液晶分子シンクロ効果に基づくブラッグ回折型ホログラム

基于液晶分子同步效应的布拉格衍射全息图

基本信息

批准号：
13022222
负责人：
池田富樹
金额：
$ 2.56万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

液晶は,液体がもつ流動性と結晶が有する光学的異方性を兼ね備えた高性能・高機能材料である。外場によって分子配列を迅速に自在に制御できるため,分子のシンクロナイゼーション効果を最大限に利用した系であり,誘起される屈折率変化(0.1以上)は多材料を圧倒して大きい。光の変調を考えた場合,屈折率変化は大きくかつ高速であるほど好ましいので,液晶はフォトニクス材料として最適な材料の一つといえる。これまでに,単一分子に高分子物性,液晶性,光応答性を付与した高分子光応答性液晶の分子設計指針を提案し,側鎖にアゾベンゼン部位を有する一連の高分子液晶を開発し,液晶相と等方相を高速(数100ns)に光変換できることを示した。この現象を利用して二光束に分けたレーザービーム(488nm)を高分子アゾベンゼン液晶フィルム上で干渉させ,干渉縞明部のみで光相転移を誘起すると,このフィルムが回折格子として機能することを見いだした。本研究では,高分子アゾベンゼン液晶がもつ,高速光応答性・高屈折率変調度・製膜性などの特性を活用し,三次元表示を目指した動的ホログラム材料を開発することを目的として,ホメオトロピック配向の高分子アゾベンゼン液晶を用いた高い回折効率を示すブラッグ回折型ホログラム材料の研究を行った。合成した高分子アゾベンゼン液晶を,ホメオトロピック配向(垂直配向)処理を施した二枚のガラス基板で挟み測定用サンプルを調製した。光照射後のサンプルの透過スペクトル測定を行ったところ,500nm付近において大きな透過率減少がみられ,回折格子が形成されることが明らかとなった。透過スペクトルから求めた回折効率は500nmにおいて43%と,従来の薄膜系ホログラム材料より高い回折効率を得ることが出来た。

液晶是兼具液体的流动性和晶体的光学各向异性的高性能、高功能材料。由于分子排列可以通过外场快速、自由地控制，因此该系统最大限度地利用了分子同步效应，并且与多种材料相比，引起的折射率变化（0.1或更大）是压倒性的大。在考虑光调制时，折射率变化越大、越快越好，因此液晶可以说是最合适的光子材料之一。到目前为止，我们已经提出了聚合物光响应液晶的分子设计指南，该指南赋予单分子聚合物特性、液晶性和光响应性，并开发了一系列侧链带有偶氮苯部分的聚合物液晶。液晶相和各向同性相可以高速（数百纳秒）进行光学转换。利用这一现象，当分成两束的激光束（488 nm）在聚合物偶氮苯液晶薄膜上干涉时，仅在干涉条纹的明亮部分引起光学相变，可以看到我发现这层薄膜起到了衍射光栅的作用。在这项研究中，我们的目标是利用聚合偶氮苯液晶的高速光响应性、高折射率调制和成膜性等特性来开发用于三维显示的动态全息材料。我们对布拉格衍射进行了研究。使用垂直排列的聚合偶氮苯液晶表现出高衍射效率的全息材料。通过将合成的聚合偶氮苯液晶夹在经垂直取向(垂直取向)处理的两个玻璃基板之间来制备用于测量的样品。当光照射后测量样品的透射光谱时，在500nm附近观察到透射率大幅降低，表明形成了衍射光栅。从透射光谱测得的衍射效率在500 nm处为43%，高于传统的薄膜全息材料。