JP5019107B2

JP5019107B2 - Laser oscillation element

Info

Publication number: JP5019107B2
Application number: JP2007108374A
Authority: JP
Inventors: 洋子大塚; 陽一 ▲高▼西; 秀男竹添; 凉西村; 吾郎須崎
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC; JX Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC; Eneos Corp
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: JP2008270358A

Description

本発明は、コレステリック液晶を用いたレーザ発振素子に関する。 The present invention relates to a laser oscillation element using a cholesteric liquid crystal.

コレステリック液晶は特定の波長の光を選択的に反射する性質を有しており、特に、コレステリック液晶の螺旋の掌性と同じ掌性の円偏光を選択的に反射し、逆の掌性の円偏光を透過させる。 Cholesteric liquid crystals have the property of selectively reflecting light of a specific wavelength, and in particular, selectively reflect circularly polarized light having the same handedness as that of the spirals of cholesteric liquid crystals, and reverse handed circles. Transmits polarized light.

このようなコレステリック液晶については、従来より、選択反射波長帯域のエッジ部分においてレーザ発振が起こることが報告されている（例えば非特許文献１参照）。 With respect to such cholesteric liquid crystal, it has been reported that laser oscillation occurs at the edge portion of the selective reflection wavelength band (see, for example, Non-Patent Document 1).

最近では、レーザ発振の低閾値化のためには選択反射波長帯域の内側の波長でレーザ発振を起こさせるべきとの提案がなされたことから、このようなレーザ発振を起こさせるレーザ発振素子に関して種々の研究が行われるようになっている。例えば、本発明者らは、螺旋の掌性及びピッチが同一の２枚のコレステリック液晶フィルムの間に、蛍光色素を含むコレステリック液晶を挟んで重ね合わせたレーザ発振素子によってレーザ発振の閾値を低減することを提案している（例えば特許文献１参照）。ここで、蛍光色素は、上記２枚のコレステリック液晶の選択反射波長帯域と重なり合う発光帯を有している。
コップ（Kopp）、外４名、「コレステリック液晶におけるフォトニックストップバンド端における低閾値レージング（Low-thresholdlasing at the edge of aphotonicstop band in cholesteric liquid crystals）」、オプティクスレター（OpticsLetter）、米国、１９９８年、第２３巻、ｐ．１７０７−１７０９特開２００７−０１９４４７号公報 Recently, in order to lower the threshold of laser oscillation, it has been proposed that laser oscillation should occur at a wavelength inside the selective reflection wavelength band, and various laser oscillation elements that cause such laser oscillation have been proposed. Research has been conducted. For example, the present inventors reduce the laser oscillation threshold by using a laser oscillation element in which a cholesteric liquid crystal containing a fluorescent dye is sandwiched between two cholesteric liquid crystal films having the same spiral hand and pitch. (For example, refer to Patent Document 1). Here, the fluorescent dye has an emission band that overlaps the selective reflection wavelength band of the two cholesteric liquid crystals.
Kopp, 4 others, “Low-thresholdlasing at the edge of a photonic stop band in cholesteric liquid crystals”, OpticsLetter, USA, 1998, Volume 23, p. 1707-1709 JP 2007-019447 A

前述した特許文献１に記載のレーザ発振素子においては、レーザ発振するのに必要な最低励起エネルギー量は比較的低いものの、長時間の使用や連続（CW）発振等への適用をも考慮した場合、未だ改良の余地がある。 In the laser oscillation element described in Patent Document 1 described above, the minimum excitation energy required for laser oscillation is relatively low, but consideration is also given to long-term use and continuous (CW) oscillation. There is still room for improvement.

そこで、本発明は、レーザ発振に必要な励起エネルギー量を十分に低減させることができるレーザ発振素子を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser oscillation element that can sufficiently reduce the amount of excitation energy necessary for laser oscillation.

本発明者等は、上記課題を解決するため、まず特許文献１に記載されているような３層のコレステリック液晶層のうち中央のコレステリック液晶層に蛍光色素が含まれている系に対し、その外側のコレステリック液晶層の更に外側に、異なる掌性のコレステリック液晶層が積層された系に着目し、このような系を用いてレーザ発振を行わせたところ、一般的な原理に従って考えればレーザ発振が極めて起こりにくい系であるにもかかわらず、レーザ発振が起こり、しかも、レーザ発振の際の励起エネルギーの閾値がかなりの程度減少することを見出した。そこで、本発明者らはかかる知見をきっかけとして更に鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors firstly applied a system in which a fluorescent dye is contained in a central cholesteric liquid crystal layer among the three cholesteric liquid crystal layers described in Patent Document 1, Focusing on a system in which different palmistic cholesteric liquid crystal layers are laminated on the outer side of the outer cholesteric liquid crystal layer, laser oscillation was performed using such a system. It was found that laser oscillation occurs despite the fact that the system is extremely unlikely to occur, and that the excitation energy threshold during laser oscillation is considerably reduced. Thus, as a result of further diligent research based on this knowledge, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by the following invention.

即ち本発明は、コレステリック液晶を含み、一定方向に積層される５層のコレステリック液晶層を備えるレーザ発振素子であって、前記５層のコレステリック液晶層のうちの１層のコレステリック液晶層が、外部からの励起により発光する色素を含有する色素含有コレステリック液晶層であり、残りの４層のコレステリック液晶層が、前記色素を含有しない色素非含有コレステリック液晶層であり、前記色素含有コレステリック液晶層の両側にそれぞれ、前記色素非含有コレステリック液晶層が２層ずつ設けられ、前記色素非含有コレステリック液晶層が同一の螺旋ピッチを有し、前記色素から発せられる光の発光帯と、前記色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶の選択反射波長帯域の少なくとも一部とが互いに重なり合っていることを特徴とするレーザ発振素子である。 That is, the present invention relates to a laser oscillation element including a cholesteric liquid crystal layer and including five cholesteric liquid crystal layers stacked in a predetermined direction, and one of the five cholesteric liquid crystal layers is an external layer. A dye-containing cholesteric liquid crystal layer containing a dye that emits light by excitation from the other, and the remaining four cholesteric liquid crystal layers are dye-free cholesteric liquid crystal layers that do not contain the dye, and both sides of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 2 each of the non-dye-containing cholesteric liquid crystal layers are provided, the non-dye-containing cholesteric liquid crystal layers have the same helical pitch, a light emission band of light emitted from the dye, and the non-dye-containing cholesteric liquid crystal At least part of the selective reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal in the layer overlaps each other Is a laser oscillation element characterized is.

このレーザ発振素子においてレーザ発振を起こさせる場合、色素の励起光として、例えば色素非含有コレステリック液晶層における選択反射波長帯域より短い波長を有し且つ色素を励起することが可能な光が励起光として用いられる。本発明のレーザ発振素子によれば、この励起光が例えば色素非含有コレステリック液晶層に入射される。すると、励起光は、色素非含有コレステリック液晶層を透過して色素含有コレステリック液晶層に入射され、色素を励起して発光を起こさせ、レーザ発振を起こすことが可能となる。このとき、レーザ発振素子によれば、レーザ発振に必要な励起エネルギー量を十分に低減させることができる。即ち、本発明のレーザ発振素子によれば、レーザ発振の際の励起エネルギーの閾値を十分に低減させることができる。言い換えると、本発明のレーザ発振素子によれば、レーザ発振を高効率で起こさせることが可能となる。これによりレーザ発振素子の内部劣化が抑制され、長時間のレーザ発振や連続レーザ発振を起こすことも可能となり、小型化も可能となる。 When laser oscillation is caused in this laser oscillation element, as excitation light of the dye, for example, light having a wavelength shorter than the selective reflection wavelength band in the dye-free cholesteric liquid crystal layer and capable of exciting the dye is used as excitation light. Used. According to the laser oscillation element of the present invention, this excitation light is incident on, for example, a dye-free cholesteric liquid crystal layer. Then, the excitation light passes through the dye-free cholesteric liquid crystal layer and is incident on the dye-containing cholesteric liquid crystal layer, thereby exciting the dye to emit light and causing laser oscillation. At this time, according to the laser oscillation element, the amount of excitation energy necessary for laser oscillation can be sufficiently reduced. That is, according to the laser oscillation device of the present invention, the threshold value of excitation energy at the time of laser oscillation can be sufficiently reduced. In other words, according to the laser oscillation element of the present invention, it is possible to cause laser oscillation with high efficiency. As a result, internal deterioration of the laser oscillation element is suppressed, long-time laser oscillation or continuous laser oscillation can be caused, and miniaturization is also possible.

本発明のレーザ発振素子において、レーザ発振が起こる理由は定かではないが、色素非含有コレステリック液晶層および色素含有コレステリック液晶層それぞれ単層の光学的特徴の重ね合わせではなく、５層全体で１つのフォトニック結晶として作用するためと推察される。すなわち、コレステリック液晶層単層では選択反射帯域内にあるすべての波長の光の輻射が抑制される。ところが、本発明においてはレーザ発振素子が特定の波長に関しては輻射が許されるという特徴を持つ欠陥層を有するフォトニック結晶として作用することで、レーザ発振の閾値が著しく低減したためと考えられる。さらには、色素非含有コレステリック液晶層に挟まれた色素含有コレステリック層からのみ光が発せられること、即ちフォトニック結晶の中心部でのみ発光があることによって、生じた光がフォトニック結晶内部に封じこめられ、レーザ発振の閾値が著しく低減したと考えられる。特に、レーザ発振素子が５層のコレステリック液晶層を有することで、レーザ発振素子におけるコレステリック液晶層間の界面を多くすること、ひいては位相の飛びを多く起こさせることが、レーザ発振の低閾値化に有利に作用しているものと考えられる。 The reason why laser oscillation occurs in the laser oscillation device of the present invention is not clear, but it is not a superposition of the optical characteristics of each of the dye-free cholesteric liquid crystal layer and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer. This is presumed to act as a photonic crystal. That is, in a single cholesteric liquid crystal layer, radiation of light having all wavelengths within the selective reflection band is suppressed. However, in the present invention, it is considered that the laser oscillation threshold is remarkably reduced by the laser oscillation element acting as a photonic crystal having a defect layer having a feature that radiation is allowed for a specific wavelength. Furthermore, light is emitted only from the dye-containing cholesteric layer sandwiched between the dye-free cholesteric liquid crystal layers, that is, light is emitted only at the center of the photonic crystal, so that the generated light is sealed inside the photonic crystal. It is believed that the laser oscillation threshold has been significantly reduced. In particular, since the laser oscillation element has five cholesteric liquid crystal layers, increasing the number of interfaces between the cholesteric liquid crystal layers in the laser oscillation element, and thus causing many phase jumps, is advantageous for lowering the threshold of laser oscillation. It is thought that it is acting on.

上記レーザ発振素子において、隣り合う色素非含有コレステリック液晶層の螺旋の掌性が互いに異なる。この場合、レーザ発振の際の閾値をより十分に低減することができる。 In the laser oscillation element, Ru different handedness of the helix adjacent dye-free cholesteric liquid crystal layer with each other. In this case, the threshold value at the time of laser oscillation can be reduced more sufficiently.

上記レーザ発振素子において、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域に内包されていることが好ましい。この場合、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域に内包されていない場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。この理由についても明らかではないが、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域に内包されることで、レーザ発振素子が、欠陥層を有するフォトニック結晶としてより強く作用し、かつ色素非含有コレステリック液晶層が一種の共振器の役割も果たしているためではないかと考えられる。 In the laser oscillation element, it is preferable that the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is included in the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer. In this case, the amount of excitation energy required for laser oscillation can be reduced more sufficiently than when the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is not included in the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer. it can. Although the reason for this is not clear, the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is included in the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, so that the laser oscillation element becomes a photonic crystal having a defect layer. It is thought that this is because the cholesteric liquid crystal layer that acts more strongly and does not contain a dye also plays a role of a kind of resonator.

