液晶の潜在的巨大位相遅延の機能を活用した広角・高速な波面制御装置の開発

利用液晶潜在的大相位延迟功能开发广角、高速波前控制装置

• 批准号: 22K19075
• 负责人: 井上 曜
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19075/
• 关键词: 液晶; 高速応答; ビームステアリング; 電気光学効果

光の波面を制御することでビームを曲げることが可能な技術が求められている。これは、車載LiDARのようなセンシング技術において、従来の機械駆動系では耐振動性・衝撃性という観点において心許ないためである。自動運転技術のような、故障が人命に直結するケースではシビアな環境耐性が求められ、波面制御型のスキャンシステムは理想的である。近年、機械的な駆動が無く、透過したレーザー光を素早く様々な角度に曲げられるような波面制御型のビームステアリングデバイスの実現が望まれている。このような応用が期待できる最先端テクノロジーは、光集積回路、及び液晶技術を利用したものが代表格になる。とりわけ、小型、低コストな性質が期待される液晶波面制御型ビームステアリング技術は大きな注目を集めている。液晶を利用した主流となる波面制御型ビームステアリング技術は回折の原理を利用した光フェーズドアレイ法である。しかしながら、この方法はステアリング角の増大とともに回折効率が激減していき、数度程度のステアリングが限界となることで知られており、すでに限界がみえている。そこで、本研究課題では屈折の原理を利用した新規手法を提案する。アイディアを簡潔に説明するならば、ビーム断面の任意の一軸方向に線形かつ大きな位相差分布を形成することで、斜めに進行する光の波面を形成するというシンプルなものである。ただし、この方法では液晶層の厚さが数百ミクロン以上必要となり、応答速度の減少が大きな問題となる。そこで応募者は、自身が持つナノサイズの空間に液晶を閉じ込めることで高速応答化が可能となる技術を用いることで、この屈折型波面制御デバイスの実現を目指した。

需要一项技术，可以通过控制光的波前弯曲。这是因为在传感技术（例如车载激光雷达）中，传统的机械驱动系统在抗振动性和抗冲击性方面不可分割。如果失败直接影响人类生命（例如自主驾驶技术），则需要严重的环境抵抗力，而波前控制的扫描系统是理想的。近年来，对没有机械驱动器的波前控制型束转向装置的需求，允许发射的激光束以各个角度快速弯曲。可以预期以这种方式使用的最先进的技术是利用光学整合电路和液晶技术的技术。特别是，预计将是紧凑且低成本的液晶波浪控制梁转向技术引起了很多关注。使用液晶的主流波前控制梁转向技术是一种使用衍射原理的光学阶段阵列方法。但是，已知该方法随着转向角的增加而衍射效率急剧下降，几个度的转向达到极限，并且已经达到了极限。因此，在本研究主题中，我们提出了一种利用折射原理的新方法。简而言之，在梁横截面的给定轴向方向上形成一个大的线性相位差分布非常简单，从而形成光线的波前，倾斜地行驶。但是，该方法需要数百或更多的液晶层的厚度，从而导致降低响应速度的主要问题。因此，申请人旨在通过使用一项技术来实现这种折射波前控制装置，该技术通过将液晶限制在其拥有的纳米尺寸空间中，从而实现高速响应。

项目成果

正弦波に駆動される液晶の応答速度の評価方法

如何评价正弦波驱动液晶的响应速度

• 发表时间: 2023
• 作者: 鹿田建普;井上曜;森武洋
• 通讯作者: 森武洋

High-speed non-mechanical beam steering using a swelling liquid crystal gel film with polymer concentration gradient

• DOI: 10.35848/1347-4065/acd9bb
• 发表时间: 2023-06-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 1.5
• 作者: Inoue，Yo;Shikada，Tateaki;Moritake，Hiroshi
• 通讯作者: Moritake，Hiroshi

Fast non-mechanical beam steering using a thick liquid crystal gel film with a polymer concentration distribution

使用具有聚合物浓度分布的厚液晶凝胶膜进行快速非机械光束控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Tateaki Shikada;Yo Inoue;and Hiroshi Moritake
• 通讯作者: and Hiroshi Moritake

厚い液晶ゲル膜に電気的に誘起される巨大位相勾配を利用した 高速ノンメカニカルビームステアリング

利用厚液晶凝胶膜中电致巨相梯度的高速非机械光束控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上曜;鹿田建普;森武洋
• 通讯作者: 森武洋

厚い液晶ゲル膜を用いた高速ノンメカニカルビームステアリング

使用厚液晶凝胶膜的高速非机械光束控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 鹿田建普;井上曜;森武洋
• 通讯作者: 森武洋