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Proposal of the ideal strucures of terahertz phase shifter based on liquid crystals toward practical applications

Research Project

Project/Area Number 19K15036
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research Institution防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

Principal Investigator

Inoue Yo  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 准教授 (30723770)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsテラへルツ / 液晶 / 移相器 / テラヘルツ
Outline of Research at the Start

研究初期には、テラヘルツ液晶移相器の位相変化量を高める方法を模索する。これまでに、テラヘルツ液晶移相器の高速化を実現してきた高分子液晶複合系を利用することをベース技術とし、そのデバイスの位相変化量を改善することが主な目標となる。このとき、重要となるのは1mmを超える素子厚さを持つ液晶素子の配向制御技術と、厚さ方向に均一な高分子構造を実現する手法である。これらの目標が達成され、大きな位相変化量と短い応答時間を両立するテラヘルツ液晶移相器を実現した場合、最終的にテラヘルツ波の指向性を制御することが可能なデバイスの開発を検討する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, the possibility of demonstration of terahertz phase shifters based on liquid crystals is investigated. The terahertz phase shifter is expected to contribute to phased array antennas at terahertz frequency for the next-generation high speed wireless communication technology. Terahertz phase shifters using liquid crystal have advantages in the continuous and large phase shift by electricity, while a significant problem on switching response times. Here, I propose two methods that use the fast movement of liquid crystal molecules localized in polymer structures, and that use the fast response components of helical structures of cholestric liquid crystals. As a results, a short response time on the order of several tens of milliseconds and a sufficiently large phase shift greater than 30 degrees was demonstrated in both methods, which can possibly be used in practical applications.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電波と光の境界の周波数領域に相当するテラヘルツ波 (0.1 THz~10 THz) は、従来から無線通信に用いられてきたミリ波・マイクロ波などの電波に比べてより高周波であり、一度に多くの情報を伝達できるため、無線通信の高速化が可能である。このため、テラヘルツ波は第6世代の高速無線通信技術に利用される帯域として期待されており、ミリ波・マイクロ波帯で用いられるようなフェーズドアレイ法の実現が望まれている。そのような中、液晶を用いたテラへルツ移相器は重要な研究テーマとなっている。本研究では、大きな位相変化量と高速応答性を両立することに成功し、テラへルツ液晶移相器の実用化に向けて大きく前進した。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Electric Field Distribution Analysis and Response Improvement of Liquid Crystal-loaded NRD Waveguide Type Terahertz Phase Shifter2021

    • Author(s)
      Nghia Lang Trong、Inoue Yo、Moritake Hiroshi
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials

      Volume: 141 Issue: 4 Pages: 220-225

    • DOI

      10.1541/ieejfms.141.220

    • NAID

      130008014282

    • ISSN
      0385-4205, 1347-5533
    • Year and Date
      2021-04-01
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-quality tuning of cholesteric liquid crystal lasers based on polymer composite system2020

    • Author(s)
      Inoue Yo、Sasaki Shunta、Moritake Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 127 Issue: 8 Pages: 083104-083104

    • DOI

      10.1063/1.5136048

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Response Improvement of Liquid Crystal-Loaded NRD Waveguide Type Terahertz Variable Phase Shifter2020

    • Author(s)
      Lang Trong Nghia、Bui Van Bao、Inoue Yo、Moritake Hiroshi
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 10 Issue: 4 Pages: 307-307

    • DOI

      10.3390/cryst10040307

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Lasing stability of quasi-CW driven cholesteric liquid crystal lasers2020

    • Author(s)
      Inoue Yo、Moritake Hiroshi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 5 Pages: 052006-052006

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab864f

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 液晶/高分子複合系を用いた高効率・波長可変レーザー2020

    • Author(s)
      井上曜、佐々木 駿太、森武洋
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] 配向ナノファイバー/液晶複合体装荷NRDガイド型テラヘルツ波可変移相器の応答改善2020

    • Author(s)
      Lang Trong Nghia、井上曜、森武洋
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Research-status Report
  • [Presentation] 極厚な液晶素子の高速応答化に関する二つの戦略:テラヘルツ液晶移相器の応用に向けて2020

    • Author(s)
      井上曜
    • Organizer
      2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 擬似CW発振条件下におけるコレステリック液晶レーザーの出力安定性2020

    • Author(s)
      井上曜、森武洋
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 蜂の巣構造を有する高分子分散型液晶を用いた高速テラヘルツ移相器2019

    • Author(s)
      井上曜、久保等、鹿田建普、森武洋
    • Organizer
      日本液晶学会討論会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 配向ナノファイバー/液晶複合体装荷NRDガイド型テラヘルツ波可変移相器の応答改善2019

    • Author(s)
      Lang Trong Nghia、井上曜、森武洋
    • Organizer
      日本液晶学会討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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