また、上記レーザ発振素子において、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の短波長端が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の短波長端に対し、合致しているか、２０ｎｍ以内で長波長寄りにあることが好ましい。 In the laser oscillation element, the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer matches the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, or the long wavelength is within 20 nm. It is preferable to be close.

この場合、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の短波長端が色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の短波長端に対し２０ｎｍを超えて長波長寄りにあり、且つ色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の長波長端が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の長波長端に対して２０ｎｍを超えて短波長寄りにある場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 In this case, the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is more than 20 nm closer to the long wavelength than the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer Compared with the case where the long wavelength end of the selective reflection band is closer to the short wavelength than 20 nm with respect to the long wavelength end of the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, the amount of excitation energy required for laser oscillation is further increased. It can be sufficiently reduced.

また上記レーザ発振素子において、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の長波長端が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の長波長端に対して合致しているか、又は２０ｎｍ以内で短波長寄りにあることが好ましい。この場合、色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の短波長端が色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の短波長端に対し２０ｎｍを超えて長波長寄りにあり、且つ色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の長波長端が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射帯域の長波長端に対して２０ｎｍを超えて短波長寄りにある場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 In the above laser oscillation element, the long wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer matches the long wavelength end of the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, or the short wavelength is within 20 nm. It is preferable to be close. In this case, the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is more than 20 nm closer to the long wavelength than the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer Compared with the case where the long wavelength end of the selective reflection band is closer to the short wavelength than 20 nm with respect to the long wavelength end of the selective reflection band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, the amount of excitation energy required for laser oscillation is further increased. It can be sufficiently reduced.

さらに、上記レーザ発振素子においては、色素含有コレステリック液晶層に含まれる色素が有機系色素であることが好ましい。 Furthermore, in the laser oscillation element, the dye contained in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is preferably an organic dye.

この場合、色素が無機系色素である場合に比べて、液晶に対する溶解性に優れ、液晶の配向を損なわないという利点が得られる。 In this case, as compared with the case where the dye is an inorganic dye, there are advantages that the liquid crystal has excellent solubility in the liquid crystal and does not impair the alignment of the liquid crystal.

上記レーザ発振素子においては、前記色素が、前記色素含有コレステリック液晶層の厚さ方向に沿って、前記コレステリック液晶の配向に従って配向していることが好ましい。 In the laser oscillation element, it is preferable that the dye is aligned according to the alignment of the cholesteric liquid crystal along the thickness direction of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer.

この場合、前記色素が、前記色素含有コレステリック液晶層中の前記コレステリック液晶の配列方向に沿って配向していない場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 In this case, the amount of excitation energy necessary for laser oscillation can be reduced more sufficiently than when the dye is not aligned along the alignment direction of the cholesteric liquid crystal in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer. .

上記レーザ発振素子においては、前記色素含有コレステリック液晶層と、前記色素非含有コレステリック液晶層のうち前記色素含有コレステリック液晶層に隣接するコレステリック液晶層との界面において、コレステリック液晶の遷移モーメントの方向が一致していることが好ましい。 In the laser oscillation element, the direction of transition moment of the cholesteric liquid crystal is the same at the interface between the dye-containing cholesteric liquid crystal layer and the cholesteric liquid crystal layer adjacent to the dye-containing cholesteric liquid crystal layer among the dye-free cholesteric liquid crystal layers. It is preferable to do it.

この場合、上記界面におけるコレステリック液晶の遷移モーメントの方向が一致していない場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 In this case, the amount of excitation energy necessary for laser oscillation can be reduced more sufficiently than when the transition moment directions of the cholesteric liquid crystal at the interface do not match.

なお、本発明では、コレステリック液晶の透過スペクトルをマイクロスコープスペクトルメータ（ORC製TFM-120AFT-PC）により測定して得られたスペクトルにおいて、選択反射帯域で透過率が６０％となる２ヶ所の波長のうち短波長側の波長を「選択反射帯域の短波長端」とし、長波長側の波長を「選択反射帯域の長波長端」とする。 In the present invention, in the spectrum obtained by measuring the transmission spectrum of the cholesteric liquid crystal with a microscope spectrum meter (ORC-made TFM-120AFT-PC), the two wavelengths at which the transmittance is 60% in the selective reflection band. Among them, the wavelength on the short wavelength side is defined as “the short wavelength end of the selective reflection band”, and the wavelength on the long wavelength side is defined as “the long wavelength end of the selective reflection band”.

更に、本発明において、色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶の螺旋ピッチが他の色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶の螺旋ピッチの±１０％以内である場合も、色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶の螺旋ピッチが同一であるものとする。 Furthermore, in the present invention, when the helical pitch of the cholesteric liquid crystal in the dye-free cholesteric liquid crystal layer is within ± 10% of the helical pitch of the cholesteric liquid crystal in the other dye-free cholesteric liquid crystal layer, It is assumed that the cholesteric liquid crystals in the layer have the same helical pitch.

更に、本発明において、「色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域が、色素非含有コレステリック液晶層の選択反射波長帯域に内包されている」とは、色素含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶における選択反射帯域の短波長端が、色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶における選択反射帯域の短波長端と合致しているか又はそれより長波長寄りにあり、且つ、色素含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶における選択反射帯域の長波長端が、色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶における選択反射帯域の長波長端と合致しているか又はそれより短波長寄りにあることを言う。 Furthermore, in the present invention, "the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is included in the selective reflection wavelength band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer" means that the selective reflection in the cholesteric liquid crystal in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer The cholesteric liquid crystal in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer has a short wavelength end of the band that matches or is closer to a longer wavelength than the short wavelength end of the selective reflection band in the cholesteric liquid crystal in the dye-free cholesteric liquid crystal layer. The long-wavelength end of the selective reflection band in is matched with the long-wavelength end of the selective reflection band in the cholesteric liquid crystal in the dye-free cholesteric liquid crystal layer or is closer to the shorter wavelength.

本発明のレーザ発振素子によれば、レーザ発振に必要な励起エネルギー量を十分に低減させることが可能となる。これによりレーザ発振素子の内部劣化が抑制され、長時間のレーザ発振や連続レーザ発振を起こすことが可能となり、小型化も可能となる。 According to the laser oscillation element of the present invention, the amount of excitation energy required for laser oscillation can be sufficiently reduced. As a result, the internal deterioration of the laser oscillation element is suppressed, long-time laser oscillation and continuous laser oscillation can be caused, and the size can be reduced.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

（レーザ発振素子）
図１は、本発明のレーザ発振素子の一実施形態を概略的に示す断面図である。図１に示すように、レーザ発振素子１００は、コレステリック液晶、及び外部からの励起により発光する色素を含有する色素含有コレステリック液晶層１を備えている。色素含有コレステリック液晶層１の第１面１ａ上には、当該第１面１ａから遠ざかる方向に、コレステリック液晶を含む２層のコレステリック液晶層２，３が順次積層されている。さらに、コレステリック液晶層３上には透明な配向基板７が積層されている。また、コレステリック液晶層２とコレステリック液晶層３との間には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Poly Vinyl Alcohol）などの等方性の配向膜（図示せず）が設けられている。以下、必要に応じ、コレステリック液晶層２，３及び配向基板７を含む積層体を第１積層体９と言う。 (Laser oscillation element)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a laser oscillation device of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser oscillation element 100 includes a cholesteric liquid crystal layer 1 and a dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 containing a dye that emits light by external excitation. On the first surface 1a of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, two cholesteric liquid crystal layers 2 and 3 containing cholesteric liquid crystal are sequentially stacked in a direction away from the first surface 1a. Further, a transparent alignment substrate 7 is laminated on the cholesteric liquid crystal layer 3. Further, an isotropic alignment film (not shown) such as polyvinyl alcohol (PVA) is provided between the cholesteric liquid crystal layer 2 and the cholesteric liquid crystal layer 3. Hereinafter, the laminated body including the cholesteric liquid crystal layers 2 and 3 and the alignment substrate 7 is referred to as a first laminated body 9 as necessary.

また、色素含有コレステリック液晶層１の第１面１ａと反対側の第２面１ｂ上には、当該第２面１ｂから遠ざかる方向に、コレステリック液晶を含む２層のコレステリック液晶層４，５が順次積層されている。さらに、コレステリック液晶層５上には透明な配向基板８が積層されている。また、コレステリック液晶層４とコレステリック液晶層５との間にも、上記と同様の等方性の配向膜（図示せず）が設けられている。以下、必要に応じ、コレステリック液晶層４，５及び配向基板８を含む積層体を第２積層体１０と言う。 On the second surface 1b opposite to the first surface 1a of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, two cholesteric liquid crystal layers 4 and 5 containing cholesteric liquid crystal are sequentially formed in a direction away from the second surface 1b. Are stacked. Further, a transparent alignment substrate 8 is laminated on the cholesteric liquid crystal layer 5. Also, an isotropic alignment film (not shown) similar to the above is provided between the cholesteric liquid crystal layer 4 and the cholesteric liquid crystal layer 5. Hereinafter, the laminated body including the cholesteric liquid crystal layers 4 and 5 and the alignment substrate 8 is referred to as a second laminated body 10 as necessary.

このように、レーザ発振素子１００は、一定方向に積層される５層のコレステリック液晶層を備えており、色素含有コレステリック液晶層１は、第１積層体９と第２積層体１０とによって挟まれている。言い換えると、色素含有コレステリック液晶層１の両側にはそれぞれ２層ずつコレステリック液晶層が積層されている。 As described above, the laser oscillation element 100 includes five cholesteric liquid crystal layers stacked in a certain direction, and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is sandwiched between the first stacked body 9 and the second stacked body 10. ing. In other words, two cholesteric liquid crystal layers are laminated on each side of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1.

コレステリック液晶層２〜５中のコレステリック液晶においては、液晶分子により螺旋構造が形成されている。具体的には、液晶分子のダイレクタの向きがコレステリック液晶層２〜５の厚さ方向に沿って、言い換えると、コレステリック液晶層２〜５の表面に直交する方向に沿って、螺旋を巻くように変化している。コレステリック液晶は、この螺旋構造に起因して特定波長帯域の光を選択的に反射することが可能となっている。 In the cholesteric liquid crystals in the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5, a helical structure is formed by liquid crystal molecules. Specifically, the direction of the director of the liquid crystal molecules is spiral along the thickness direction of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5, in other words, along the direction orthogonal to the surface of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5. It has changed. The cholesteric liquid crystal can selectively reflect light in a specific wavelength band due to this helical structure.

ここで、コレステリック液晶層２〜５におけるコレステリック液晶は同一の螺旋ピッチを有する。従って、コレステリック液晶層２〜５の選択反射波長帯域も同一となっている。 Here, the cholesteric liquid crystals in the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 have the same spiral pitch. Therefore, the selective reflection wavelength bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 are also the same.

また、隣り合うコレステリック液晶層２及びコレステリック液晶層３の螺旋の掌性は、互いに異なっている。本実施形態では、コレステリック液晶層２の螺旋の掌性は右であり、コレステリック液晶層３の螺旋の掌性は左となっている。 Further, the spiral nature of the adjacent cholesteric liquid crystal layer 2 and cholesteric liquid crystal layer 3 are different from each other. In the present embodiment, the palm of the cholesteric liquid crystal layer 2 is on the right, and the palm of the cholesteric liquid crystal layer 3 is on the left.

一方、隣り合うコレステリック液晶層４及びコレステリック液晶層５の螺旋の掌性も互いに異なっている。本実施形態では、コレステリック液晶層４の螺旋の掌性は右であり、コレステリック液晶層５の螺旋の掌性は左となっている。また、色素含有コレステリック液晶層１の螺旋の掌性は、コレステリック液晶層３，５の螺旋の掌性と同一である。即ち、色素含有コレステリック液晶層１の螺旋の掌性は左である。従って、掌性が左のコレステリック液晶層をＬ、掌性が右のコレステリック液晶層をＲとすると、レーザ発振素子１００は、ＬＲ−Ｌ−ＲＬの構造を有することになる。 On the other hand, the spiral nature of the adjacent cholesteric liquid crystal layer 4 and cholesteric liquid crystal layer 5 is also different from each other. In the present embodiment, the palm of the cholesteric liquid crystal layer 4 is on the right, and the palm of the cholesteric liquid crystal layer 5 is on the left. Further, the spiral hand of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is the same as the spiral hand of the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5. That is, the hand of the spiral of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is on the left. Therefore, when the cholesteric liquid crystal layer with the left hand side is L and the cholesteric liquid crystal layer with the right hand side is R, the laser oscillation element 100 has a structure of LR-L-RL.

