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，我们的目标是创造一种可以更高程度地控制光波传播的各向异性衍射光学元件，并创造一种可以通过施加电压快速控制衍射光学特性的元件。我们创造了一种新型液晶衍射光栅。可通过施加电压进行动态控制的四级液晶衍射光栅（以下简称四级液晶衍射光栅）。四级液晶衍射光栅具有其中各自具有不同取向方向的四种液晶取向结构(0°平面取向和90°TN取向)周期性混合的结构。在成型方面，我们采用了使用我们已经开发了一段时间的电流光学系统的偏振紫外激光绘图的光学对准。在该元件中，首先，可以通过施加的电压来控制光波衍射的衍射级。该特性是利用0次和2次衍射对以及1次衍射中的衍射效率对相位差的依赖性呈反相位关系的事实来实现的。此外，通过向液晶盒施加电压，使液晶分子在厚度方向产生倾斜，可以控制有效折射率，因此可以通过施加的电压来选择光波衍射的衍射级。电压。此外，还可以将两个同时入射的不同波长的光波分离并衍射成不同的衍射级。除了这些特性之外，我们还发现可以将入射光波分离并衍射成彼此正交的线偏振光和圆偏振光。此外，还可以通过施加电压来动态地控制偏振分离特性。上述特性不仅通过实验衍射特性测量得到证明，而且在理论上通过使用琼斯法的偏振传播分析得到证明。从以上结果来看，本元件具有超越现有光学元件的多种功能，并且可以极大地促进工业光学系统的进步、小型化和成本降低。