JPH0621557A - ポリマー微小球レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリマー微小球内に存在する結晶性部分の影
響を低減して、レーザ発振の効率を向上する。 【構成】 色素２を含有せしめたポリマー微小球１とし
てほぼ１０％以下の結晶化度を有する材質を用いる。こ
のようにほぼ１０％以下の結晶化度を有する材質であれ
ば、この程度の結晶性部分が存在していたとしてもこの
影響は低減できる。従ってレーザ発振を開始させるしき
い値を小さくできるので、レーザ発振の効率が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリマー微小球に色素
を含有せしめたポリマー微小球レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ発光素子として蛍光色素（以下単
に色素と称する）をポリスチレンのような透明なポリマ
ー微小球に含有せしめて光の誘導放出を行わせるように
構成したポリマー微小球レーザが報告されている。

【０００３】図３はこのようなポリマー微小球レーザの
動作原理を説明するもので、ポリマー微小球１１の内部
に含有せしめた色素１２に対して、外部から光照射を行
って励起を行うと色素１２は発光して光源として動作す
る。

【０００４】このとき色素１２から発生した光１３すな
わち蛍光はポリマー微小球１１の内部から外部へ放出さ
れるが、外部との境界面すなわちポリマー微小球１１の
表面の接線Ｌに対して、色素１２から発生した光１３が
角度θ′で入射したとして（Ｎは垂線）この角度θ′が
臨界角θより大きいと全反射の条件を満たすので、光１
３は全反射されてポリマー微小球１１の内部に反射され
るため外部には放出されない。但し、前提としてポリス
チレン（屈折率ｎ１は約１．５８）のポリマー微小球１
１より、外部の媒体の屈折率は小さい（例えば空気から
なっており屈折率ｎ２は約１．００）ものとする。

【０００５】すなわち、色素１２から発生された光１３
がポリマー微小球１１の内部で全反射すると、次々に光
１３は境界面で全反射を繰返して矢印のように進行する
ようになり、光１３はポリマー微小球１１の内部に閉じ
込められたことになる。そして一周回って元の発生した
光と位相が一致すると、次の光が誘導放出されるように
なり、このような動作を繰返すことにより共振状態とな
るので光の増幅が行われるようになって、いわゆるレー
ザ発振が起きるようになる。

【０００６】このようにポリマー微小球レーザにおいて
は、ポリマー微小球１１の内部において色素１２から発
生した光１３を全反射させてポリマー微小球１１の内部
に閉じ込めておく必要がある。

【０００７】ここでレーザ媒体としての色素１２を含有
せしめたポリスチレンのようなポリマー微小球１１は、
その材料が本質的に少なからずその内部に結晶性部分を
有している場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来のポリマ
ー微小球レーザでは、色素を含有せしめたポリマー微小
球に結晶性部分が存在していると、光学的不均一が生ず
る原因となって、ポリマー微小球内部における光に対す
る等方性が不完全となるので、レーザ発振の効率が低下
するという問題がある。

【０００９】このようにポリマー微小球内部における光
に対する等方性が不完全になると、微小球レーザに特有
なウィスパーリング・ギャラリ・モード（Whispering G
allery Mode ）への障害となるため、レーザ発振を開始
させるしきい値が大きくなるのが避けられない。よっ
て、レーザ発振の効率を低下させることになる。

【００１０】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、一定値以下の結晶化度を有するポリマー微
小球を用いることにより結晶性部分の影響を低減するよ
うにしたポリマー微小球レーザを提供することを特徴と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ポリマー微小球に色素を含有せしめたポリ
マー微小球レーザにおいて、前記ポリマー微小球がほぼ
１０％以下の結晶化度を有することを特徴とするもので
ある。

【００１２】

【作用】本発明の構成によれば、色素を含有せしめたポ
リマー微小球としてほぼ１０％以下の結晶化度を有する
材質を用いることにより、多少結晶性部分が存在してい
たとしても、光学的不均一を差支えない程度に抑えるこ
とができるので、結晶性部分の影響を低減することがで
きる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１４】図１は本発明のポリマー微小球レーザの実
施例を示す構成図で、１は例えばポリスチレンのような
ポリマー微小球でこの内部には、図２に拡大図を示すよ
うに例えばローダミン６Ｇのような色素２がポリマー微
小球１の半径方向に沿って主としてその表面１Ａ付近に
含有せしめられている。ここで特にポリマー微小球１は
ほぼ１０％以下の結晶化度を有するものが用いられてい
る。

