特集 学生の研究活動報告−国内学会大会・国際会議参加記 17 SPIE Optics＋Photonics に参加して 西 村 嘉 洋 Yoshihiro NISHIMURA 電子情報学専攻修士課程 1年 次に，これらの PEG を様々な重量比で混合し， 1．はじめに 双安定が生じる温度範囲の拡大を試みた．PEG 300 8 月 12∼16 日に，アメリカカリフォルニア州サ に PEG 2000 を 5 wt％混合した試料では，透過率が ンディエゴの Convention Center において，SPIE Op- 双安定となる温度範囲が 3∼38℃ に，30 wt％混合 tics＋Photonics が開催された．私は，15 日のポスタ した試料では 22∼42℃ に広がった．他の PEG を ーセッションで「Bistable optical transmission proper- 混合した試料でも，同様に双安定領域が広がること ties of polyethylene-glycol」という題目で発表を行っ が分かった．温度の上昇・下降を繰り返した実験で た． は再現性の良いデータが得られ，この現象が可逆的 であることが確認でできた． 2．研究概要 この PEG の温度特性を利用して，双安定性を持 本研究では，分子量の異なる 4 種類の PEG につ つ光スイッチを試作した．図 1 に示すように，コア いて光透過率の温度変化を測定するとともに，それ 径 1 mm のアクリル（PMMA）製光ファイバを 2 本 らの混合によってヒステリシスがどのように変化す 用意し，アルミニウム板の表面に掘った溝に埋め込 るか調べた．また，2 本の光ファイバ間に挿入した んだ．2 本のファイバの間には 1.4 mm の間隙を設 PEG をペルチェ素子で温度制御することにより， け，PEG 300 と PEG 2000（30 wt％）の混合物を充 双安定光透過デバイスを作製した． 填した．アルミニウム板の裏側には，放熱フィンと ファンを取り付けたペルチェ素子を密着させ，正電 3．透過率の温度変化 圧の印加で加熱，負電圧の印加で冷却できるように 分子量 300, 600, 1000, 2000 の 4 種類の PEG（以 した．信号として He-Ne レーザ（波長 633 nm）を 下 PEG 300 などと記す）を 10 mm 角のポリスチレ 1 kHz でチョッピングした光を用い，ファイバから ン製サンプルセルに入れ，キセノンランプと分光器 出た光を Si 検出器とロックインアンプで同期検出 を用いて透過スペクトルを測定した．セルは 2 枚の した．図 2（a）は，＋4 V と−12 V の電圧を 15 分 ペルチェ素子で挟み，正負の電圧を印加して毎分 15 毎に交互に 5 分間ずつ印加したときのレーザ光の透 ∼30℃ で加熱または冷却した．低温の固体状態で 過率変化を示す．＋4 V の電圧を印加すると PEG は，どの PEG でも透過率は 0％ であったが，融解 すると可視光域全体にわたって 60∼80％ に上昇し た．加熱時と冷却時とでは透過率変化が起こる温度 が異なっており，双安定となる温度範囲は，PEG 300 では−13∼−6℃，PEG 600 では 15∼21℃，PEG 1000 では 36∼39℃，PEG 2000 では 40∼52℃ であった． 図1 ― S-79 ― ファイバ型双安定光デバイスの評価光学系． な透過率を得ることが可能である．混合比 5 wt％の 試料の方が 30 wt％の試料よりも融点と凝固点の差 が大きく，双安定性の点では優れていると言える． しかし，透明状態から不透明状態に変化させる際に 0℃ 以下まで冷却する必要があり，図 2（a）と同様 の実験を 5 wt％の試料で行うと，スイッチングの応 答時間が 30 分ほどになってしまうという問題があ った．前節で述べたように，30 wt％の試料でも冷 却時には 2 分程度の応答時間を要したが，これは主 にアルミニウム板（50×50×2.5 mm3 ）を冷却する の に 時 間 が か か っ た た め で あ る ． PEG 自 体 （ 1 図2 PEG 300 に PEG 2000 を 30 wt％混合した サンプルの動作．（a）温度の上下を繰り 返し，再現性を確かめた．（b）液体状態 を安定に維持できるか確かめた． mm3）の熱容量はわずかなので，デバイスを小型化 すれば数秒程度の応答速度が得られると予想され る．また，PEG に光吸収性色素をドープするなど してレーザ加熱を可能にすれば，高速応答の全光型 が溶け，透過率は約 1 分で 65％ に上昇した．5 分 スイッチも実現できるのではないかと考えられる． 間電圧印加を続けると温度は約 70℃ に達し，電圧 液体状態の PEG の透過率は可視光域ではほぼ一 印加をやめると 5 分ほどで常温（25∼30℃）に戻っ 定で，吸収帯は見られなかった．固体化して不透明 たが，透過率は高いまま変化しなかった．その後−12 になっても波長依存性はほとんど無く，Mie 散乱の V の電圧を印加すると，PEG が固化して透過率は 状態になっているものと推定される．図 2（a）の 約 2 分で 0％ まで低下した．5 分間電圧印加を続け 実験では透過率が 65％ 程度であったが，これはフ ると温度は約 0℃ まで低下し，電圧印加をやめると ァイバ間の 1.4 mm の間隙で光ビームの発散による 2 分ほどで常温に戻ったが，光は全く通らないまま 結合損失が生じるためであり，PEG の部分に導波 であった．このサイクルを繰り返すと，透過率は再 構造を形成するなどして損失を低減することが可能 現性よく変化した．また，図 2（b）のように固体 と思われる． 状態の PEG を加熱して液体状態にして，加熱を止 め，常温で 30 分間放置する実験を行った．その結 果，透過率の高い状態も低い状態も安定に保たれる 5．おわりに この国際会議を通じて，さまざまな先生方や学 生，そして企業の方々との関係を構築することがで ことを確認した． きたので，今後の研究活動の発展に役立てていきた 4．考察 い．国際会議に参加する機会を与えてくださり，終 分子量の異なる PEG を適当な割合で混合するこ とにより，0∼50℃ の間の任意の温度範囲で双安定 始御理解ある御指導をしていただいた斉藤光徳教授 に深く感謝します． ― S-80 ―
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