そして、色素含有コレステリック液晶層１中における色素から発せられる光の発光帯と、コレステリック液晶層２〜５中のコレステリック液晶の選択反射波長帯域の少なくとも一部とが互いに重なり合っている。 The emission band of light emitted from the dye in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 and at least a part of the selective reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal in the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 overlap each other.

このレーザ発振素子１００においてレーザ発振を起こさせる場合、色素の励起光として、例えばコレステリック液晶層２〜５における選択反射波長帯域より短い波長を有し且つ色素を励起することが可能な光が励起光として用いられる。レーザ発振素子１００によれば、この励起光が例えば配向基板７からコレステリック液晶層３に入射される。すると、励起光は、コレステリック液晶層３、コレステリック液晶層２を透過して色素含有コレステリック液晶層１に入射され、色素を励起して発光を起こさせ、レーザ発振を起こすことが可能となる。このとき、レーザ発振素子１００によれば、レーザ発振に必要な励起エネルギー量を十分に低減させることができる。即ち、レーザ発振素子１００によれば、レーザ発振の際の励起エネルギーの閾値を十分に低減させることができる。言い換えると、レーザ発振素子１００によれば、レーザ発振を高効率で起こさせることが可能となる。これによりレーザ発振素子１００の内部劣化が抑制され、長時間のレーザ発振や連続レーザ発振を起こすことも可能となる。 When laser oscillation is caused in the laser oscillation element 100, as the excitation light of the dye, for example, light having a wavelength shorter than the selective reflection wavelength band in the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 and capable of exciting the dye is excitation light. Used as According to the laser oscillation element 100, this excitation light is incident on the cholesteric liquid crystal layer 3 from the alignment substrate 7, for example. Then, the excitation light passes through the cholesteric liquid crystal layer 3 and the cholesteric liquid crystal layer 2 and is incident on the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 to excite the dye to cause light emission and cause laser oscillation. At this time, according to the laser oscillation element 100, the amount of excitation energy necessary for laser oscillation can be sufficiently reduced. That is, according to the laser oscillation element 100, the threshold value of excitation energy at the time of laser oscillation can be sufficiently reduced. In other words, according to the laser oscillation element 100, it is possible to cause laser oscillation with high efficiency. As a result, internal deterioration of the laser oscillation element 100 is suppressed, and long-time laser oscillation or continuous laser oscillation can be caused.

ここで、レーザ発振が起こる理由は定かではないが、コレステリック液晶層２〜５および色素含有コレステリック液晶層１それぞれ単層の光学的特徴の重ね合わせではなく、５層全体で１つのフォトニック結晶として作用するためと推察される。すなわち、コレステリック液晶層単層では選択反射帯域内にあるすべての波長の光の輻射が抑制される。ところが、本構成においてはレーザ発振素子１００が、特定の波長に関しては輻射が許されるという特徴を持つ欠陥層を有するフォトニック結晶として作用することで、レーザ発振の閾値が著しく低減したためと考えられる。特に、レーザ発振素子１００が５層のコレステリック液晶層を有することで、レーザ発振素子１００におけるコレステリック液晶層間の界面を多くすること、ひいては位相の飛びを多く起こさせることが、レーザ発振の低閾値化に有利に作用しているものと考えられる。またレーザ発振が高効率で起こるのは、選択反射帯域がコレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域に内包され、蛍光を発する色素含有コレステリック液晶層１を、第１積層体９と第２積層体１０とで挟み込むことで新たな欠陥モードが生じるため、欠陥準位に相当する波長に発光が集中的に起こることに起因すると本発明者らは考える。 Here, the reason why laser oscillation occurs is not clear, but the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 are not superposed on the optical characteristics of the single layers, but the entire five layers form one photonic crystal. It is presumed to work. That is, in a single cholesteric liquid crystal layer, radiation of light having all wavelengths within the selective reflection band is suppressed. However, in this configuration, the laser oscillation element 100 acts as a photonic crystal having a defect layer having a feature that radiation is allowed for a specific wavelength, and thus the threshold of laser oscillation is significantly reduced. In particular, since the laser oscillation element 100 has five cholesteric liquid crystal layers, it is possible to increase the number of interfaces between the cholesteric liquid crystal layers in the laser oscillation element 100, and to cause a lot of phase jumps. It is thought that it is acting in an advantageous manner. Laser oscillation occurs with high efficiency because the selective reflection band is included in the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 that emits fluorescence is divided into the first stacked body 9 and the second stacked body. The present inventors consider that a new defect mode is generated by being sandwiched between 10 and 10 and thus light emission is concentrated at a wavelength corresponding to the defect level.

（コレステリック液晶）
次に、色素含有コレステリック液晶層１及びコレステリック液晶層２〜５を構成するコレステリック液晶について詳細に説明する。 (Cholesteric liquid crystal)
Next, the cholesteric liquid crystal constituting the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 and the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 will be described in detail.

色素含有コレステリック液晶層１のコレステリック液晶と、コレステリック液晶層２〜５のコレステリック液晶とは、互いに同一の螺旋ピッチを有していれば、同一のコレステリック液晶で構成されても、異なるコレステリック液晶で構成されてもよい。 The cholesteric liquid crystal of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 and the cholesteric liquid crystals of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 are composed of the same cholesteric liquid crystal as long as they have the same spiral pitch. May be.

但し、色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域は、コレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域に内包されていることが好ましい。この場合、色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域が、コレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域に内包されていない場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 However, the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is preferably included in the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5. In this case, the amount of excitation energy required for laser oscillation is more sufficiently reduced than when the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is not included in the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5. Can do.

また、色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域の短波長端は、コレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域の短波長端に対し、合致しているか、２０ｎｍ以内で長波長寄りにあることが好ましい。 In addition, the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 may match the short wavelength end of the selective reflection band of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 or be closer to the long wavelength within 20 nm. preferable.

この場合、色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域の短波長端がコレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域の短波長端に対し２０ｎｍを超えて長波長寄りにあり、且つ色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域の長波長端が、コレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域の長波長端に対して２０ｎｍを超えて短波長寄りにある場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 In this case, the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is more than 20 nm closer to the long wavelength than the short wavelength ends of the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5, and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer Compared with the case where the long wavelength end of one selective reflection band is closer to the short wavelength than 20 nm with respect to the long wavelength ends of the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5, the amount of excitation energy required for laser oscillation Can be reduced more sufficiently.

また色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域の長波長端は、コレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域の長波長端に対して合致しているか、又は２０ｎｍ以内で短波長寄りにあることが好ましい。この場合、色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域の短波長端がコレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域の短波長端に対し２０ｎｍを超えて長波長寄りにあり、且つ色素含有コレステリック液晶層１の選択反射帯域の長波長端が、コレステリック液晶層２〜５の選択反射帯域の長波長端に対して２０ｎｍを超えて短波長寄りにある場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 In addition, the long wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 may match the long wavelength end of the selective reflection band of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5 or be closer to the short wavelength within 20 nm. preferable. In this case, the short wavelength end of the selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is more than 20 nm closer to the long wavelength than the short wavelength ends of the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5, and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer Compared with the case where the long wavelength end of one selective reflection band is closer to the short wavelength than 20 nm with respect to the long wavelength ends of the selective reflection bands of the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5, the amount of excitation energy required for laser oscillation Can be reduced more sufficiently.

上記レーザ発振素子１００においては、色素含有コレステリック液晶層１と、コレステリック液晶層２〜５のそれぞれの界面において、コレステリック液晶の遷移モーメントの方向が一致していることが好ましい。 In the laser oscillation element 100, it is preferable that the directions of transition moments of the cholesteric liquid crystal coincide with each other at the interface between the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 and the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5.

上記コレステリック液晶層を構成する液晶物質としては、高分子液晶物質と低分子液晶物質があり、高分子液晶物質としては、各種の主鎖型高分子液晶物質、側鎖型高分子液晶物質、またはこれらの混合物を用いることができる。 The liquid crystal material constituting the cholesteric liquid crystal layer includes a polymer liquid crystal material and a low-molecular liquid crystal material. Examples of the polymer liquid crystal material include various main chain polymer liquid crystal materials, side chain polymer liquid crystal materials, or Mixtures of these can be used.

主鎖型高分子液晶物質としては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリベンズイミダゾール系、ポリベンズオキサゾール系、ポリベンズチアゾール系、ポリアゾメチン系、ポリエステルアミド系、ポリエステルカーボネート系、ポリエステルイミド系等の高分子液晶物質、またはこれらの混合物等が挙げられる。 Main chain polymer liquid crystal materials include polyester, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyurethane, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzthiazole, polyazomethine, polyesteramide, polyester carbonate Polymer liquid crystal substances such as polyester and polyesterimide, or mixtures thereof.

また、側鎖型高分子液晶物質としては、ポリアクリレート系、ポリメタクリレート系、ポリビニル系、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリマロネート系、ポリエステル系等の直鎖状または環状構造の骨格鎖を有する物質に側鎖としてメソゲン基が結合した高分子液晶物質、またはこれらの混合物が挙げられる。 Further, as the side chain type polymer liquid crystal substance, a substance having a skeleton chain of a linear or cyclic structure such as polyacrylate, polymethacrylate, polyvinyl, polysiloxane, polyether, polymalonate, polyester, etc. In addition, a polymer liquid crystal substance in which a mesogen group is bonded as a side chain, or a mixture thereof.

これらのなかでも合成や配向の容易さなどから、主鎖型高分子液晶物質が好ましく、その中でもポリエステル系が特に好ましい。 Among these, a main chain type polymer liquid crystal substance is preferable from the viewpoint of easiness of synthesis and orientation, and among them, a polyester type is particularly preferable.

ポリマーの構成単位としては、例えば芳香族あるいは脂肪族ジオール単位、芳香族あるいは脂肪族ジカルボン酸単位、芳香族あるいは脂肪族ヒドロキシカルボン酸単位が好適な例として挙げられる。 Preferred examples of the polymer structural unit include aromatic or aliphatic diol units, aromatic or aliphatic dicarboxylic acid units, and aromatic or aliphatic hydroxycarboxylic acid units.

また低分子液晶物質としては、飽和ベンゼンカルボン酸誘導体類、不飽和ベンゼンカルボン酸誘導体類、ビフェニルカルボン酸誘導体類、芳香族オキシカルボン酸誘導体類、シッフ塩基誘導体類、ビスアゾメチン化合物誘導体類、アゾ化合物誘導体類、アゾキシ化合物誘導体類、シクロヘキサンエステル化合物誘導体類、ステロール化合物誘導体類などの末端に反応性官能基を導入した液晶性を示す化合物や、前記化合物誘導体類のなかで液晶性を示す化合物に架橋性化合物を添加した組成物などが挙げられる。 Low molecular liquid crystal substances include saturated benzene carboxylic acid derivatives, unsaturated benzene carboxylic acid derivatives, biphenyl carboxylic acid derivatives, aromatic oxycarboxylic acid derivatives, Schiff base derivatives, bisazomethine compound derivatives, azo compounds. Derivatives, azoxy compound derivatives, cyclohexane ester compound derivatives, sterol compound derivatives, etc., a compound exhibiting liquid crystallinity introduced with a reactive functional group at the terminal, or a compound exhibiting liquid crystallinity among the above compound derivatives And a composition to which a functional compound is added.

