多光子吸收功能材料、具有多光子吸收功能的复合层和混合物，以及使用它们的光学记录介质、光电转换元件、光学控制元件、和光学造型系统技术方案

多光子吸收功能材料，包含：金属细颗粒和部分涂覆有所述金属的细颗粒之一，所述金属在金属表面上产生增强的表面等离子体激元场，其中所述细颗粒或部分涂覆有所述金属的细颗粒分散在多光子吸收材料中，并且其中所述多光子吸收功能材料为块状体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及多光子吸收功能材料、具有多光子吸收功能的复合层和混合 物，以及使用该多光子吸收功能材料、该具有多光子吸收功能的复合层和该 混合物的光学记录介质、光电转换元件、光学控制元件和光学造型系统。本专利技术还涉及利用在金属细颗粒中产生的局部化增强等离子体激元场(plasmon field)的多光子吸收有机材料的敏化技术，以及使用该技术的功能设 备。
技术介绍
已知的是，双光子吸收，即多光子吸收过程的一种，可以仅在聚焦束的 聚焦点处引起反应，因为该反应是通过以与激发光强度的平方成正比的概率 吸收光子而引起的，这是双光子吸收的特征。换句话说，由于可以仅在材料中任何期望的点处引发反应，并且可以仅 在光强度高的光束的聚焦点中心周围引发光反应，因此，出现了对实现超越 衍射极限障碍的记录的期待。但是，由于在以双光子吸收反应为代表的多光子吸收反应中吸收截面极 小，因此，对于激发来说，使用具有显著高的峰值功率的昂贵、大脉沖激光 源如飞秒激光器是必须条件。因此，为了加速充分利用多光子吸收反应的优异特征的应用的推广，不 得不开发具有高灵敏度的多光子吸收材料，其不需要大脉冲激光源，并且能 够例如通过半导体激光器引起反应。已知的是，特征在于相当高的空间分辨率的若干应用是通过利用双光子 吸收现象获得的。但是，公知的双光子吸收化合物不能获得足够的双光子吸收能力，并且 需要非常昂贵的高功率激光器作为激发双光子吸收的激发光源。因此，高效 的双光子吸收材料是必须的，并且，对于通过小型廉价的激光器利用双光子吸收的实际应用目的来说，敏化技术的开发是重要的。同时，作为基于光学原理的单光子吸收过程的敏化方法，已知以下方法， 其中，对痕量材料的光学表征是通过利用在金属表面上激发的增强表面等离 子体激元场进行的。例如，专利文献1提出了在单光子跃迁期间应用等离子体激元增强技术 的技术。该技术涉及利用在金属表面产生的表面等离子体激元对微量物质的光 学性质进行表征。当使用表面等离子体激元显微镜时，例如，提出了以下技 术，其中，设置在或固定在金属薄膜上的超薄膜(注意，增强表面等离子体激元场产生在距表面有限的区域(大约100nm以下)内)用作测量试样，所述金 属薄膜沉积在高折射率介质上(参见专利文献1)。而且，已经常规地提出了一种利用通过金属细颗粒激发的增强表面等离 子体激元场的测量方法的技术。在该技术中，能测量的区域限制在距金属细 颗粒100nm或更近以内，类似于专利文献l中所公开的技术，并且，用高灵 敏度观察是通过观察吸附在颗粒表面上的试样来进行的。作为选择适合于观察的波长的技术，还已知通过球形芯壳结构来调节共 振波长的技术(参见专利文献2)。而且，还公开了一种高灵敏度观察方法，即以高灵敏度观察吸附在细颗 粒表面上的试样的技术，包括利用布置(固定)在微腔内的聚集的(金属)纳米 颗粒的多光子过程(参见专利文献3)。此外，提出了对在金属细颗粒中产生的局部化等离子体激元进行应用的 技术(参见专利文献3)。同时，近年来正在研究使用金纳米棒作为产生增强表面(局部化)等离子 体激元场的方式代替上述金属细颗粒的技术。金纳米棒是棒形的金纳米颗粒材料，其特征在于，共振波长可以通过改 变长宽比(长轴与短轴的比值)来改变，并且可以覆盖从大约530nm到红夕卜(大 约1100nm)区域(能够吸收从可见光到近红外射线区域的任何特定波长的非 常独特的材料)。专利文献4公开了金纳米棒的示例性制造方法，通过该方法，通过在含 以下解释多光子吸收有机材料。通常，已提出了利用多光子跃迁的各种技术。多光子跃迁是其中原子或 分子同时吸收或释放两个以上光子的跃迁，该跃迁形式的典型实例包括多个 光子被同时吸收的多光子吸收、多个光子被同时释放的多光子释放、以及一 个光子被吸收而另 一个光子被释放的拉曼效应。