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，我们制作了将具有光学各向异性的液晶引入纳米周期结构的可调谐光子晶体，并研究了其在波长可调谐激光元件等光学功能器件中的应用。现将今年研究的发现和成果总结如下。采用介质多层薄膜作为具有纳米周期结构的一维光子晶体，并在薄膜中心引入向列液晶层，制备具有液晶缺陷层的一维光子晶体。在所制造的器件的透射光谱中，观察到基于光子带隙（光的禁带）的峰以及禁带中的局部能级。此外，通过向器件施加电压，观察到局部能级峰值的移动。实验和计算都表明，这是因为缺陷层中的液晶分子通过施加电压而重新排列，并且缺陷层的光学距离发生变化。这些结果表明，通过将液晶引入纳米周期结构可以控制光局域化的波长。接下来，我们不仅将液晶引入缺陷层，还将导电聚合物和染料等激光活性介质引入缺陷层，并研究其在波长可调谐激光器中的应用。通过用 Nd:YAG 激光器激励所制造的器件，我们成功实现了激光振荡。他们还成功地通过施加几伏的电压来控制激光振荡波长。另一方面，我们还研究了具有液晶缺陷层的一维光子晶体的光学特性的面内取向依赖性。首先，制作面内电极来控制缺陷层平面内液晶分子的排列。当研究透射光的偏振特性时，偏振根据液晶分子的取向方向而变化。这些实验结果也与矩阵法、时域有限差分法等数值分析结果相一致。因此，揭示了具有液晶缺陷层的一维光子晶体可以用作可以通过电压控制的偏振控制元件。