三次元ナノ周期構造液晶材料の創成とフォトニック結晶デバイス応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350165
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 尾崎 雅則 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50204186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 彰彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80304020) ; 吉野 勝美 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70029205)
• Keywords: 液晶 / フォトニック結晶 / レーザー / 周期構造 / スメクチック液晶 / コレステリック液晶 / 多光束干渉 / 波長可変レーザー

Research Abstract

本研究では、ナノ周期螺旋構造を形成するコレステリック液晶、カイラルスメクチック液晶をもとにした三次元ナノ周期構造の実現の可能性を探索することを目的とし、次の成果を得た。(1)螺旋ピッチが数百nmのカイラルスメクチック液晶にレーザー色素を添加し、スメクチック層が基板に平行なホメオトロピック配向セルを作製し光励起によるレーザー発振を観測した。(2)螺旋軸に垂直に電界を印加することにより螺旋周期を任意に制御し、レーザー発振波長を数十nmにわたってわずかな電界により制御することに成功した。(3)励起効率を高めるとともに光の閉じ込め効果を増す目的で、蝶旋軸が基板に平行なプラナーセル構成のカイラルスメクチック液晶においても、電界で制御可能なレーザー発振を観測した。(4)光重合性コレステリック液晶を螺旋軸が基板に垂直に配向させたのち光重合することにより、高分子コレステリック液晶自己保持膜を作製し、このフィルムからの光励起によるレーザー発振を観測した。(5)高分子コレステリック液晶自己保持膜が曲げ変形に対しても螺旋構造を安定に保ちレーザー発振することも確認し、曲げたフィルムを線状あるいは面状に励起することのより集光性レーザー発振を実現した。(6)従来のコレステリック液晶の蝶旋周期が大きな温度依存性を有するのに対して、高分子コレスチリック液晶の螺旋周期はほとんど温度依存性を持たず、きわめて安定なレーザー発振波長をうることができることを見出した。(7)一次元ナノ周期構造の中に液晶欠陥層を導入し、一次元フォトニックバンドギャップ内の欠陥モードの波長を電圧により可逆的に制御することに成功した。(8)液晶欠陥層を含む一次元ナノ周期構造において、光励起によるレーザー発振波長が電圧によって高速に制御可能であることを見出した。(9)光重合性モノマーと液晶の混合体に多光束干渉光を照射することにより三次元ナノ周期液晶高分子複合系を作製した。

Research Products

• [Publications] T.Matsui: "Flexible Mirrorless Laser Based on a Free-Standing Film of Photopolymerized Cholesteric Liquid Crystal"Applied Physics Letters. 81. 3741-3743 (2002)
• [Publications] T.Matsui: "Relaxation Kinetics of Photoinduced Surface Relief Grating on Azopolymer Films"Journal of Applied Physics. 92. 6959-6965 (2002)
• [Publications] T.Matsui: "Fabrication of Flexible Distributed Feedback Laser Using Photoinduced Surface Relief Grating on Azo-Polymer Film as a Template"Japanese Journal of Applied Physics. 41. L1386-L1388 (2002)
• [Publications] R.Ozaki: "Electro-Tunable Defect Mode in One-dimensional Periodic Structure Containing Nematic Liquid Crystal as a Defect Layer"Japanese Journal of Applied Physics. 41. L1482-L1484 (2002)
• [Publications] 尾崎良太郎: "液晶欠陥層を有する1次元周期構造の局在準位の光学特性と電界制御"電子情報通信学会論文誌C. J86-C(印刷中). (2003)
• [Publications] 尾崎良太郎: "電界により波長可変な液晶欠陥層を有する一次元周期構造レーザー"電子情報通信学会論文誌C. J86-C(印刷中). (2003)