多光子跃迁通常是通过高次扰动引起的跃迁，所述跃迁甚至在具有相应 频率的一个光子被吸收或释放的任何能级都不存在下发生，并且该跃迁在高 度密集的光子中如在激光束中被观察到，并且其选择规则不同于一个光子跃 迁的选择规则。具体来说，涉及两个光子的双光子吸收现象与三阶非线性光学效应有 关，并且通常已经进行了各种研究。同时，已知的是，有机材料吸收具有与其跃迁能量(激发能量沐等的能件(激发条件)。但是，均具有与所述激发能量的一半相等的能量的两个光子被同时吸 收，并且跃迁可在施加具有高光子密度的光束如激光束时发生。两个光子被同时吸收的现象提供了三维高分辨率和向物质深处的高传输性能，这是由于以下原因(l)跃迁仅发生在具有高光子密度的光聚焦点附 近，因为吸收在与入射光强度的平方成正比的频率下发生；(2)入射光到达物 质深处而没有单光子吸收造成的光衰减，因为具有吸收一个光子所需能量的 一半的光子可以激发原子和分子。因此，近来，随着高输出激光器的技术发 展，已研究了各种应用技术以运用上述性能。例如，对于在采用上述三维高分辨率的同时利用垂直入射到光学记录介 质的表面上的光进行记录和读取的光学记录介质，已研究了具有层压记录层 的三维光学记录介质(例如，参见专利文献5至10)。推测这些三维光学记录介质能够进行超级分辨率(super-resolution)记录， 因为双光子吸收引起的光谱、折射率或偏振上的改变仅在具有高光子密度的 光聚焦点附近产生以记录数据。通常，已积极推进了与由一对多光子吸收有机材料和电子受体组成的光 诱导电荷分离元件、和利用仅由多光子吸收有机材料改性的电极的光电转换 元件的应用有关的开发。这利用了电子从光诱导分子移动到电子受体的反 应。已知的是，当这样的一对被固定在电极表面作为光电转换功能的核心时，近来，已报道了与使用多光子吸收有机材料的下一代染料敏化有机太阳 能电池有关的各种研究(参见非专利文献1和2)。同时，高度重视这种光电流产生对传感器、光学控制等的应用(参见专 利文献11和12)。而且，已提出了应用于光学造型的技术(参见专利文献13)。接下来，将解释局部化的增强等离子体激元。等离子体激元是金属中的自由电子整体发生振荡的现象。在金属细颗粒 (大小在纳米级别的金属细颗粒，下文在某些情况中称为金属纳米颗粒)中， 等离子体激元局部化在颗粒表面上，这样的现象称为局部化的(表面)等离子体激元。在金属纳米颗粒中，从可见光到近红外射线区域的光电场与等离子体激 元有效地耦合，并且发生光学吸收。接下来，光转化为局部化的等离子体激 元，并且产生了显著地局部增强的电场。也就是说，通过将光学能量转化为 局部化的等离子体激元，而将光学能量存储在金属纳米颗粒表面。因此，可 以实现在小于光学衍射极限区域中的光学控制。此外，细颗粒引起的光散射 效应较小，因为这是在小于入射到光电场的入射光波长的细颗粒中观察到的 现象。这样产生的等离子体激元电场可以像光一样激发金属纳米颗粒表面的 有机材料。因此，近来，金属纳米颗粒和光之间的相互作用在光化学技术领 域吸引了更多的注意。但是，在专利文献1中公开的该技术的实例对于薄膜上的增强效应来说 限于金属薄膜上的超薄膜，并且表面等离子体激元增强效应的适用区域取决 于金属薄膜的形状和光学系统的布置，并且难以在如三维过程的应用中使 用。此外，专利文献2中公开的技术使用在颗粒如金属细颗粒周围产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
多光子吸收功能材料，包含：　金属细颗粒和部分涂覆有所述金属的细颗粒之一，所述金属在金属表面上产生增强表面等离子体激元场，　其中，所述细颗粒或部分涂覆有所述金属的细颗粒分散在多光子吸收材料中，并且　其中，所述多光子吸收功能材 料为块状体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：户村辰也，佐藤勉，三树刚，高田美树子，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：JP[日本]