コレステリック液晶層３、５を形成する方法としては、公知の方法を用いることができる。例えばコレステリック液晶層３、５は、透明基板上に配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を施した後、前記コレステリック液晶を必須成分とする液晶材料を塗布し、熱処理することによって得ることができる。コレステリック液晶層２，４は、例えばコレステリック液晶層３，５の上に配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を施した後、前記コレステリック液晶を必須成分とする液晶材料を塗布し、熱処理することによって得ることができる。 As a method of forming the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5, a known method can be used. For example, the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 can be obtained by forming an alignment film on a transparent substrate, subjecting the alignment film to a rubbing treatment, applying a liquid crystal material containing the cholesteric liquid crystal as an essential component, and performing a heat treatment. it can. The cholesteric liquid crystal layers 2 and 4 are formed by, for example, forming an alignment film on the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5, subjecting the alignment film to a rubbing treatment, applying a liquid crystal material containing the cholesteric liquid crystal as an essential component, and performing a heat treatment. Can be obtained.

色素含有コレステリック液晶層１を形成する方法としては、公知の方法を用いることができる。色素含有コレステリック液晶層１は、第１積層体９と第２積層体１０との間に例えば１μｍから１０００μｍ程度のスペーサを狭持し、この空間に低分子液晶物質を毛細管現象を利用して注入することによって得ることができる。この際、スペーサには、例えばガラスビーズ、シリカビーズ、もしくはポリスチレン、アクリル樹脂のようなプラスチック製ビーズを用いることができ、また、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、トリアセチルセルロース、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のフィルムを用いることができる。 As a method for forming the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, a known method can be used. In the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, for example, a spacer of about 1 μm to 1000 μm is sandwiched between the first stacked body 9 and the second stacked body 10, and a low molecular liquid crystal material is injected into this space by using a capillary phenomenon. Can be obtained. In this case, for example, glass beads, silica beads, or plastic beads such as polystyrene or acrylic resin can be used as the spacer, and for example, polyimide, polyamide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyether ketone. Polyether ether ketone, polyether sulfone, polysulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyarylate, triacetyl cellulose, epoxy resin, phenol resin, and the like can be used.

さらに色素含有コレステリック液晶層１は、コレステリック液晶２もしくはコレステリック液晶層４の上に上記コレステリック液晶を必須成分とする液晶材料を塗布し、熱処理することによっても得ることができる。 Further, the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 can also be obtained by applying a liquid crystal material containing the cholesteric liquid crystal as an essential component on the cholesteric liquid crystal 2 or the cholesteric liquid crystal layer 4 and performing a heat treatment.

なお、色素含有コレステリック液晶層１に含まれるコレステリック液晶は、低分子液晶物質に限られるものではなく、高分子液晶物質であってもよい。この場合、色素含有コレステリック液晶層１における熱揺らぎが抑制されるため、色素含有コレステリック液晶層１に含まれるコレステリック液晶が、高分子液晶物質でない場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 The cholesteric liquid crystal contained in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is not limited to a low molecular liquid crystal material, and may be a polymer liquid crystal material. In this case, since the thermal fluctuation in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is suppressed, the amount of excitation energy required for laser oscillation is reduced compared to the case where the cholesteric liquid crystal contained in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is not a polymer liquid crystal substance. It can be reduced more sufficiently.

ここで、コレステリック液晶が高分子液晶物質である色素含有コレステリック液晶層１を得るためには、例えば紫外線硬化型のコレステリック液晶を溶解することが可能な溶媒中に当該コレステリック液晶を溶解させて液晶溶液を準備し、この液晶溶液をコレステリック液晶層２とコレステリック液晶層４との間に注入した後、液晶溶液に紫外線を照射して硬化さえればよい。 Here, in order to obtain the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 in which the cholesteric liquid crystal is a polymer liquid crystal material, for example, the cholesteric liquid crystal is dissolved in a solvent capable of dissolving the ultraviolet curable cholesteric liquid crystal, and the liquid crystal solution The liquid crystal solution is injected between the cholesteric liquid crystal layer 2 and the cholesteric liquid crystal layer 4 and then cured by irradiating the liquid crystal solution with ultraviolet rays.

（色素）
次に、色素含有コレステリック液晶層１中に含まれる色素について詳細に説明する。 (Dye)
Next, the dye contained in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 will be described in detail.

色素は、光励起により光を発することが可能であればいかなるもであってもよく、有機系色素または無機系色素のいずれであっても構わない。ここで、光励起により発せられる光には、蛍光のみならず燐光も含まれる。有機系色素としては、例えば、スチリル（Styryl）、キサンテン（Xanthene）、オキサジン（Oxazine）、クマリン（Coumarine）、スチルベン（Stilben）誘導体、オキサゾール（Oxazole）誘導体、オキサジアゾール（Oxadiazole）誘導体、ｐ−オリゴフェニレン（Origophenylene）誘導体が挙げられる。また、下記化学構造式：

（上記式中、Ｒ^１がＯ（ＣＨ_２）_１２Ｈである場合は、Ｒ^２はＨ又はｔ−Ｂｕを表し、Ｒ^１がＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_２ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３である場合は、Ｒ^２は水素又はｔ−Ｂｕを表し、ｍは１以上の整数を表す。）
で表される化合物、又は下記構造式：

（上記式中、Ｒ^３がＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_２ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３である場合は、Ｒ^４はＨ又はｔ−Ｂｕを表し、ｎは１以上の整数を表す。）
で表される化合物なども用いることができる。これらの化合物の分子量は特に規定されないが、５万以下であることが好ましい。分子量が５万以上の場合は粘性が高くなり配向性が悪化するため好ましくない。 The dye may be anything as long as it can emit light by photoexcitation, and may be either an organic dye or an inorganic dye. Here, the light emitted by photoexcitation includes not only fluorescence but also phosphorescence. Examples of organic dyes include styryl, xanthene, oxazine, coumarine, stilben derivatives, oxazole derivatives, oxadiazole derivatives, p- An oligophenylene (Origophenylene) derivative is mentioned. In addition, the following chemical structural formula:

(In the above formula, when R ¹ is O (CH ₂ ) ₁₂ H, R ² represents H or t-Bu, and R ¹ is CH ₂ CH (CH ₂ CH ₃ ) CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH. _In the case of ₃ , R ² represents hydrogen or t-Bu, and m represents an integer of 1 or more.)
Or a compound represented by the following structural formula:

(In the above formula, when R ³ is CH ₂ CH (CH ₂ CH ₃ ) CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , R ⁴ represents H or t-Bu, and n represents an integer of 1 or more. )
A compound represented by the formula can also be used. The molecular weight of these compounds is not particularly limited, but is preferably 50,000 or less. A molecular weight of 50,000 or more is not preferable because the viscosity increases and the orientation deteriorates.

また、上記有機系色素としては、下記構造式：

で表されるクォーターチオフェン（ＱＴ：Quarter Thiophene）も使用することができる。 Further, as the organic dye, the following structural formula:

The quarter thiophene (QT: Quarter Thiophene) represented by these can also be used.

無機系色素としては、例えば硫化亜鉛、珪酸亜鉛、硫化亜鉛カドミウム、硫化カルシウム、硫化ストロンチウム、タングステン酸カルシウム、カナリーガラス、シアン化白金、アルカリ土類金属の硫化物、希土類化合物などが挙げられる。 Examples of inorganic dyes include zinc sulfide, zinc silicate, zinc cadmium sulfide, calcium sulfide, strontium sulfide, calcium tungstate, canary glass, platinum cyanide, sulfides of alkaline earth metals, rare earth compounds, and the like.

上記色素のうち有機系色素が特に好ましい。この場合、液晶への溶解性に優れ、液晶の配向性を阻害しにくいという利点がある。このうち特に好ましいのは、下記構造式

（上記式中、Ｒ^１がＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_２ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３を表し、Ｒ^２はｔ−Ｂｕを表し、ｍは１以上の整数を表す）
で表される有機系色素である。この有機系色素を用いると、他の有機系色素に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減できる。 Of the above dyes, organic dyes are particularly preferable. In this case, there is an advantage that the solubility in the liquid crystal is excellent and the alignment of the liquid crystal is hardly hindered. Of these, the following structural formula is particularly preferred:

(In the above formula, R ¹ represents CH ₂ CH (CH ₂ CH ₃ ) CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , R ² represents t-Bu, and m represents an integer of 1 or more)
It is an organic pigment | dye represented by these. When this organic dye is used, the amount of excitation energy required for laser oscillation can be more sufficiently reduced than other organic dyes.

また、色素は、色素含有コレステリック液晶層１の厚さ方向に沿って、コレステリック液晶の配向に従って配向していることが好ましい。即ち、色素は、色素含有コレステリック液晶層１の厚さ方向に沿って、コレステリック液晶と同様に螺旋状に配向していることが好ましい。ここで、色素の螺旋のピッチは、コレステリック液晶の螺旋ピッチと同一である。この場合、色素が、色素含有コレステリック液晶層１中のコレステリック液晶の配列方向に沿って配向していない場合に比べて、レーザ発振に必要な励起エネルギー量をより十分に低減させることができる。 Moreover, it is preferable that the pigment | dye is orientated according to the orientation of a cholesteric liquid crystal along the thickness direction of the pigment | dye containing cholesteric liquid crystal layer 1. FIG. That is, it is preferable that the dye is oriented spirally along the thickness direction of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 like the cholesteric liquid crystal. Here, the helical pitch of the dye is the same as the helical pitch of the cholesteric liquid crystal. In this case, the amount of excitation energy required for laser oscillation can be reduced more sufficiently than when the dye is not aligned along the alignment direction of the cholesteric liquid crystal in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1.

なお、十分な光強度のレーザ発振を起こす観点からは、コレステリック液晶の選択反射波長帯域内に色素の発光帯が含まれることが好ましい。 From the viewpoint of causing laser oscillation with sufficient light intensity, it is preferable that the emission band of the dye is included in the selective reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal.

（配向基板）
配向基板７，８は、色素の励起光及び当該励起光による色素の発光に対して透明であり且つコレステリック液晶層３，５を支持することが可能なものであれば特に制限されず、配向基板７、８としては、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、トリアセチルセルロース、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のフィルム、又はこれらのフィルムの一軸延伸フィルムもしくは二軸延伸フィルム又はガラス基板等が例示できる。これらのフィルムはその製造方法によっては改めて配向能を発現させるための処理を行わなくともコレステリック液晶層３、５に使用されるコレステリック液晶に対して十分な配向能を示すものもあるが、配向能が不十分、または配向能を示さない等の場合には、必要によりこれらのフィルムを適度な加熱下に延伸したり、フィルム面をレーヨン布等で一方向に擦るいわゆるラビング処理を行ったり、フィルム上にポリイミド、ポリビニルアルコール、シランカップリング剤等の公知の配向剤からなる配向膜を設けてラビング処理を行ったり、酸化珪素等の斜方蒸着処理を行ったり、あるいはこれらの処理を適宜組み合わせるなどして配向能を発現させたフィルムを用いても良い。また表面に規則的な微細溝を設けた各種ガラス板等も配向基板７、８として使用することができる。 (Oriented substrate)
The alignment substrates 7 and 8 are not particularly limited as long as they are transparent to the excitation light of the dye and the light emission of the dye by the excitation light, and can support the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5. 7 and 8, for example, polyimide, polyamide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether sulfone, polysulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyarylate, triacetyl cellulose, Examples thereof include films such as epoxy resins and phenol resins, or uniaxially or biaxially stretched films of these films, glass substrates, and the like. Some of these films exhibit sufficient alignment ability with respect to the cholesteric liquid crystal used for the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 without performing processing for expressing the alignment ability again depending on the production method. Is insufficient, or does not show orientation ability, etc., if necessary, these films may be stretched under moderate heating, or the film surface may be rubbed in one direction with a rayon cloth or the like, or a so-called rubbing process may be performed. An alignment film made of a known alignment agent such as polyimide, polyvinyl alcohol, or a silane coupling agent is provided on the surface to perform a rubbing process, an oblique deposition process such as silicon oxide, or a combination of these processes as appropriate. Thus, a film exhibiting orientation ability may be used. Various glass plates provided with regular fine grooves on the surface can also be used as the alignment substrates 7 and 8.

