課題番号 ：S-20-CT-0063
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：生体材料および有機高分子材料を用いた新規薄膜光学素子の開発
Program Title (English) ：Development of novel thin-film light emitting devices incorporating bio and organic materials
利用者名（日本語） ：川辺豊
Username (English) ：Y. Kawabe
所属名（日本語） ：公立千歳科学技術大学
Affiliation (English) ：Chitose Institute of Science and Technology

１．概要（Summary ）
DNA脂質複合体にある種の色素分子をドープすると発光効率が増大することから、新たな光デバイスへの応用が期待され、これまでにも有機EL素子や、レーザーへの適用が検討されてきた。本研究においては、従来よりも単純な構造の単層混合薄膜を用い、光学系を小型化することでより簡便な波長掃引が可能なレーザー薄膜を試作した。
２．実験（Experimental）
サケの白子から抽出されたDNAと脂質分子CTMA (cetyltrimethyl ammonium) からDNA-CTMAを合成した。さらに市販のPMMA-アゾコポリマー（p-DR1）と合わせてCHCl3-EtOH混合溶媒から、スピンコート法によって良好な透過性を有する高分子ブレンド薄膜を得た。膜厚を触針式表面形状測定器（アルバック社製Dektak6M、公立千歳科学技術大学登録装置）によって測定し、1μmであることを確認した。本薄膜を数時間レーザー色素であるRh640水溶液に浸漬することにより、発光性色素を膜中に導入することに成功した。

図1（左）2光束干渉励起光学系の概略図　（右） 発振したレーザー光のスペクトル

薄膜によるレーザー発振を実現するため、Nd:YAGパルスレーザーの2倍波による2光束干渉露光のための光学系を75mm角の領域に設置した。図1にその概略を示す。1つのノブ（片方のミラーの角度）を調整するのみで生成する干渉縞の周期を目的とする発振波長に合わせて広く変化させることができた。

３．結果と考察（Results and Discussion）
　トータルの励起エネルギー密度が4.5 mJ/cm2の時に得られたレーザースペクトルを同じく図1に示す。波長の変化はノブ動作に迅速に追随しており、1s以下であることを確認できた。しかしながら、アゾ色素の光異性化反応と光配向効果がどの程度屈折率変調に寄与しているかは不明であり、むしろ再吸収による閾値の増大を惹起している可能性が強い。今後より適切な材料選択を検討する予定である。

４．その他・特記事項（Others）
本研究の一部はJSPS科研費 17K06033の助成によるものである。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Yutaka Kawabe, Masaya Miyazaki, Kento Okoshi, “Photoresponse of azobenzene derivatives coupled with bio-complex material and application to thin film dye lasers,” 11477-15, SPIE Optics and Photonics 2020, 24 – 28 Aug. 2020, online.
(2) Yutaka Kawabe, Masaya Miyazaki, Kento Okoshi, “DNA-based lasers with wavelength tunability through azobenzene photoinduced dynamic gratings (invited),” 11540-43, SPIE Security and Defence, 21 – 25 Sept. 2020, online.

６．関連特許（Patent）
　なし