液晶を用いたミリ波フォトニック結晶の基礎特性とその応用に関する研究

利用液晶的毫米波光子晶体的基本特性及应用研究

基本信息

批准号：
15760250
负责人：
田中将樹
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Akita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760250/
关键词：
液晶ミリ波フォトニック結晶

项目摘要

本研究は、ミリ波の伝搬特性を電気的に制御可能なデバイスとして、液晶の電気光学効果を利用したフォトニック結晶構造を有するミリ波帯液晶デバイスを開発することを目的としている。昨年度の研究において、二種類の液晶分子の配向状態すなわち垂直配向と水平配向状態が交互に波長程度の長さで並んでいる周期構造の液晶セルを作製した。そして、液晶層に外部電圧を印加することにより液晶分子が再配向し、液晶層が均一に垂直配向状態となることで誘電率の周期性が消失することを確認している。本年度は、はじめに垂直および水平配向状態に対するセル厚の影響について光学的に測定を行い、比較的厚いセル厚を有する液晶セルにおいて、垂直配向領域の液晶層の中心部分の液晶分子が水平配向領域の影響を受けていることを確認した。次に、50GHz帯のミリ波の位相特性測定システムを構築し、前述した液晶分子の配向状態の違いによる1次元周期構造を有するネマティック液晶セルの測定を行った。その結果、液晶セルに外部電圧を印加することにより、ミリ波の位相特性が大きく変化することが確認できた。また、誘電率の周期構造を有する液晶セルのミリ波制御デバイスへの適用の可能性を検討するために、有限差分時間領域(FD-TD)法を用いて2次元周期構造を有する液晶セルのミリ波伝搬特性について解析を行った。その結果、誘電率の周期性によるミリ波透過率が減少する帯域を、液晶の誘電率を変化させることにより制御可能であることがわかった。以上より、本研究で提案した異なる液晶分子の配向状態による周期構造を有する液晶セルは、ミリ波伝搬特性を電気的に制御可能であり、周期構造や液晶等の最適化をすることでフォトニック結晶構造によるミリ波制御デバイスに応用が可能であると考える。

本研究的目的是开发一种具有光子晶体结构的毫米波段液晶器件，利用液晶的电光效应作为可以电控制毫米波传播特性的器件。在去年的研究中，我们创建了一种具有周期性结构的液晶单元，其中两种液晶分子垂直和水平交替排列，长度与波长大致相同。已经证实，通过向液晶层施加外部电压，液晶分子重新取向，并且随着液晶层变得均匀垂直取向，介电常数的周期性消失。今年，我们首先通过光学测量了单元厚度对垂直和水平取向状态的影响，发现在单元厚度相对较厚的液晶单元中，位于液晶层中心的液晶分子在垂直方向上对齐区域与水平对齐区域相同我确认我受到了影响。接下来，我们构建了50 GHz频段毫米波相位特性测量系统，并对向列液晶盒进行了测量，该向列液晶盒由于上述液晶分子的不同取向状态而具有一维周期性结构。结果，证实向液晶单元施加外部电压显着改变毫米波的相位特性。此外，为了考察将具有周期性介电结构的液晶单元应用于毫米波控制器件的可能性，我们利用时域有限差分（FD-TD）方法开发了具有二维周期性介电结构的液晶单元。我们分析了毫米波的传播特性。结果发现，可以通过改变液晶的介电常数来控制毫米波透射率由于介电常数的周期性而降低的频带。综上所述，本研究提出的液晶盒，具有基于液晶分子不同排列状态的周期结构，可以电控制毫米波传播特性，并且通过优化周期结构和液晶，光子我们认为它可以应用于使用晶体结构的毫米波控制器件。