これらの中でも、配向基板７、８としては、フィルム上に、ラビング処理した配向膜（例えばポリイミドフィルム）を形成したものが好ましく用いられる。 Among these, as the alignment substrates 7 and 8, those obtained by forming a rubbing-treated alignment film (for example, a polyimide film) on a film are preferably used.

（レーザ発振素子の製造方法）
上記レーザ発振素子１００は、以下のようにして製造することができる。 (Laser oscillation device manufacturing method)
The laser oscillation element 100 can be manufactured as follows.

まず透明な配向基板７、８を用意する。配向基板７、８としては、例えばラビング処理した配向膜が形成されたガラス基板が用いられる。 First, transparent alignment substrates 7 and 8 are prepared. As the alignment substrates 7 and 8, for example, glass substrates on which a rubbing-treated alignment film is formed are used.

次に、コレステリック液晶層３、５を構成するコレステリック液晶を溶媒と混合して所定濃度の液晶溶液を調製し、この液晶溶液を配向基板７，８の配向膜上に塗布する。これにより、コレステリック液晶が配向する。このとき、必要なら熱処理などによりコレステリック液晶の配向を形成する。熱処理は液晶相発現温度範囲に加熱することにより、該液晶物質が本来有する自己配向能により液晶を配向させるものである。熱処理の条件としては、用いる液晶物質の液晶相挙動温度（転移温度）により最適条件や限界値が異なるため一概には言えないが、通常１０〜３００℃、好ましくは３０〜２５０℃の範囲である。あまり低温では、液晶の配向が十分に進行しないおそれがあり、また高温では、液晶物質が分解したり配向基板に悪影響を与えるおそれがある。また、熱処理時間については、通常３秒〜６０分、好ましくは１０秒〜３０分の範囲である。３秒よりも短い熱処理時間では、液晶の配向が十分に完成しないおそれがあり、また６０分を超える熱処理時間では、生産性が極端に悪くなるため、どちらの場合も好ましくない。 Next, a cholesteric liquid crystal constituting the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 is mixed with a solvent to prepare a liquid crystal solution having a predetermined concentration, and this liquid crystal solution is applied onto the alignment films of the alignment substrates 7 and 8. Thereby, the cholesteric liquid crystal is aligned. At this time, if necessary, alignment of the cholesteric liquid crystal is formed by heat treatment or the like. In the heat treatment, the liquid crystal is aligned by the self-alignment ability inherent in the liquid crystal substance by heating to the liquid crystal phase expression temperature range. As conditions for the heat treatment, optimum conditions and limit values differ depending on the liquid crystal phase behavior temperature (transition temperature) of the liquid crystal substance used, but it cannot be generally stated, but is usually in the range of 10 to 300 ° C, preferably 30 to 250 ° C. . If the temperature is too low, the alignment of the liquid crystal may not proceed sufficiently, and if the temperature is high, the liquid crystal substance may decompose or adversely affect the alignment substrate. Moreover, about heat processing time, it is 3 seconds-60 minutes normally, Preferably it is the range of 10 seconds-30 minutes. When the heat treatment time is shorter than 3 seconds, the alignment of the liquid crystal may not be sufficiently completed, and when the heat treatment time exceeds 60 minutes, the productivity is extremely deteriorated.

上記液晶溶液を構成する溶媒は、用いるコレステリック液晶の種類により異なるが、通常トルエン、キシレン、ブチルベンゼン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン等の炭化水素系、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系、ジクロロメタン、四塩化炭素、テトラクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素系、ブチルアルコール、トリエチレングリコール、ジアセトンアルコール、ヘキシレングリコール等のアルコール系等が挙げられる。これらの溶媒は必要により適宜混合して使用してもよい。また、溶液の濃度は用いられるコレステリック液晶の分子量や溶解性、さらに最終的に目的とするコレステリック液晶層３、５の厚み等により異なるため一概には決定できないが、通常は１〜６０質量％、好ましくは３〜４０質量％である。 The solvent constituting the liquid crystal solution varies depending on the type of cholesteric liquid crystal to be used, but usually hydrocarbons such as toluene, xylene, butylbenzene, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran Ethers such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc., ethyl acetate, butyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, esters such as γ-butyrolactone, N-methyl- Amides such as 2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dichloromethane, Carbon, tetrachloroethane, halogenated hydrocarbon such as chlorobenzene, butyl alcohol, triethylene glycol, diacetone alcohol, alcohol such as hexylene glycol. These solvents may be appropriately mixed and used as necessary. Further, since the concentration of the solution varies depending on the molecular weight and solubility of the cholesteric liquid crystal used, and finally the thickness of the intended cholesteric liquid crystal layers 3 and 5, etc., it cannot be determined unconditionally, but usually 1 to 60% by mass, Preferably it is 3-40 mass%.

また上記液晶溶液には、塗布を容易にするために界面活性剤を加えても良く、この界面活性剤としては、例えばイミダゾリン、第四級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体等の陽イオン系界面活性剤、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、第一級あるいは第二級アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ポリエチレングリコール及びそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、脂肪族あるいは芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物等の陰イオン系界面活性剤、ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン等の両性系界面活性剤、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン系界面活性剤、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル基及び親水性基を含有するオリゴマー、パーフルオロアルキル及び親油基を含有するオリゴマー、パーフルオロアルキル基含有ウレタン等のフッ素系界面活性剤などが挙げられる。 In addition, a surfactant may be added to the liquid crystal solution to facilitate coating. Examples of the surfactant include cationic systems such as imidazoline, quaternary ammonium salts, alkylamine oxides, and polyamine derivatives. Surfactant, polyoxyethylene-polyoxypropylene condensate, primary or secondary alcohol ethoxylate, alkylphenol ethoxylate, polyethylene glycol and its ester, sodium lauryl sulfate, ammonium lauryl sulfate, lauryl sulfate amines, alkyl-substituted fragrance Anionic surfactants such as aromatic sulfonates, alkyl phosphates, aliphatic or aromatic sulfonic acid formalin condensates, amphoteric surfactants such as laurylamidopropylbetaine, laurylaminoacetic acid betaine, polyethylene glycol Fatty acid esters, nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkylamine, perfluoroalkyl sulfonate, perfluoroalkyl carboxylate, perfluoroalkyl ethylene oxide adduct, perfluoroalkyl trimethyl ammonium salt, perfluoroalkyl group And an oligomer containing a hydrophilic group, an oligomer containing a perfluoroalkyl and a lipophilic group, a fluorosurfactant such as a perfluoroalkyl group-containing urethane, and the like.

界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類や溶剤、あるいは塗布する配向基板７，８の配向膜にもよるが、通常、コレステリック液晶の質量に対する比率にして１０ｐｐｍ〜１０％、好ましくは５０ｐｐｍ〜５％、さらに好ましくは０．０１％〜１％の範囲である。 The addition amount of the surfactant depends on the kind of the surfactant, the solvent, or the alignment film of the alignment substrates 7 and 8 to be applied, but is usually 10 ppm to 10%, preferably 50 ppm as a ratio to the mass of the cholesteric liquid crystal. -5%, more preferably 0.01% -1%.

また上記液晶溶液には、コレステリック液晶層３、５の耐熱性等を向上させるために、コレステリック液晶相の発現を妨げない程度のビスアジド化合物やグリシジルメタクリレート等の架橋剤等を添加し、後の工程で架橋することもできる。またアクリロイル基、ビニル基あるいはエポキシ基等の官能基を導入したビフェニル誘導体、フェニルベンゾエート誘導体、スチルベン誘導体などを基本骨格とした重合性官能基を予め液晶物質に導入しておきコレステリック相を発現させ架橋させてもよい。 Further, in order to improve the heat resistance of the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5, a crosslinking agent such as a bisazide compound or glycidyl methacrylate is added to the liquid crystal solution so as not to disturb the expression of the cholesteric liquid crystal phase, Can also be crosslinked. In addition, a polymerizable functional group having a basic skeleton such as a biphenyl derivative, a phenylbenzoate derivative, or a stilbene derivative into which a functional group such as an acryloyl group, a vinyl group, or an epoxy group has been introduced is introduced into a liquid crystal material in advance to develop a cholesteric phase and crosslink You may let them.

液晶溶液の塗布方法は、塗膜の均一性が確保される方法であれば、特に限定されることはなく公知の方法を採用することができる。例えば、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、カーテンコート法、スピンコート法などを挙げることができる。塗布の後に、ヒーターや温風吹きつけなどの方法による溶媒除去（乾燥）工程を入れても良い。塗布された膜の乾燥状態における膜厚は、通常０．２〜３０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、さらに好ましくは０．７〜３μｍである。膜厚が０．２μｍよりも薄い場合は、コレステリック液晶の螺旋構造の巻き数が十分でなく選択反射などの光学性能が不十分であり、膜厚が３０μｍよりも厚い場合は、コレステリック液晶の配向が不十分になるおそれがある。 The application method of the liquid crystal solution is not particularly limited as long as the uniformity of the coating film is ensured, and a known method can be adopted. Examples thereof include a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a curtain coating method, and a spin coating method. After the application, a solvent removal (drying) step by a method such as a heater or hot air blowing may be added. The film thickness of the coated film in a dry state is usually 0.2 to 30 μm, preferably 0.5 to 10 μm, and more preferably 0.7 to 3 μm. When the film thickness is less than 0.2 μm, the number of turns of the spiral structure of the cholesteric liquid crystal is not sufficient and the optical performance such as selective reflection is insufficient. When the film thickness is greater than 30 μm, the orientation of the cholesteric liquid crystal May become insufficient.

コレステリック液晶の配向を形成させた後は、配向の固定化を行う。この場合、コレステリック液晶の配向が熱処理などにより完成したのち、そのままの状態で配向基板７，８上のコレステリック液晶を、使用した液晶に適した手段を用いて固定化する。このような手段としては、例えば急冷によるガラス固定化、熱、紫外線、電子線などのエネルギー照射による架橋化などが挙げられる。 After the cholesteric liquid crystal alignment is formed, the alignment is fixed. In this case, after the alignment of the cholesteric liquid crystal is completed by heat treatment or the like, the cholesteric liquid crystal on the alignment substrates 7 and 8 is fixed as it is by using means suitable for the liquid crystal used. Examples of such means include glass fixation by rapid cooling, and crosslinking by irradiation with energy such as heat, ultraviolet rays, and electron beams.

次に、コレステリック液晶層３，５の上に上記と同様の配向膜を例えばスピンコート法によって形成し、配向膜にラビング処理を施す。ここで、配向膜は、溶媒がコレステリック液晶層３，５中のコレステリック液晶を溶解することを防止する役目も担っている。このとき、配向膜は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）で構成されることが好ましい。この理由は次の通りである。即ち、PVAは水系溶媒に可溶であるため、コレステリック液晶層３，５中のコレステリック液晶が高分子液晶物質で構成されていても、コレステリック液晶層３，５を溶解することなく、コレステリック液晶層３，５上にPVA層を配向膜として形成することが可能である。また、形成されたPVA層は、コレステリック液晶層２，４を形成する際に、コレステリック層３，５を溶解する溶媒に対してバリア層となり、さらにラビング処理を施すことが可能で配向膜としても機能する。さらに、配向膜がポリイミドである場合、バリア層となるような周密な膜とするためにはポリイミドの前駆体に対して３００度近い高温での熱処理と必要である。この温度では、コレステリック液晶層３，５が液晶相から等方相となり配向状態も乱れ、均一なコレステリック液晶層３，５を保持できなくなる。これに対し、ＰＶＡの場合は、このような高温での熱処理を行わなくても周密なバリア層を形成することが可能であり、均一なコレステリック液晶層３，５を保持することができる。ここで、「周密」とは、嵩高く密度が高い状態を言う。また、ポリイミドでは短波長側に吸収があるため黄色に着色するのに対し、PVAはほぼ完全に透明である。 Next, an alignment film similar to the above is formed on the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 by, for example, a spin coating method, and the alignment film is rubbed. Here, the alignment film also plays a role of preventing the solvent from dissolving the cholesteric liquid crystal in the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5. At this time, the alignment film is preferably composed of polyvinyl alcohol (PVA). The reason is as follows. That is, since PVA is soluble in an aqueous solvent, even if the cholesteric liquid crystal in the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 is composed of a polymer liquid crystal material, the cholesteric liquid crystal layer does not dissolve the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5. It is possible to form a PVA layer as an alignment film on 3 and 5. In addition, the formed PVA layer becomes a barrier layer against a solvent that dissolves the cholesteric layers 3 and 5 when forming the cholesteric liquid crystal layers 2 and 4, and can be further rubbed to serve as an alignment film. Function. Further, when the alignment film is polyimide, heat treatment at a high temperature close to 300 degrees with respect to the polyimide precursor is necessary in order to obtain a dense film as a barrier layer. At this temperature, the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 become isotropic from the liquid crystal phase, and the alignment state is disturbed, so that the uniform cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 cannot be held. On the other hand, in the case of PVA, a dense barrier layer can be formed without performing heat treatment at such a high temperature, and uniform cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 can be held. Here, “densely dense” means a bulky and high density state. In addition, polyimide is colored yellow because it absorbs on the short wavelength side, whereas PVA is almost completely transparent.