【００１５】３は励起光源で他の各種レーザからなり、
４はポリマー微小球１内部で発生したレーザ発振による
出力光の伝送媒体で例えば光ファイバからなり、５は伝
送媒体４に接続された分光器である。なお、６はポリマ
ー微小球１の支持部材である。

【００１６】このような構成で、励起光源３からの光が
ポリマー微小球１の内部の色素２に照射されると、この
色素２は励起状態となり、図３を参照して説明した動作
原理に基いて反射を起こして、レーザ発振が起きる。そ
してこのレーザ光は伝送媒体４を介して分光器５に伝送
されて、光の波長が測定される。

【００１７】次に本実施例によるポリマー微小球レーザ
の内容をより詳細に説明する。

【００１８】ポリマー微小球１として結晶化度の異なる
数種の直径約４０μｍのポリスチレン微小球を用いると
共に、色素２としてローダミン６Ｇを用いてこれを溶か
したジクロロメタン溶液２．３ｍｍｏｌ／Ｌに、ポリス
チレン微小球を一定時間浸漬して、ローダミン６Ｇを含
有せしめた。ローダミン６Ｇが含有せしめられたポリス
チレン微小球は、吸引ろ過しながら２−プロパノールで
洗浄し、余分な色素であるローダミン６Ｇを洗い流し
た。その後室温で乾燥した。

【００１９】次に、ポリスチレン微小球に対して、Ｎｄ
³⁺−ＹＡＧレーザを励起光源３として用いてこの第２高
調波によって励起（ポンピング）したところ、ポリスチ
レン微小球に対してレーザ発振を起こすことができた。
このときのしきい値は結晶化度に応じて表１のようにな
った。

【００２０】また、ポリマー微小球１として同様に結晶
化度の異なる数種の直径約４０μｍのポリメタクリル酸
メチル微小球（ＰＭＭＡ）を用いて、ポリスチレン微小
球の場合と同一の条件で、以後の処理を施すことによ
り、同様にポリメタクリル酸メチル微小球に対してレー
ザ発振を起こすことができた。このときのしきい値は
［表１］のようになった。

【００２１】

【表１】

【００２２】ここで、ポリマー微小球１として用いたポ
リスチレン微小球及びポリメタクリル酸メチル微小球の
結晶化度の測定は、Ｘ線による方法を用いた。すなわ
ち、各サンプルに対してＸ線照射を行って、そのＸ線回
折強度を求めることにより測定した。ここで、結晶性部
分のＸ線回折強度をＩｘ，非結晶性部分のＸ線回折強度
をＩｙで示すと、結晶化度Ａは次式に基いて測定するこ
とができる。

【００２３】 Ａ＝｛（Ｉｘ）／（Ｉｘ＋Ｉｙ）｝×１００

【００２４】［表１］から明らかなように、サンプルＮ
ｏ．１の結晶化度１２（％）の場合はしきい値は５０〜
６５Ｗとなった。一方、サンプルＮｏ．２の結晶化度８
（％）の場合はしきい値は２５〜３５Ｗとなり、以下サ
ンプルＮｏ．５の結晶化度２（％）の場合はしきい値は
２０〜２５Ｗとなった。サンプルＮｏ．１乃至Ｎｏ．５
を比較すれば明らかなように、サンプルＮｏ．１とサン
プルＮｏ．２乃至Ｎｏ．５からなるグループとの間には
明確な差異が認められ、前者に比べ後者のしきい値はほ
ぼ１／２となっている。

【００２５】この結果から、ポリマー微小球の材料とし
ては、ほぼ１０％以下の結晶化度を有すると、特に優れ
た効果が得られることが理解される。この理由として
は、結晶化度が一定値以下の材質を用いたことにより、
多少結晶性部分が存在していたとしても、光学的不均一
が差支えない程度に抑えられるようになるので、ポリマ
ー微小球内部における光に対する等方性が不完全でなく
なるためであると考えられる。この結果、ウィスパーリ
ング・ギャラリ・モードへの障害が除かれるので、レー
ザ発振を開始させるしきい値を小さくすることができ
る。

