JPH06194612A - 光応答型空間光変調器 - Google Patents
光応答型空間光変調器Info
- Publication number
- JPH06194612A JPH06194612A JP34380992A JP34380992A JPH06194612A JP H06194612 A JPH06194612 A JP H06194612A JP 34380992 A JP34380992 A JP 34380992A JP 34380992 A JP34380992 A JP 34380992A JP H06194612 A JPH06194612 A JP H06194612A
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- JP
- Japan
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- light
- wavelength
- rhodopsin
- optical
- bacteriorhodopsin
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は光応答型空間光変調器に関し、光感
応性蛋白質の光による屈折率変化を利用することによっ
て、可視光で強度のより強い近赤外線光を制御する方法
を提供すること。 【構成】 波長650〜800 nm の光に対しては50％以上10
0％未満の反射率を有し、波長400〜600 nm の光に対し
ては30％以上の透過率を有する半透鏡を主要構成部品と
したエタロン型共振器にロドプシン系蛋白質を挿入する
こと。 【効果】 二次元面上の光信号に含まれた情報を、簡易
な構造の光スイッチで強度のより弱い別な二次元面上の
光信号で迅速に制御すること。
応性蛋白質の光による屈折率変化を利用することによっ
て、可視光で強度のより強い近赤外線光を制御する方法
を提供すること。 【構成】 波長650〜800 nm の光に対しては50％以上10
0％未満の反射率を有し、波長400〜600 nm の光に対し
ては30％以上の透過率を有する半透鏡を主要構成部品と
したエタロン型共振器にロドプシン系蛋白質を挿入する
こと。 【効果】 二次元面上の光信号に含まれた情報を、簡易
な構造の光スイッチで強度のより弱い別な二次元面上の
光信号で迅速に制御すること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光応答型空間光変調器に
関するもので、エタロン型共振器の近赤外線領域の長波
長光に対する透過率を、二次元面上で可視領域の短波長
光によって制御する空間光変調器に関するものである。
関するもので、エタロン型共振器の近赤外線領域の長波
長光に対する透過率を、二次元面上で可視領域の短波長
光によって制御する空間光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エタロン型共振器構造を有する光応答型
空間光変調器に用いられる光感応性機能材料としては、
従来スピロピラン系、アゾベンゼン系、フルギド系、シ
クロファン系などに代表される有機フォトクロミック材
料、または光シュタルク効果を有する超格子半導体など
が提唱されていた。これらは光照射による吸収係数また
は屈折率変化を利用するものである。
空間光変調器に用いられる光感応性機能材料としては、
従来スピロピラン系、アゾベンゼン系、フルギド系、シ
クロファン系などに代表される有機フォトクロミック材
料、または光シュタルク効果を有する超格子半導体など
が提唱されていた。これらは光照射による吸収係数また
は屈折率変化を利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光応答型空間光変調器
には変調器を制御する制御光と変調器により制御される
被制御光がある。フォトクロミック材料の光照射による
吸収係数変化を光応答型空間光変調器として利用する場
合、現状では被制御光も吸収係数に影響を与えるために
強い制御光で弱い被制御光を制御することしかできない
し、しかもこれらの有機材料の繰返し耐久性は千回以下
であり、かつ酸化され易いことなど安定性に問題があ
る。