次に、コレステリック液晶として、上記コレステリック液晶層３，５のコレステリック液晶とは螺旋の掌性が異なるものを用いること以外は上記と同様にして、配向膜上にそれぞれコレステリック液晶層２，４を形成する。 Next, cholesteric liquid crystal layers 2 and 4 are formed on the alignment film in the same manner as described above except that a cholesteric liquid crystal having a spiral hand different from that of the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 is used. To do.

なお、コレステリック液晶層２，４を予め作製している場合には、コレステリック液晶層２，４とコレステリック液晶層３，５とを熱融着などによって直接接着してもよい。 In the case where the cholesteric liquid crystal layers 2 and 4 are prepared in advance, the cholesteric liquid crystal layers 2 and 4 and the cholesteric liquid crystal layers 3 and 5 may be directly bonded by thermal fusion or the like.

こうして、配向基板７、コレステリック液晶２，３を含む第１積層体９と、配向基板８、コレステリック液晶４，５を含む第２積層体１０とが得られる。 In this way, the first stacked body 9 including the alignment substrate 7 and the cholesteric liquid crystals 2 and 3 and the second stacked body 10 including the alignment substrate 8 and the cholesteric liquid crystals 4 and 5 are obtained.

次に、コレステリック液晶層２、４が互いに内側を向くように、第１積層体９と第２積層体１０とをスペーサ（図示せず）を介して接続する。 Next, the first stacked body 9 and the second stacked body 10 are connected via a spacer (not shown) so that the cholesteric liquid crystal layers 2 and 4 face each other.

そして、コレステリック液晶と色素とを溶媒中に混合した溶液を調製し、この溶液を、毛細管現象を利用して第１積層体９と第２積層体１０との間のスペースに封入した後、この溶液を加熱して溶媒を除去する。これにより第１積層体９と第２積層体１０との間に欠陥層として機能する色素を含有した色素含有コレステリック液晶層１が得られる。以上のようにしてレーザ発振素子１００が得られる。 And after preparing the solution which mixed the cholesteric liquid crystal and the pigment | dye in the solvent, and enclosing this solution in the space between the 1st laminated body 9 and the 2nd laminated body 10 using a capillary phenomenon, this The solution is heated to remove the solvent. Thereby, the pigment | dye containing cholesteric liquid crystal layer 1 containing the pigment | dye which functions as a defect layer between the 1st laminated body 9 and the 2nd laminated body 10 is obtained. The laser oscillation element 100 is obtained as described above.

なお、上記製造方法では、第１積層体９と第２積層体１０とを、スペーサを介して接続し、溶液を封入した後、溶媒を除去することにより、コレステリック液晶を配向させて第１積層体９と第２積層体１０との間に色素含有コレステリック液晶層１を形成しているが、色素および色素含有コレステリック液晶層１の配向が固定化されている場合、すなわち色素含有コレステリック液晶層１が高分子フィルムからなる場合には、第１積層体９、色素含有コレステリック液晶層１、第２積層体１０を、ホットラミネータなどを用いた熱融着により、もしくは接着剤などを用いて相互に積層すればよい。 In the manufacturing method described above, the first stacked body 9 and the second stacked body 10 are connected via a spacer, the solution is sealed, and then the solvent is removed to align the cholesteric liquid crystal and thereby the first stacked body. The dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is formed between the body 9 and the second laminate 10, but when the orientation of the dye and the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 is fixed, that is, the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 Is made of a polymer film, the first laminate 9, the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, and the second laminate 10 are mutually bonded by heat fusion using a hot laminator or the like, or using an adhesive or the like. What is necessary is just to laminate.

なお、本発明のレーザ発振素子は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば図２に示すように、コレステリック液晶層２とコレステリック液晶層３とを相互に入れ替えるとともに、コレステリック液晶層４とコレステリック液晶層５とを相互に入れ替えてもよい。この場合、掌性が左のコレステリック液晶層をＬ、掌性が右のコレステリック液晶層をＲとすると、レーザ発振素子２００は、ＲＬ−Ｌ−ＬＲの構造を有することになる。この場合でも、色素含有コレステリック液晶層１の一方の側では、隣り合うコレステリック液晶層２，３が互いに異なる掌性を有する。また色素含有コレステリック液晶層１の他方の側では、隣り合うコレステリック液晶層４，５が互いに異なる掌性を有する。このような構成のレーザ発振素子２００でも、レーザ発振の際の励起エネルギーの閾値を十分に低減することができる。これにより、レーザ発振素子２００の内部劣化が抑制され、長時間のレーザ発振や連続レーザ発振を起こすことが可能となり、小型化も可能となる。 The laser oscillation element of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, as shown in FIG. 2, the cholesteric liquid crystal layer 2 and the cholesteric liquid crystal layer 3 may be interchanged with each other, and the cholesteric liquid crystal layer 4 and the cholesteric liquid crystal layer 5 may be interchanged with each other. In this case, if the cholesteric liquid crystal layer with the left hand side is L and the cholesteric liquid crystal layer with the right hand side is R, the laser oscillation element 200 has a structure of RL-L-LR. Even in this case, on one side of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, adjacent cholesteric liquid crystal layers 2 and 3 have different palm properties. On the other side of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1, adjacent cholesteric liquid crystal layers 4 and 5 have different palm properties. Even in the laser oscillation element 200 having such a configuration, the threshold value of excitation energy at the time of laser oscillation can be sufficiently reduced. Thereby, internal deterioration of the laser oscillation element 200 is suppressed, and it is possible to cause a long-time laser oscillation or a continuous laser oscillation, and it is possible to reduce the size.

また、上記実施形態において、コレステリック液晶層２とコレステリック液晶層３とを相互に入れ替えただけのレーザ発振素子（即ち、ＬＲ−Ｌ−ＬＲ構造のレーザ発振素子）や、コレステリック液晶層２とコレステリック液晶層５とを相互に入れ替えただけのレーザ発振素子（即ち、ＲＲ−Ｌ−ＬＬ構造のレーザ発振素子）も本発明に含まれる。 In the above embodiment, a laser oscillation element in which the cholesteric liquid crystal layer 2 and the cholesteric liquid crystal layer 3 are interchanged with each other (that is, a laser oscillation element having an LR-L-LR structure), or the cholesteric liquid crystal layer 2 and the cholesteric liquid crystal. A laser oscillation element in which the layer 5 is simply replaced with each other (that is, a laser oscillation element having an RR-L-LL structure) is also included in the present invention.

次に、実施例を用いて、本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

（実施例１）
まず掌性が右、即ちＲ構造のコレステリック液晶層（以下、「ＰＣＬＣフィルム」）３，５を形成するための高分子コレステリック液晶溶液を次のようにして準備した。即ち、芳香族ポリエステルからなる高分子アキラルネマチック液晶と、芳香族ポリエステルからなる高分子キラルネマチック液晶との液晶混合物（新日本石油（株）製ＬＣフィルム）を用い、これをクロロホルム中に溶解して高分子コレステリック液晶溶液を得た。ここで、液晶混合物中の高分子キラルネマチック液晶の混合比は、右ねじれ高分子キラルネマチック液晶が９０質量％、高分子アキラルネマチック液晶が１０質量％となるようにした。また、高分子コレステリック液晶溶液中の液晶混合物の濃度は１０質量％とした。 Example 1
First, a polymer cholesteric liquid crystal solution for forming cholesteric liquid crystal layers (hereinafter referred to as “PCLC films”) 3 and 5 having a right-handedness, that is, an R structure was prepared as follows. That is, a liquid crystal mixture of polymer achiral nematic liquid crystal composed of aromatic polyester and polymer chiral nematic liquid crystal composed of aromatic polyester (LC film manufactured by Nippon Oil Corporation) was dissolved in chloroform. A polymer cholesteric liquid crystal solution was obtained. Here, the mixing ratio of the polymer chiral nematic liquid crystal in the liquid crystal mixture was 90% by mass for the right-twisted polymer chiral nematic liquid crystal and 10% by mass for the polymer achiral nematic liquid crystal. The concentration of the liquid crystal mixture in the polymer cholesteric liquid crystal solution was 10% by mass.

この高分子コレステリック液晶溶液を、一方向にラビング処理したポリイミド配向膜（ＪＳＲ（株）製１２５４）を持つガラス基板上にスピンコートした後、コレステリック液晶溶液に対し１８０℃に加熱して２分間硬化処理した。こうして、ガラス基板上に、良好に配向した厚さ約２μｍの高分子コレステリック液晶フィルム３，５を形成した。即ち配向基板７，８上にＰＣＬＣフィルム３，５を得た。このとき、ＰＣＬＣフィルムの螺旋軸はガラス基板の表面に垂直であった。また２つのＰＣＬＣフィルムのそれぞれについて透過スペクトルを測定し、選択反射波長帯域において短波長端及び長波長端を算出した。そして、その算術平均により、ＰＣＬＣフィルムの選択反射の中心波長を決定した。その結果、選択反射の中心波長はいずれのＰＣＬＣフィルムについても４８３ｎｍであった。また選択反射波長帯域が２つのＰＣＬＣフィルムで同一であり且つＰＣＬＣフィルムが同一材料で形成されるため、螺旋ピッチが同一であることが分かった。また、透過スペクトルの測定において、入射光を右円偏光にしたところ、選択反射波長帯域が観測されず、透過率が高くなったことから、ＰＣＬＣフィルムの螺旋の掌性は左螺旋であることが分かった。 This polymer cholesteric liquid crystal solution is spin-coated on a glass substrate having a polyimide alignment film (1254 manufactured by JSR Corporation) rubbed in one direction, and then heated to 180 ° C. for 2 minutes by curing the cholesteric liquid crystal solution. Processed. Thus, the well-oriented polymer cholesteric liquid crystal films 3 and 5 having a thickness of about 2 μm were formed on the glass substrate. That is, PCLC films 3 and 5 were obtained on the alignment substrates 7 and 8. At this time, the helical axis of the PCLC film was perpendicular to the surface of the glass substrate. Moreover, the transmission spectrum was measured about each of two PCLC films, and the short wavelength end and the long wavelength end were computed in the selective reflection wavelength band. And the center wavelength of the selective reflection of the PCLC film was determined by the arithmetic average. As a result, the central wavelength of selective reflection was 483 nm for all PCLC films. Moreover, since the selective reflection wavelength band was the same in the two PCLC films and the PCLC films were formed of the same material, it was found that the helical pitch was the same. In addition, in the measurement of the transmission spectrum, when the incident light was right circularly polarized light, the selective reflection wavelength band was not observed, and the transmittance was high. I understood.

