液晶ナノ周期フォトニクス材料の電子・光物性と機能応用に関する研究

液晶纳米周期光子材料电/光性能及功能应用研究

基本信息

批准号：
04J07993
负责人：
尾崎良太郎
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J07993/
关键词：
液晶フォトニック結晶レーザー偏光制御

项目摘要

本年度は、ナノ周期構造中に光学異方性を有する液晶を導入したチューナブルフォトニック結晶を作製し、波長可変レーザー素子などの光機能デバイスへの応用に関する研究を行った。本年度の研究で得られた知見と業績の要約を以下に述べる。ナノ周期構造を有する一次元フォトニック結晶として誘電体多層膜を用い、その中央部にネマチック液晶層を導入して、液晶欠陥層を有する一次元フォトニック結晶を作製した。作製した素子の透過スペクトルには、光の禁止帯であるフォトニックバンドギャップと禁止帯中に局在準位に基づくピークが観測された。また、素子への電圧を印加することによって、局在準位ピークのシフトが観測された。実験と計算の両面から、これが、欠陥層の液晶分子が電圧印加によって再配列し、欠陥層の光学距離が変化するためであることを明らかとした。これらの結果より、液晶をナノ周期構造に導入することで、光が局在する波長を制御することが可能であることを明らかとした。次に、欠陥層に液晶だけでなく、導電性高分子や色素などのレーザー活性媒質を導入し、波長可変レーザーへの応用を検討した。作製した素子をNd : YAGレーザーで励起することで、レーザー発振することに成功した。更に、数ボルト程度の電圧を印加することで、レーザー発振波長を制御にも成功した。一方、液晶欠陥層を有する一次元フォトニック結晶の光学特性の欠陥層面内での配向依存性についても検討した。まず、液晶分子を欠陥層面内で配向制御するためにインプレーン型の電極を作製した。透過光の偏光特性を調べると、偏光は、液晶分子の配向方向に依存して変化した。これらの実験結果は、マトリクス法や時間領域差分法などの数値解析結果とも一致した。したがって、液晶欠陥層を有する一次元フォトニック結晶は電圧によって制御可能な偏光制御素子となることを明らかとした。

今年，我们制造了可调的光子晶体，其中带有光学各向异性的液晶被引入纳米周期结构中，并研究了它们在光学功能设备（例如可调激光器设备）中的应用。以下是从今年的研究中获得的发现和成就的摘要。将介电多层膜用作具有纳米碘结构的一维光子晶体，并将列明液晶体层引入膜中心，以产生具有液晶缺陷层的一维光子晶体。在制造设备的传输范围中，观察到了禁止的光条带的光子带隙，以及基于禁止带中局部水平的峰。此外，通过向设备施加电压，观察到局部水平峰的变化。从实验和计算中，已经显示出这是因为有缺陷层中的液晶分子通过电压的施加重新排列，并且有缺陷层的光距离变化。这些结果表明，通过将液晶引入纳米碘结构，可以控制光所在的波长。接下来，还将引入缺陷层的液晶，以及激光活性培养基（例如导电聚合物和染料），并检查了可调激光器的应用。通过使用ND：YAG激光激发准备的元件，它在激光振荡方面取得了成功。此外，通过施加大约几伏的电压，激光振荡波长也成功控制。另一方面，还研究了在缺陷层平面内具有液晶缺陷层的一维光子晶体的光学特性的方向依赖性。首先，制造了平面型电极以控制缺陷层平面内液晶分子的方向。当检查传输光的极化特征时，极化的变化取决于液晶分子的方向。这些实验结果还与数值分析结果相吻合，例如矩阵方法和时域差异方法。因此，已经揭示了具有液晶缺陷层的一维光子晶体是可以通过电压控制的极化控制元件。