には変調器を制御する制御光と変調器により制御される
被制御光がある。フォトクロミック材料の光照射による
吸収係数変化を光応答型空間光変調器として利用する場
合、現状では被制御光も吸収係数に影響を与えるために
強い制御光で弱い被制御光を制御することしかできない
し、しかもこれらの有機材料の繰返し耐久性は千回以下
であり、かつ酸化され易いことなど安定性に問題があ
る。
【０００４】また超格子半導体などが有する非線形光特
性を利用するのに必要な制御光強度はメガワット（Ｍ
Ｗ）／ｃｍ2 のオーダーの強い光を必要とするため、
発熱の問題などが生じるので空間光変調器への応用には
不適当である。
性を利用するのに必要な制御光強度はメガワット（Ｍ
Ｗ）／ｃｍ2 のオーダーの強い光を必要とするため、
発熱の問題などが生じるので空間光変調器への応用には
不適当である。
【０００５】本発明の目的は繰返し耐久性に優れ（100
万回以上)かつ弱制御光信号(１ Ｗ／ｃｍ2以下）でより
強度な被制御信号の制御を可能とする光応答型空間光変
調器を提供することにある。
万回以上)かつ弱制御光信号(１ Ｗ／ｃｍ2以下）でより
強度な被制御信号の制御を可能とする光応答型空間光変
調器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に利用されるロド
プシン系蛋白質には、生物の視覚をつかさどる網膜に存
在するロドプシンや、高度好塩菌の一種であるハロバク
テリウム・ハロビウムの細胞膜にみられるバクテリオロ
ドプシンなどがある。またロドプシン系蛋白質で化学修
飾された蛋白質や、遺伝子工学の手法を用いて作られた
変異蛋白質も利用可能である。これらの光感応性蛋白質
は波長300〜800 nm の領域に極大吸収値を有する。光を
吸収するとピコ秒からミリ秒のオーダーで、異なった吸
収スペクトラムに特徴づけられる光化学中間体が生成
し、かつ屈折率スペクトラムが変化する。
プシン系蛋白質には、生物の視覚をつかさどる網膜に存
在するロドプシンや、高度好塩菌の一種であるハロバク
テリウム・ハロビウムの細胞膜にみられるバクテリオロ
ドプシンなどがある。またロドプシン系蛋白質で化学修
飾された蛋白質や、遺伝子工学の手法を用いて作られた
変異蛋白質も利用可能である。これらの光感応性蛋白質
は波長300〜800 nm の領域に極大吸収値を有する。光を
吸収するとピコ秒からミリ秒のオーダーで、異なった吸
収スペクトラムに特徴づけられる光化学中間体が生成
し、かつ屈折率スペクトラムが変化する。
【０００７】これらロドプシン系蛋白質を図１の様にエ
タロン型共振器に挿入することによって上記の目標を達
成できる。エタロン型共振器の表面にたいして直角の方
向から波長λirの近赤外線を照射すると、ロドプシン蛋
白質が波長λirにたいしてはぼ100%の透過率を有しかつ
次の関係式が満たされている時に共振器の透過率はほぼ
100% になる。但し Ｌ＝半透鏡の間隔、Ｎ＝整数、λ
ir＝照射光の波長、ｎ＝波長λirの光に対するロドプシ
ンの屈折率。
タロン型共振器に挿入することによって上記の目標を達
成できる。エタロン型共振器の表面にたいして直角の方
向から波長λirの近赤外線を照射すると、ロドプシン蛋
白質が波長λirにたいしてはぼ100%の透過率を有しかつ
次の関係式が満たされている時に共振器の透過率はほぼ
100% になる。但し Ｌ＝半透鏡の間隔、Ｎ＝整数、λ
ir＝照射光の波長、ｎ＝波長λirの光に対するロドプシ
ンの屈折率。
【０００８】Ｌ＝Ｎλir／２ｎ λirとＬの値が一定の場合、ｎが可変であれば透過率を
変調することが出来るので、本発明ではロドプシン系蛋
白質を可視光照射することによってこの目的を達成する
ことができる。蛋白質は波長λirの光に対しては100%に
近い透過率を有することと、共振器の主要構成部品であ
る半透鏡は同波長光に対して反射率が50%以上であるこ
とが望ましい。ただし蛋白質に光化学反応を生じさせる
為波長λvの可視光を照射するので、この半透鏡は波長
λvの光に対しては30%以上の透過率を有することが望ま
しい。
変調することが出来るので、本発明ではロドプシン系蛋
白質を可視光照射することによってこの目的を達成する
ことができる。蛋白質は波長λirの光に対しては100%に