次に、ＰＶＡ溶液をＰＣＬＣフィルム３，５上にスピンコートし、乾燥後、１００℃で３０分加熱し、ＰＶＡ膜を得た。ＰＶＡ溶液は、溶媒としての精製水にＰＶＡを溶解することによって得た。このとき、ＰＶＡ溶液中のＰＶＡ濃度が３質量％となるようにした。その後、ＰＶＡ膜に対し、一定方向にラビング処理を施した。 Next, the PVA solution was spin-coated on the PCLC films 3 and 5, dried, and then heated at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a PVA film. The PVA solution was obtained by dissolving PVA in purified water as a solvent. At this time, the PVA concentration in the PVA solution was set to 3% by mass. Thereafter, the PVA film was rubbed in a certain direction.

一方、ＰＣＬＣフィルム２，４を形成するために、上記ＰＣＬＣフィルム３，５のコレステリック液晶とは螺旋の掌性が異なる（即ちＬ構造の）高分子コレステリック液晶を用い、液晶混合物中の高分子キラルネマチック液晶の混合比を、左ねじれ高分子キラルネマチック液晶が８７質量％、高分子アキラルネマチック液晶が１３質量％となるようにしたこと以外は上記と同様にして高分子コレステリック液晶溶液を準備した。そして、この高分子コレステリック液晶溶液を用い、上記と同様にしてＰＶＡ膜上に、良好に配向した厚さ約２μｍのＰＣＬＣフィルム２，４を形成した。こうして配向基板７上に順次ＰＣＬＣフィルム３，２が積層された第１積層体９と、配向基板８上に順次ＰＣＬＣフィルム５，４が積層された第２積層体１０を得た。このとき、ＰＣＬＣフィルムの螺旋軸はガラス基板の表面に垂直であった。 On the other hand, in order to form the PCLC films 2 and 4, a polymer cholesteric liquid crystal having a spiral hand (that is, L structure) different from the cholesteric liquid crystal of the PCLC films 3 and 5 is used. A polymer cholesteric liquid crystal solution was prepared in the same manner as described above except that the mixing ratio of the nematic liquid crystal was 87% by mass for the left-handed polymer chiral nematic liquid crystal and 13% by mass for the polymer achiral nematic liquid crystal. Then, using this polymer cholesteric liquid crystal solution, PCLC films 2 and 4 having a thickness of about 2 μm and well aligned were formed on the PVA film in the same manner as described above. Thus, a first laminate 9 in which the PCLC films 3 and 2 were sequentially laminated on the alignment substrate 7 and a second laminate 10 in which the PCLC films 5 and 4 were sequentially laminated on the alignment substrate 8 were obtained. At this time, the helical axis of the PCLC film was perpendicular to the surface of the glass substrate.

また第１積層体９及び第２積層体１０のそれぞれについて透過スペクトルを測定し、選択反射波長帯域において短波長端及び長波長端を算出した。そして、その算術平均により、第１積層体及び第２積層体の選択反射の中心波長を決定した。その結果、選択反射の中心波長は第１積層体９及び第２積層体１０のいずれについても４９５ｎｍであった。またＰＣＬＣフィルムが同一材料で形成されているため、ＰＣＬＣフィルム２，４は、ＰＣＬＣフィルム３，５と螺旋ピッチが同一であることが分かった。また、透過スペクトルの測定において、入射光を右円偏光にしたところ、選択反射波長帯域が観測されたことから、ＰＣＬＣフィルム２，４の螺旋の掌性は左螺旋であることが分かった。 Moreover, the transmission spectrum was measured about each of the 1st laminated body 9 and the 2nd laminated body 10, and the short wavelength end and the long wavelength end were computed in the selective reflection wavelength band. And the center wavelength of the selective reflection of a 1st laminated body and a 2nd laminated body was determined by the arithmetic mean. As a result, the center wavelength of selective reflection was 495 nm for both the first laminate 9 and the second laminate 10. Moreover, since the PCLC film was formed with the same material, it turned out that the PCLC films 2 and 4 have the same helical pitch as the PCLC films 3 and 5. Further, in the measurement of the transmission spectrum, when the incident light was changed to the right circularly polarized light, the selective reflection wavelength band was observed. Thus, it was found that the handedness of the spiral of the PCLC films 2 and 4 was the left spiral.

次に、上記のようにして得られた２つの積層体を、ＰＣＬＣフィルム２，４が内側に配置されるように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ１２．５μｍのスペーサを介して接続した。 Next, the two laminates obtained as described above were connected via a spacer having a thickness of 12.5 μm made of polyethylene terephthalate (PET) so that the PCLC films 2 and 4 were arranged inside. .

一方、市販のネマチック液晶（Merck社製ZLI-2293）にキラル剤（Merck社製MLC-6247）を２８．２質量％含有したコレステリック液晶(CLC)の低分子化合物と下記化学構造式：

で表されるクォーターチオフェンをクロロフォルム中に混合することで、色素ドープCLC溶液を調製した。このとき、コレステリック液晶に対する色素の含有率は０．３質量％とした。 On the other hand, a low molecular weight compound of cholesteric liquid crystal (CLC) containing 28.2% by mass of a chiral agent (MLC-6247 manufactured by Merck) in a commercially available nematic liquid crystal (ZLI-2293 manufactured by Merck) and the following chemical structural formula:

A dye-doped CLC solution was prepared by mixing quarterthiophene represented by the formula below with chloroform. At this time, the content rate of the pigment | dye with respect to a cholesteric liquid crystal was 0.3 mass%.

その後、色素ドープＣＬＣ溶液を、毛細管現象を利用してＰＣＬＣフィルム２，４間のスペースに導入し、７０℃でクロロフォルムを蒸発させ、欠陥層としての色素含有コレステリック液晶層１を形成した。 Thereafter, the dye-doped CLC solution was introduced into the space between the PCLC films 2 and 4 by utilizing capillary action, and chloroform was evaporated at 70 ° C. to form the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 as a defect layer.

こうして得たサンプルについて、マイクロスコープスペクトロメータ（ＯＲＣ製ＴＦＭ−１２０ＡＦＴ−ＰＣ）の入射光側に左右円偏光フィルムを挟み、左右円偏光透過スペクトルを測定することにより、色素ドープＣＬＣの螺旋の掌性は左螺旋であることが分かった。 For the sample thus obtained, the right and left circularly polarized films are sandwiched between the incident light sides of a microscope spectrometer (ORC-made TFM-120AFT-PC), and the right and left circularly polarized light transmission spectra are measured, whereby the spiral nature of the dye-doped CLC is measured. Turned out to be a left spiral.

以上のようにして厚さ２２μｍのレーザ発振素子を得た。 A laser oscillation element having a thickness of 22 μm was obtained as described above.

（比較例１）
配向基板７上にコレステリック液晶層２，３を形成せず、配向基板８上にコレステリック液晶層４，５を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にしてレーザ発振素子を作製した。作製したレーザ発振素子の厚さは１３μｍであった。 (Comparative Example 1)
A laser oscillation element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the cholesteric liquid crystal layers 2 and 3 were not formed on the alignment substrate 7 and the cholesteric liquid crystal layers 4 and 5 were not formed on the alignment substrate 8. The thickness of the manufactured laser oscillation element was 13 μm.

（比較例２）
配向基板７上にコレステリック液晶層３を形成せず、コレステリック液晶層２を直接形成し、配向基板８上にコレステリック液晶層５を形成せず、コレステリック液晶層４を直接形成したこと以外は実施例１と同様にしてレーザ発振素子を作製した。作製したレーザ発振素子の厚さは１７μｍであった。 (Comparative Example 2)
Example except that the cholesteric liquid crystal layer 2 is not formed on the alignment substrate 7 but the cholesteric liquid crystal layer 2 is directly formed, and the cholesteric liquid crystal layer 5 is not formed on the alignment substrate 8 and the cholesteric liquid crystal layer 4 is directly formed. In the same manner as in Example 1, a laser oscillation element was produced. The thickness of the manufactured laser oscillation element was 17 μm.

（比較例３）
配向基板７上にコレステリック液晶層３を形成し、コレステリック液晶層２を形成せず、配向基板８上にコレステリック液晶層５を形成し、コレステリック液晶層４を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にしてレーザ発振素子を作製した。作製したレーザ発振素子の厚さは１７μｍであった。 (Comparative Example 3)
Example 1 except that the cholesteric liquid crystal layer 3 is formed on the alignment substrate 7, the cholesteric liquid crystal layer 2 is not formed, the cholesteric liquid crystal layer 5 is formed on the alignment substrate 8, and the cholesteric liquid crystal layer 4 is not formed. A laser oscillation element was fabricated in the same manner as described above. The thickness of the manufactured laser oscillation element was 17 μm.

（蛍光スペクトル、透過スペクトル及びレーザ発振スペクトルの測定）
実施例１および比較例１〜３で得られたレーザ発振素子について、透過スペクトル及びレーザ発振スペクトルの測定を行った。結果を図３〜６に示す。なお、図３〜６のそれぞれにおいて、点線が蛍光スペクトル及び透過スペクトルに、実線がレーザ発振スペクトルに対応する。なお、蛍光スペクトル及びレーザ発振スペクトルの強度は図３〜６のグラフにおいて左側の縦軸で表され、透過スペクトルは、図３〜６のグラフにおいて右側の縦軸で表される。但し、図３〜６においては、透過スペクトルはトランスミッタンスで表してある。蛍光スペクトルについては、比較例２のレーザ発振素子の測定結果を示す。 (Measurement of fluorescence spectrum, transmission spectrum and laser oscillation spectrum)
For the laser oscillation elements obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the transmission spectrum and the laser oscillation spectrum were measured. The results are shown in FIGS. 3 to 6, the dotted line corresponds to the fluorescence spectrum and the transmission spectrum, and the solid line corresponds to the laser oscillation spectrum. In addition, the intensity | strength of a fluorescence spectrum and a laser oscillation spectrum is represented by the left vertical axis | shaft in the graph of FIGS. 3-6, and a transmission spectrum is represented by the right vertical axis | shaft in the graph of FIGS. However, in FIGS. 3 to 6, the transmission spectrum is expressed in terms of transmission. As for the fluorescence spectrum, the measurement result of the laser oscillation element of Comparative Example 2 is shown.

蛍光スペクトル及びレーザ発振スペクトルの測定においては特に、励起光として、オプティカルパラメトリック発振器（Optical Parametric Oscillator: ＯＰＯ）から出射される４２０ｎｍパルスレーザビームを使用した。なお、ＯＰＯの励起には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザから出射される第三高調波を使用した。 In the measurement of the fluorescence spectrum and the laser oscillation spectrum, a 420 nm pulse laser beam emitted from an optical parametric oscillator (OPO) was used as excitation light. For the excitation of OPO, a third harmonic emitted from an Nd: YAG laser was used.

また励起光は、レーザ発振素子のガラス基板表面に対して垂直に入射した。より具体的に述べると、直径1mmφのアパチャーを通った励起光の偏光の方向がガラス基板に形成した配向膜に対するラビング方向と直交するように励起光をガラス基板に入射した。実施例１、比較例１〜３のそれぞれにおいて、励起光のエネルギーはそれぞれ３２９ｎＪ／Ｐｕｌｓｅ、６４５ｎＪ／Ｐｕｌｓｅ、６２３ｎＪ／Ｐｕｌｓｅ、３７４ｎＪ／Ｐｕｌｓｅとした。レーザ光のレーザ発振素子からの発光は、励起光を遮断するシャープカットフィルタを通した後、ガラス基板の正面、すなわちガラス基板の表面に対する法線上に配置されたレンズによって、マルチチャンネルスペクトロメータ（オーシャンオプティックス社製HR-4000）で検出した。このマルチチャンネルスペクトロメータの波長分解能は500nmで0.11nmである。 The excitation light was incident perpendicularly to the glass substrate surface of the laser oscillation element. More specifically, the excitation light was incident on the glass substrate so that the direction of polarization of the excitation light passing through the aperture having a diameter of 1 mmφ was orthogonal to the rubbing direction with respect to the alignment film formed on the glass substrate. In each of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the excitation light energy was 329 nJ / Pulse, 645 nJ / Pulse, 623 nJ / Pulse, and 374 nJ / Pulse, respectively. The light emitted from the laser oscillation element is transmitted through a sharp cut filter that blocks the excitation light, and then a multi-channel spectrometer (Ocean Ocean) by a lens disposed in front of the glass substrate, that is, on the normal line to the surface of the glass substrate. HR-4000 manufactured by Optics). The wavelength resolution of this multi-channel spectrometer is 0.11 nm at 500 nm.

