. 1（c）と 1（d）に示すように，他の信号光を妨害して自らの信号強度を増す競合関係が見られる．しかし，Fig. 2 （a）Sample cell with a waveguide structure（50 mm length）.（b）Spectral intensity of axenon lampbeam that passed through the capillary containing air, water, or toluene.（c）,（d）Light intensity change during the transmission
process of the violet（20 mW）or yellow（4 mW）
laser beam（a toluene solution of 10−3 mol/l）.

Fig. 1（b）のスペクトルが示すように，緑色帯の吸収変化は紫色帯よりも大きいので，競合する信号のコアが変色する過程の透過スペクトルを測定するこバランスが取りにくいという問題がある．そこで本とができた．Fig. 2（c）は，レーザ照射前（ほぼ開研究では，吸収が小さくなる黄色または青色の光を環状態）の強度を基準（1.0）として，出力光の相用いて競合関係を調べた．

対的な強度変化を示している．横軸は紫色レーザを照射し始めてからの時間であり，他の光を抑制して2．黄色光が他の光に与える影響405 nm 光が増大している．Fig. 2（d）は，紫色レ通常のガラス容器にフォトクロミック溶液を入れー ザ に 代 え て 590 nm の 黄 色 半 導 体 レ ー ザ 光（4ると，変色した分子が流動して光路外に出てしまmW）を入射させたときの結果であり，405 nm 光い，光制御に寄与しなくなる．そこで，照射光や測が抑制される一方で，532 nm 光が 590 nm 光と協調定光が溶液全体にあたるように，Fig. 2（a）のよう的に増大している．前述のように緑色の変化は大きな液体コアファイバ型の試料セルを作製した．導波

いが，紫と黄色では同程度の変化が見られ，バラン構造とするために，屈折率の低い（1.45）石英ガラスのとれた競合関係となっている．

スキャ ピ ラ リ（内 径 1 mm，長 さ 50 mm）を 用 い，両端をガラス板と O リングでシールして液体を封3．青色と紫色のパルス信号光の相互作用入した．Fig. 2（b）に示すように，空気や水が入っ次に，制御光を波長 450 nm の青色半導体レーザている状態では光が漏れてほとんど通らなかった（4 mW）に変えて実験を行った．Fig. 2（a）の長いが，屈折率 1.50 のトルエンを封入すると全反射がキャピラリでは脱色に 30 分以上の時間を要したの生じ，可視域全体にわたって光の透過が見られた．

で，この実験では色素分子の拡散が少ない固体試料

そして，このランプ光と同軸上で波長 405 nm の紫（ジアリルエテン分散シリコーンゴム）を用いた．

色半導体レーザ光（20 mW）を入射させると，液体

3）青色レーザ照射中の 405 nm 光の透過強度変化― S-13 ―を Fig. 3（a）に示す．開環状態から出発したとき低下した．しかし，紫色信号の照射を続けて開環状は青色光照射によって紫色光の強度が増すという協態の色素分子が増大してくると，Fig. 3（d）のよう調関係が見られたのに対し，閉環状態から出発したに 2 つの信号がともに増大する傾向が見られた．

ときは紫色光の強度が低下するという競合関係が見Fig. 1（b）に示したように，ジアリルエテンにはられた．また，通常は照射光の波長において透過率400 nm 付近と 500 nm 付近を中心とする 2 つの吸収が増大するため，光信号が自らの光路を拓いていく帯が存在するが，青色レーザの波長 450 nm はそれ自己形成機能が生じるが，4）青色信号では逆に透らの中間に位置するため，両方の吸収帯の影響を受過率が低下し，自らの光路を消去する自己閉塞機能けるとともに，それらの成長や収縮にも影響を与えが見られた．3）この現象は光信号間の相互抑制やると考えられ，このことが複雑な透過特性の原因と増強に利用できると考え，青色と紫色のレーザ光を推定される．

チョッピングして，Fig. 3（b）に示すようなパルス
幅 500 μs の信号を形成し実験を行った．青色信号

4．おわりにが透過している所へ紫色信号を重ねて入射させると今回の実験で初めて用いた黄色光では，紫色光と（1.0 s），Fig. 3（c）に示すように青色信号の強度がの間に競合関係，緑色光との間に協調関係が見られた．また青色光では，状況に応じて紫色光との間に競合関係も協調関係も起こりうることが明らかになった．このように，フォトクロミック色素の吸収帯

Fig. 3 （a）Light intensity change at 405 nm
during the blue light irradiation process（0.03mW/mm2）. The sample took the open- or closedring state at the start of the irradiation. （b）
Pulse signals（blue or violet laser, 1 kHz）thatemerged from the sample. The violet signaltransmission started at 1.00 s.（c）,（d）Temporal change of the signal intensity during the simultaneous transmission process of the blue andviolet pulses.

変化を利用すると，強いレーザ光や高速の機器を必要とせず，パルスエネルギーの蓄積によって状態変化を引き起こし，複数の光信号間の相互作用を誘起することが可能である．この光制御機能は，信号伝達経路の自己形成やノード間の結合強度制御など，生体を模したネットワークの形成に利用できるのではないかと期待される．

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