近い透過率を有することと、共振器の主要構成部品であ
る半透鏡は同波長光に対して反射率が50%以上であるこ
とが望ましい。ただし蛋白質に光化学反応を生じさせる
為波長λvの可視光を照射するので、この半透鏡は波長
λvの光に対しては30%以上の透過率を有することが望ま
しい。
【０００９】共振器に挿入する蛋白質は、懸濁液の状態
または膜状にして使用できる。後者の場合、蛋白質懸濁
液(純水)を直接乾燥したり、ポリマーやゲルなどに包埋
する方法があり、厚さは10 μm〜10 mmが適当である。
半透鏡の材料としては、金、アルミなどの金属や誘電体
を用い、制御光の波長に対しては30％以上の透過率を有
し、被制御光に対しては50〜99％の反射率を有するよう
に製造する。
または膜状にして使用できる。後者の場合、蛋白質懸濁
液(純水)を直接乾燥したり、ポリマーやゲルなどに包埋
する方法があり、厚さは10 μm〜10 mmが適当である。
半透鏡の材料としては、金、アルミなどの金属や誘電体
を用い、制御光の波長に対しては30％以上の透過率を有
し、被制御光に対しては50〜99％の反射率を有するよう
に製造する。
【００１０】
【作用】本発明に利用されるロドプシン系蛋白質の一つ
であるバクテリオロドプシン蛋白質は、室温では光の極
大吸収値を波長572 nm に有するbR体と称される状態で
安定であり、緑色光照射で光反応が進行し、複数の光化
学中間体が逐次生成した後に再びbRの状態に数十ミリ秒
で戻る。それぞれの光化学中間体はbR体とは異なった吸
収スペクトラムにより特徴づけられると同時に異なった
屈折率スペクトラムを有する。上記の光特性に関して最
も重要なのは、図２に示すように波長の650〜700 nmの
領域である。bR体の吸収率はほぼ0%であり、bR体ともっ
とも著しく異なる吸収スペクトラムを有するＭ中間体の
生成に伴う屈折率変化は最大である。この効果はＭ中間
体が安定に存在しうる条件下で最も顕著に生じる。つま
り温度−90〜−20℃、または室温ではpH10以上の緩衝液
で蛋白質を前処理するなどの化学処理でＭ中間体の安定
度を増加させることができる。
であるバクテリオロドプシン蛋白質は、室温では光の極
大吸収値を波長572 nm に有するbR体と称される状態で
安定であり、緑色光照射で光反応が進行し、複数の光化
学中間体が逐次生成した後に再びbRの状態に数十ミリ秒
で戻る。それぞれの光化学中間体はbR体とは異なった吸
収スペクトラムにより特徴づけられると同時に異なった
屈折率スペクトラムを有する。上記の光特性に関して最
も重要なのは、図２に示すように波長の650〜700 nmの
領域である。bR体の吸収率はほぼ0%であり、bR体ともっ
とも著しく異なる吸収スペクトラムを有するＭ中間体の
生成に伴う屈折率変化は最大である。この効果はＭ中間
体が安定に存在しうる条件下で最も顕著に生じる。つま
り温度−90〜−20℃、または室温ではpH10以上の緩衝液
で蛋白質を前処理するなどの化学処理でＭ中間体の安定
度を増加させることができる。
【００１１】次に、実施例により本発明の光応答型空間
光変調器の製造方法について説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。
光変調器の製造方法について説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。
【００１２】
（実施例１）ハロバクテリウム・ハロビウムをアミノ
酸、ビタミン、４Ｍ NaClなどを含む培養液中で37℃で
培養した。最初の４日間は暗くした振蘯培養器の中で好
気状態で培養し、残りの４日間は嫌気状態、かつ照明下
で培養を続けた。８日めに菌体を10,000 x gの遠心分離
により回収し、DNaseを加えて撹拌することによって、
バクテリオロドプシンを細胞膜から抽出した。50,000 x
gで遠心分離するとバクテリオロドプシンが沈殿しペレ
ットを形成したので、上澄液を取り除いた後ペレットを
純水に溶解することによって、バクテリオロドプシン懸
濁液を得た。
酸、ビタミン、４Ｍ NaClなどを含む培養液中で37℃で
培養した。最初の４日間は暗くした振蘯培養器の中で好
気状態で培養し、残りの４日間は嫌気状態、かつ照明下
で培養を続けた。８日めに菌体を10,000 x gの遠心分離