透過スペクトルは、マイクロスコープスペクトロメータ（ＯＲＣ製ＴＦＭ−１２０ＡＦＴ−ＰＣ）により測定した。 The transmission spectrum was measured with a microscope spectrometer (ORC-made TFM-120AFT-PC).

図３〜６に示す結果より、色素含有コレステリック液晶層１中の色素の発光帯と、コレステリック液晶層２〜５中のコレステリック液晶の選択反射波長帯域とが一部において重なり合っていることが確認された。また実施例１のレーザ発振素子においては、FWHM値の極めて小さなレーザ発振が確認された。このときのＦＷＨＭ値は０．３５ｎｍでスペクトルメータの波長分解能の限界値であった。これに対し、比較例１〜３のレーザ発振素子によれば、ＦＷＨＭ値はそれぞれ０．５ｎｍ、０．４５ｎｍ、０．４ｎｍであった。 From the results shown in FIGS. 3 to 6, it is confirmed that the emission band of the dye in the dye-containing cholesteric liquid crystal layer 1 partially overlaps with the selective reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal in the cholesteric liquid crystal layers 2 to 5. It was. Further, in the laser oscillation element of Example 1, laser oscillation with an extremely small FWHM value was confirmed. The FWHM value at this time was 0.35 nm, which was the limit value of the wavelength resolution of the spectrum meter. On the other hand, according to the laser oscillation elements of Comparative Examples 1 to 3, the FWHM values were 0.5 nm, 0.45 nm, and 0.4 nm, respectively.

次に、実施例１、比較例１〜３で得られたレーザ発振素子について、レーザ発振に必要な入射エネルギーの最小値（閾値）を調べる測定も、励起光として、オプティカルパラメトリック発振器（Optical Parametric Oscillator: ＯＰＯ）から出射される４２０ｎｍのパルスレーザビームを使用した。 Next, with respect to the laser oscillation elements obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the measurement of examining the minimum value (threshold value) of the incident energy necessary for laser oscillation was also performed as excitation light using an optical parametric oscillator (Optical Parametric Oscillator). : A 420 nm pulsed laser beam emitted from (OPO) was used.

パルスレーザビームの入射エネルギーは、透過率の異なる１３枚のニュートラルデンシティフィルタを組み合わせて変化させた。 The incident energy of the pulse laser beam was changed by combining 13 neutral density filters having different transmittances.

上記ニュートラルデンシティフィルタを透過した励起光は、レーザ発振素子のガラス基板表面に対して垂直に入射した。レーザ発振素子からの発光は、励起光を遮断するシャープカットフィルタを通した後ガラス基板の正面、すなわちガラス基板の表面に対する法線上に配置されたレンズによって、マルチチャンネルスペクトロメータ（オーシャンオプティックス社製HR-4000）で検出した。 The excitation light transmitted through the neutral density filter was incident perpendicularly to the glass substrate surface of the laser oscillation element. The light emitted from the laser oscillation element is transmitted through a sharp cut filter that blocks excitation light, and then a multi-channel spectrometer (manufactured by Ocean Optics, Inc.) by a lens disposed in front of the glass substrate, that is, on the normal line to the surface of the glass substrate. HR-4000).

図７に、実施例１および比較例１〜３より得られたレーザ発振素子の入射エネルギーとレーザ発振素子からの発光の最大ピークの光強度の関係を示す。横軸の単位はｎJであり、縦軸の単位は任意単位である。図７において、「□」は、５層構造のレーザ発振素子、つまり実施例１のレーザ発振素子についての結果を示し、「○」は単層構造のレーザ発振素子、つまり比較例１のレーザ発振素子についての結果を示している。また「△」は、３層構造のレーザ発振素子、つまり比較例２のレーザ発振素子についての結果を示し、「☆」は、３層構造のレーザ発振素子、つまり比較例３のレーザ発振素子についての結果を示している。図７より、実施例１及び比較例１〜３のレーザ発振素子について、レーザ発振の際の閾値を求めた。結果を表1に示す。なお、表１において、Ｌ，Ｒは各コレステリック液晶層の螺旋の掌性を表し、−Ｌ−は色素含有コレステリック液晶層を表す。

FIG. 7 shows the relationship between the incident energy of the laser oscillation element obtained from Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 and the light intensity of the maximum peak of light emission from the laser oscillation element. The unit of the horizontal axis is nJ, and the unit of the vertical axis is an arbitrary unit. In FIG. 7, “□” indicates the result of the laser oscillation element having the five-layer structure, that is, the laser oscillation element of Example 1, and “◯” indicates the laser oscillation element having the single-layer structure, that is, the laser oscillation of Comparative Example 1. The result about an element is shown. “△” indicates the result of the laser oscillation element having the three-layer structure, that is, the laser oscillation element of Comparative Example 2, and “☆” indicates the laser oscillation element having the three-layer structure, that is, the laser oscillation element of Comparative Example 3. Shows the results. From FIG. 7, for the laser oscillation elements of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the threshold value at the time of laser oscillation was obtained. The results are shown in Table 1. In Table 1, L and R represent the spiral nature of each cholesteric liquid crystal layer, and -L- represents the dye-containing cholesteric liquid crystal layer.

表1に示す結果より、実施例１のレーザ発振素子は、比較例１〜３のレーザ発振素子よりもレーザ発振の際の閾値が著しく低下していることが分かった。 From the results shown in Table 1, it was found that the laser oscillation element of Example 1 had a significantly lower threshold during laser oscillation than the laser oscillation elements of Comparative Examples 1 to 3.

このことから、本発明のレーザ発振素子によれば、レーザ発振の際の閾値を十分に低減できることが確認された。 From this, it was confirmed that the threshold value during laser oscillation can be sufficiently reduced according to the laser oscillation element of the present invention.

本発明に係るレーザ発振素子の一実施形態を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly one Embodiment of the laser oscillation element which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ発振素子の他の実施形態を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically other embodiment of the laser oscillation element which concerns on this invention. 実施例１のレーザ発振素子に係る蛍光スペクトル、透過スペクトル及びレーザ発振の測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing measurement results of a fluorescence spectrum, a transmission spectrum, and laser oscillation related to the laser oscillation element of Example 1. 比較例１に係るレーザ発振素子の蛍光スペクトル、透過スペクトル及びレーザ発振の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of fluorescence spectrum, transmission spectrum, and laser oscillation of a laser oscillation element according to Comparative Example 1. 比較例２に係るレーザ発振素子の蛍光スペクトル、透過スペクトル及びレーザ発振の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of fluorescence spectrum, transmission spectrum, and laser oscillation of a laser oscillation element according to Comparative Example 2. 比較例３に係るレーザ発振素子の蛍光スペクトル、透過スペクトル及びレーザ発振の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of fluorescence spectrum, transmission spectrum and laser oscillation of a laser oscillation element according to Comparative Example 3. 実施例１および比較例１、２、３のレーザ発振素子に係る励起光エネルギーとレーザ光強度の関係を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the relationship between the excitation light energy and laser beam intensity which concern on the laser oscillation element of Example 1 and Comparative Examples 1, 2, and 3.

符号の説明Explanation of symbols

１…色素含有コレステリック液晶層、２〜５…コレステリック液晶層（色素非含有コレステリック液晶層）、７，８…配向基板、１００，２００…レーザ発振素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dye containing cholesteric liquid crystal layer, 2-5 ... Cholesteric liquid crystal layer (dye-free cholesteric liquid crystal layer), 7, 8 ... Alignment substrate, 100, 200 ... Laser oscillation element.

Claims

コレステリック液晶を含み、一定方向に積層される５層のコレステリック液晶層を備えるレーザ発振素子であって、
前記５層のコレステリック液晶層のうちの１層のコレステリック液晶層が、外部からの励起により発光する色素を含有する色素含有コレステリック液晶層であり、残りの４層のコレステリック液晶層が、前記色素を含有しない色素非含有コレステリック液晶層であり、
前記色素含有コレステリック液晶層の両側にそれぞれ、前記色素非含有コレステリック液晶層が２層ずつ設けられ、
前記色素非含有コレステリック液晶層が同一の螺旋ピッチを有し、
隣り合う前記色素非含有コレステリック液晶層の螺旋の掌性が互いに異なり、
前記色素から発せられる光の発光帯と、前記色素非含有コレステリック液晶層中のコレステリック液晶の選択反射波長帯域の少なくとも一部とが互いに重なり合っていること、
を特徴とするレーザ発振素子。 A laser oscillation element including five cholesteric liquid crystal layers including a cholesteric liquid crystal and stacked in a certain direction,
Of the five cholesteric liquid crystal layers, one cholesteric liquid crystal layer is a dye-containing cholesteric liquid crystal layer containing a dye that emits light by external excitation, and the remaining four cholesteric liquid crystal layers contain the dye. A dye-free cholesteric liquid crystal layer that does not contain,
Two each of the dye-free cholesteric liquid crystal layers are provided on both sides of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer,
The dye-free cholesteric liquid crystal layer has the same helical pitch;
The spiral nature of the adjacent dye-free cholesteric liquid crystal layers are different from each other,
An emission band of light emitted from the dye and at least a part of a selective reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal in the dye-free cholesteric liquid crystal layer overlap each other;
A laser oscillation element characterized by the above.

前記色素含有コレステリック液晶層の選択反射帯域が、前記色素非含有コレステリック液晶層の選択反射波長帯域に内包されている、
請求項１に記載のレーザ発振素子。 The selective reflection band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer is included in the selective reflection wavelength band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer,
The laser oscillation element according to claim 1 .

前記色素含有コレステリック液晶層の選択反射波長帯域の短波長端が、前記色素非含有コレステリック液晶層の選択反射波長帯域の短波長端に対して合致しているか、又は２０ｎｍ以内で長波長寄りにある、請求項１又は２に記載のレーザ発振素子。 The short wavelength end of the selective reflection wavelength band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer matches the short wavelength end of the selective reflection wavelength band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, or is closer to the long wavelength within 20 nm. The laser oscillation element according to claim 1 or 2 .

前記色素含有コレステリック液晶層の選択反射波長帯域の長波長端が、前記色素非含有コレステリック液晶層の選択反射波長帯域の長波長端に対して合致しているか、又は２０ｎｍ以内で短波長寄りにある、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ発振素子。 The long wavelength end of the selective reflection wavelength band of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer matches the long wavelength end of the selective reflection wavelength band of the dye-free cholesteric liquid crystal layer, or is closer to the short wavelength within 20 nm. The laser oscillation element as described in any one of Claims 1-3 .

前記色素含有コレステリック液晶層に含まれる前記色素が有機系色素である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ発振素子。 The dye said dye-containing contained in the cholesteric liquid crystal layer is an organic dye, a laser oscillation element according to any one of claims 1-4.

前記色素が、前記色素含有コレステリック液晶層の厚さ方向に沿って、前記コレステリック液晶の配向に従って配向している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ発振素子。 The laser oscillation element according to any one of claims 1 to 5 , wherein the dye is aligned according to the alignment of the cholesteric liquid crystal along the thickness direction of the dye-containing cholesteric liquid crystal layer.

前記色素含有コレステリック液晶層と、前記色素非含有コレステリック液晶層のうち前記色素含有コレステリック液晶層に隣接するコレステリック液晶層との界面において、コレステリック液晶の遷移モーメントの方向が一致している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ発振素子。 The direction of the transition moment of the cholesteric liquid crystal coincides at the interface between the dye-containing cholesteric liquid crystal layer and the cholesteric liquid crystal layer adjacent to the dye-containing cholesteric liquid crystal layer in the dye-free cholesteric liquid crystal layer. laser oscillation device according to any one of 1-6.