高度液晶光配向技術を用いた三次元異方性フォトニック光学素子の形成

利用先进的液晶光配向技术形成三维各向异性光子光学元件

基本信息

批准号：
15J07254
负责人：
河合孝太郎
金额：
$ 1.96万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J07254/
关键词：
液晶回折格子回折光学素子液晶材料機能性高分子材料偏光

项目摘要

本年度は、光波伝搬の更なる高度制御が可能な異方性回折光学素子の創成、ならびに電圧印加によって回折光学特性を高速に制御可能な素子の形成を目指し、回折角及び波長・偏光分離特性が電圧印加により動的に制御可能な新奇な液晶回折格子（以下、4値液晶回折格子）を創成した。4値液晶回折格子は、それぞれ配向方向が異なる0° Planar配向及び90° TN配向の4種の液晶配向構造が周期的に混在した構造を有する。形成にあたり、従来から開発を進めてきたガルバノ光学系を用いた偏光紫外レーザー描画による光配向を採用した。本素子ではまず、光波が回折する回折次数を印加電圧によって制御可能である。本特性は、0次回折、2次回折のペアと1次回折における回折効率の位相差に対する依存性が逆相関係となっていることを利用して実現される。また、液晶セルへの電圧印加によって液晶分子の厚さ方向へのチルトを誘起することで、実効的な屈折率を制御可能であるため、光波が回折する回折次数を印加電圧によって選択できる。さらに、同時に入射された2つの異なる波長の光波を異なる回折次数に分離して回折させることも可能である。これらの特性に加えて、入射された光波を互いに直交条件にある直線偏光及び円偏光に分離回折可能であることも見出している。また、偏光分離特性に関しても、電圧印加により動的に制御可能である。上記の特性は、実験による回折特性測定のみならず、Jones法を用いた偏光伝搬解析により理論的にも実証している。以上の結果から、本素子は、既存の光学素子を凌駕する複数の機能を有しており、産業における光学システムの高度化、小型化、コスト削減に大きく貢献できる。

今年，我们创建了一种新型的液晶衍射光栅（以下简称四值液晶衍射光栅），该光栅允许动态控制光学波传播，以及可以通过施加电压来控制高速衍射光学特性的元件的形成。四值液晶衍射光栅具有一个结构，其中四种类型的液晶比对结构，0°平面比对和90°TN对齐，每个对齐都有不同的方向方向，定期混合在一起。在形成薄膜时，采用了使用偏振紫外线激光绘图使用galvano光学系统的光学取向，该光系统已经开发了很长时间。首先，光波衍射的衍射顺序可以由施加的电压控制。通过利用零对与二阶衍射效率和一阶衍射效率依赖相位差异之间的反相关系来实现这种特征。此外，通过通过向液晶细胞施加电压来诱导液晶分子厚度方向的倾斜，可以控制有效的折射率，并根据施加的电压选择光波衍射的衍射顺序。此外，通过将它们分为不同的衍射顺序，也可以通过将它们分为不同波长的两个衍射光波。除这些特性外，还发现，可以将入射光波分离并衍射成彼此正交条件的线性极化光线和圆形极化光线。此外，极化分离特性也可以通过施加电压动态控制。上述特征不仅通过实验衍射特征来证明，而且还通过使用琼斯方法进行了极化传播分析。基于上述结果，该元素具有超过现有光学元素的多个功能，并且可以极大地促进行业光学系统的发展，小型化和成本降低。

项目成果

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科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

４光束偏光干渉光配向による可変式波長偏光ビームスプリッターの創成

利用四光束偏振干涉光对准创建可变波长偏振分束器

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
河合孝太郎;坂本盛嗣;野田浩平;佐々木友之;川月喜弘;小野浩司
通讯作者：
小野浩司

Alignment structures and diffraction properties of chiral nematic liquid crystal cells with periodically patterned photoalignment films

DOI：
10.7567/jjap.55.012001
发表时间：
2015
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
T. Sasaki;Reijiro Shimura;Kotaro Kawai;Kohei Noda;M. Sakamoto;N. Kawatsuki;H. Ono
通讯作者：
T. Sasaki;Reijiro Shimura;Kotaro Kawai;Kohei Noda;M. Sakamoto;N. Kawatsuki;H. Ono

Three-dimensionally modulated anisotropic structure for diffractive optical elements created by one-step three-beam polarization holographic photoalignment