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

基本信息

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

项目摘要

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。

需要一种能够通过控制光的波前来弯曲光束的技术。这是因为在车载激光雷达等传感技术中，传统的机械驱动系统在抗振和抗冲击方面并不令人满意。在自动驾驶技术等情况下，一旦出现故障就会直接导致人命，需要严酷的环境耐受性，而波前控制型扫描系统是理想的选择。近年来，人们希望实现一种不需要机械驱动、能够将发射的激光快速弯曲到各种角度的波前控制光束转向装置。有望实现此类应用的典型尖端技术是利用光集成电路和液晶技术的技术。特别是液晶波前控制光束控制技术，预计将实现紧凑且低成本，吸引了很多关注。使用液晶的主流波前控制光束控制技术是利用衍射原理的光学相控阵方法。但众所周知，这种方法的衍射效率随着转向角的增大而急剧下降，当转向角只有几度时就达到了极限，而且已经达到了极限。因此，在这个研究项目中，我们提出了一种利用折射原理的新方法。简单解释一下这个想法很简单：通过在光束截面的任意单轴方向上形成线性且大的相位差分布，形成倾斜传播的光的波前。然而，该方法需要液晶层的厚度为数百微米以上，并且响应速度的降低成为主要问题。因此，申请人的目的是通过使用通过将液晶限制在其自身的纳米尺寸空间中而实现高速响应的技术来实现这种折射波前控制装置。