により回収し、DNaseを加えて撹拌することによって、
バクテリオロドプシンを細胞膜から抽出した。50,000 x
gで遠心分離するとバクテリオロドプシンが沈殿しペレ
ットを形成したので、上澄液を取り除いた後ペレットを
純水に溶解することによって、バクテリオロドプシン懸
濁液を得た。
【００１３】バクテリオロドプシンの乾燥膜を製作する
ために、まず濃度0.1〜5 mg/ml のバクテリオロドプシ
ン懸濁液を50,000 x gで30 分間遠心分離して、0.1〜50
mgのバクテリオロドプシン・ペレットを形成させた。
このペレットをpH10.5のNaHCO3/NaOH 緩衝液に再懸濁さ
せ、膜内におけるＭ中間体の室温における安定度を向上
させた。この懸濁液を、遠心力が均一にかかる底面を有
するスイング・ロータ用のチューブに移し、50,000 x g
で約２時間遠心分離した。この際チューブ底面に均一な
厚さのバクテリオロドプシン膜が形成されるので、上澄
液を取り除き、さらに膜が乾燥するまで5,000 x gで遠
心を続けた。
ために、まず濃度0.1〜5 mg/ml のバクテリオロドプシ
ン懸濁液を50,000 x gで30 分間遠心分離して、0.1〜50
mgのバクテリオロドプシン・ペレットを形成させた。
このペレットをpH10.5のNaHCO3/NaOH 緩衝液に再懸濁さ
せ、膜内におけるＭ中間体の室温における安定度を向上
させた。この懸濁液を、遠心力が均一にかかる底面を有
するスイング・ロータ用のチューブに移し、50,000 x g
で約２時間遠心分離した。この際チューブ底面に均一な
厚さのバクテリオロドプシン膜が形成されるので、上澄
液を取り除き、さらに膜が乾燥するまで5,000 x gで遠
心を続けた。
【００１４】このようにして得られた厚さほぼ100μmの
均一なバクテリオロドプシン膜を次の様にエタロン型共
振器に組み込んだ。二枚の半透鏡材料として表面の平坦
度が優れた厚さ数mmの硝子平行平面基板に金（Au)を厚
さ350Å程に真空蒸着した物を用いた。この様な半透鏡
では波長650〜800 nm の領域では50％以上の反射率を有
するが、波長550 nm 付近では30％程の透過率である。
この様な鏡間に上記のバクテリオロドプシン乾燥膜を挿
入し、接着剤であるシアノアクリレートで接着した。
均一なバクテリオロドプシン膜を次の様にエタロン型共
振器に組み込んだ。二枚の半透鏡材料として表面の平坦
度が優れた厚さ数mmの硝子平行平面基板に金（Au)を厚
さ350Å程に真空蒸着した物を用いた。この様な半透鏡
では波長650〜800 nm の領域では50％以上の反射率を有
するが、波長550 nm 付近では30％程の透過率である。
この様な鏡間に上記のバクテリオロドプシン乾燥膜を挿
入し、接着剤であるシアノアクリレートで接着した。
【００１５】図３に光応答型空間光変調器の光インター
コネクトへの一応用例を示した。光インターコネクトの
目的は、一次元アレイ状に配列された光源から発せられ
た光信号を別な一次元アレイ状に配列された受光器に送
る際、光信号に強度変調をかけることにある。光源、受
光器ともにＮ個ある場合、Ｎ2個所で変調が行えるとも
っとも自由度が大きくなる。図３では一次元アレイ状の
被制御光４が円筒面レンズ５、６で二次元アレイ状の信
号に変換される。この信号は光応答型空間変調器７で強
度変調をかけられ、円筒面レンズ６’、５’で再び一次
元アレイ状の信号に変換され、被制御光出力９となる。
強度変調は変調器におけるロドプシン系蛋白質の状態に
依存するが、これは制御光入力１０によって行う。ビー
ムスプリッター８で光応答型空間変調器７に投影させら
れた制御光入力１０が、ロドプシン系蛋白質に光化学反
応を生じさせ、光化学反応有無に依って強度変調の度合
いを制御することができる。
コネクトへの一応用例を示した。光インターコネクトの
目的は、一次元アレイ状に配列された光源から発せられ
た光信号を別な一次元アレイ状に配列された受光器に送
る際、光信号に強度変調をかけることにある。光源、受
光器ともにＮ個ある場合、Ｎ2個所で変調が行えるとも
っとも自由度が大きくなる。図３では一次元アレイ状の
被制御光４が円筒面レンズ５、６で二次元アレイ状の信
号に変換される。この信号は光応答型空間変調器７で強