【００２６】以上述べたように本実施例によれば、色素
を含有せしめたポリマー微小球としてほぼ１０％以下の
結晶化度を有する材質を用いることにより、多少結晶性
部分が存在していたとしても結晶性部分の影響を低減で
きるので、レーザ発振の効率を向上することができる。

【００２７】なお、ポリマー微小球及び色素は本文中に
示したものに限らない。例えばポリマー微小球として
は、ポリメタクリル酸メチル，ポリメタクリル酸シクロ
ヘキシル，ポリカーボネート，ポリスチレン，ジエチレ
ングリコールビスアリルカーボネート，スチレン−アク
リロニトリル共重合体，エポキシ樹脂，ポリアクリル酸
メチル，ポリメタクリル酸イソブチル，テトラブロモビ
スフェノールＡ，ポリメタクリル酸トリフルオロエチ
ル，フタル酸ジアリル，ポリメタクリル酸フェニール，
ポリメタクリル酸−２，３，−ジブロムプロピル，ポリ
安息香酸ビニル，ポリメタクリル酸ペンタクロルフェニ
ル，ポリブロムアクリル酸メチル，ポリクロルスチレ
ン，ポリビニルナフタリン，ポリビニルカルバゾール，
ポリシリコーンポリマー，アモルファスポリオレフィン
等を用いることができる。

【００２８】また、色素としては次のようなものを用い
ることができる。

【００２９】シアニン系色素として例えば、３，３′−
ジメチルオキサトリカルボシアニンイオダイド，１，
３，３，１′，３′，３′−ヘキサメチルインドトリカ
ルボシアニンイオダイド等、

【００３０】キサンチン系色素として例えば、ローダミ
ン６Ｇ，ローダミン１１０，ローダミンＢ，ローダミン
１０１，ウラニン等、

【００３１】オキサジン系色素として例えば、クレジル
バイオレッド，オキサジン１等

【００３２】クマリン誘導体として例えば、４−メチル
ウンベリフェロン，オルセインブルー，７−アミノ−４
−メチルクマリン等、

【００３３】キノロン誘導体として例えば、７−ジエチ
ルアミノ−４−メチル−２−キノロン等、

【００３４】スチルベン誘導体として例えば、スチルベ
ン１，スチルベン３等

【００３５】オキサゾール，オキサジアゾール系色素と
して例えば、２−フェニル−５−（４−ビフェニリル）
−１，３，４−オキサジアゾール，パラ−ビス（５−フ
ェニルオキサゾール−２−イル）ベンゼン等、

【００３６】パラ−オリゴフェニレン類として例えば、
ＢＭ−ターフェニル，パラ−ターフェニル，ポリフェニ
ル１等。

【００３７】なお、実施例ではポリマー微小球に色素を
含有せしめる手段として、ポリマー微小球に後から色素
をドープする方法で形成したポリマー微小球レーザにつ
いて説明したが、特願平４−１６４６０８号に示される
ように、モノマーと色素それに必要に応じて架橋材を混
合した後に、重合，微小球化して、色素をポリマー中に
含有せしめる方法によっても、本発明を実施することが
できる。

【００３８】また色素が生じる三重項状態の寿命を短縮
してレーザ発振の効率を上げるために、三重項消光物質
を共存させても良い。

【００３９】さらには、ポリマー微小球レーザの製造中
に発生する光学的な歪を解消するために、熱アニール処
理を施すことも効果的である。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、色素
を含有せしめたポリマー微小球としてほぼ１０％以下の
結晶化度を有する材質を用いるようにしたので、多少結
晶性部分が存在していたとしても結晶性部分の影響を低
減できるので、レーザ発振の効率を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリマー微小球レーザの実施例を示す
構成図である。

【図２】本実施例で用いられるポリマー微小球に色素を
含有せしめた構造を示す概念図である。

【図３】ポリマー微小球レーザの動作原理の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ポリマー微小球 ２ 色素 ３ 励起光源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリマー微小球に色素を含有せしめたポ
   リマー微小球レーザにおいて、前記ポリマー微小球がほ
   ぼ１０％以下の結晶化度を有することを特徴とするポリ
   マー微小球レーザ。