度変調をかけられ、円筒面レンズ６’、５’で再び一次
元アレイ状の信号に変換され、被制御光出力９となる。
強度変調は変調器におけるロドプシン系蛋白質の状態に
依存するが、これは制御光入力１０によって行う。ビー
ムスプリッター８で光応答型空間変調器７に投影させら
れた制御光入力１０が、ロドプシン系蛋白質に光化学反
応を生じさせ、光化学反応有無に依って強度変調の度合
いを制御することができる。
【００１６】（実施例２）バクテリオロドプシン膜の形
成と共振器の製作を次の方法で行った。
成と共振器の製作を次の方法で行った。
【００１７】分子量40,000 kDaのポリビニールアルコー
ルを98℃で50 mM のHEPES 緩衝液に溶かした。ポリビニ
ールアルコール液の温度を室温に下げてから、１ ml に
つき0.5 mg のバクテリオロドプシンを加えた。この
際、実施例１で得たバクテリオロドプシン懸濁液を使用
した。ポリビニールアルコール／バクテリオロドプシン
の混合物 数ml を、二枚の平行な硝子平行平面基板に挟
み、24時間以上かけて硬化させた後、二枚の硝子平行平
面基板を取り外した。次に、表面が平坦なポリビニール
アルコール／バクテリオロドプシン硬化膜の両表面に直
接厚さ350 Å 程度の金(Au)膜を真空蒸着して半透鏡を
形成させ、共振器とした。
ルを98℃で50 mM のHEPES 緩衝液に溶かした。ポリビニ
ールアルコール液の温度を室温に下げてから、１ ml に
つき0.5 mg のバクテリオロドプシンを加えた。この
際、実施例１で得たバクテリオロドプシン懸濁液を使用
した。ポリビニールアルコール／バクテリオロドプシン
の混合物 数ml を、二枚の平行な硝子平行平面基板に挟
み、24時間以上かけて硬化させた後、二枚の硝子平行平
面基板を取り外した。次に、表面が平坦なポリビニール
アルコール／バクテリオロドプシン硬化膜の両表面に直
接厚さ350 Å 程度の金(Au)膜を真空蒸着して半透鏡を
形成させ、共振器とした。
【００１８】
【発明の効果】従来の技術として記述された物質は不十
分な光特性の為、原理実験の段階にも達してないが、本
発明によれば二次元面上の光信号に含まれる情報を別な
二次元面上の光信号に含まれる情報による制御を弱強度
光で迅速かつ簡易な構造を有する光スイッチで行うこと
が可能になる。光応答型空間光変調器としての本発明の
効果は、二次元面上の被制御光を特定数の画素に分割す
る必要のない点にある。
分な光特性の為、原理実験の段階にも達してないが、本
発明によれば二次元面上の光信号に含まれる情報を別な
二次元面上の光信号に含まれる情報による制御を弱強度
光で迅速かつ簡易な構造を有する光スイッチで行うこと
が可能になる。光応答型空間光変調器としての本発明の
効果は、二次元面上の被制御光を特定数の画素に分割す
る必要のない点にある。
【００１９】本発明は、二次元面上の光信号の処理を必
要とする光ニューロ・ネットワーク、実時間画像処理な
どの並列情報処理への適用が可能である。
要とする光ニューロ・ネットワーク、実時間画像処理な
どの並列情報処理への適用が可能である。
【図１】本発明の実施例を示す図。
【図２】本発明に利用するバクテリオロドプシン蛋白質
のbR体の吸収率とＭ中間体発生に伴う屈折率変化を示す
グラフ。
のbR体の吸収率とＭ中間体発生に伴う屈折率変化を示す
グラフ。
【図３】本発明の実施例を説明する図である。
１…バクテリオロドプシン（ｂＲ）膜、２…半透鏡、３
…硝子平行平面基板、４…被制御光入力、５…円筒面レ
ンズ（平凹）、６…円筒面レンズ（平凸）、７…光応答
型空間光変調器、８…ビームスプリッター、９…被制御
光出力、１０…制御光入力。
…硝子平行平面基板、４…被制御光入力、５…円筒面レ
ンズ（平凹）、６…円筒面レンズ（平凸）、７…光応答
型空間光変調器、８…ビームスプリッター、９…被制御
光出力、１０…制御光入力。
Claims (4)
- 【請求項１】ロドプシン系蛋白質をエタロン型共振器に
おける主要構成部品である二枚の半透鏡間に挿入して二
次元面を構成することを特徴とする光応答型空間光変調
器。 - 【請求項２】ロドプシン系蛋白質をエタロン型共振器に
おける主要構成部品である二枚の半透鏡間に挿入して構
成された二次元面上に照射された近赤外線領域の長波長
光に対する透過率を、この二次元面上に照射された可視
領域の短波長光によって制御することを特徴とする光制
御光インターコネクト。 - 【請求項３】上記共振器にロドプシン系蛋白質としてバ
クテリオロドプシンを使用する場合、制御光の波長を35
0〜650 nm とし、共振器に制御される光を波長600〜800
nmの単色光とすることを特徴とする請求項２記載の光
制御光インターコネクト。 - 【請求項４】半透鏡として波長350〜650 nm の光に対し
ては透過率が30%以上で、波長600〜800 nm の光に対し
ては反射率が50%以上100%未満の物質を利用することを
特徴とする請求項３記載の光制御光インターコネクト。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34380992A JPH06194612A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 光応答型空間光変調器 |
| US08/168,171 US5618654A (en) | 1992-12-24 | 1993-12-17 | Photo-controlled spatial light modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34380992A JPH06194612A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 光応答型空間光変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194612A true JPH06194612A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18364406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34380992A Pending JPH06194612A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 光応答型空間光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06194612A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008012827A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Saga Univ | 光記録媒体及び光学素子 |
| CN100399108C (zh) * | 2003-03-27 | 2008-07-02 | Tdk株式会社 | 空间光调制器和全息照相记录/再现装置 |
| KR20150135706A (ko) * | 2014-05-23 | 2015-12-03 | 아주대학교산학협력단 | 생체친화적 유기레이저 및 그 제작 방법 |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP34380992A patent/JPH06194612A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100399108C (zh) * | 2003-03-27 | 2008-07-02 | Tdk株式会社 | 空间光调制器和全息照相记录/再现装置 |
| JP2008012827A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Saga Univ | 光記録媒体及び光学素子 |
| JP4688051B2 (ja) * | 2006-07-07 | 2011-05-25 | 国立大学法人佐賀大学 | 光記録媒体及び光学素子 |
| KR20150135706A (ko) * | 2014-05-23 | 2015-12-03 | 아주대학교산학협력단 | 생체친화적 유기레이저 및 그 제작 방법 |
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