Anisotropic photoinduced phase transition and its applications in holographic nanocomposites

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03576
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 富田 康生 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50242342)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 応用光学・量子光工学 / ナノ材料 / 複合材料・物性 / 量子ドット / 量子ビーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は光重合性ナノ微粒子-ポリマーコンポジット(NPC) 中のホログラフィック光重合において生じる多次元フォトニック格子構造の形成メカニズムを理論的に解明するとともに、フォトニック格子構造形成可能なNPC をフォトニクス・中性子 光学へ応用しNPC の高度な性能・斬新性・有用性を実証することを目的とする。本年度においては、第一に、ホログラフィック光重成 におけるNPC中でのナノ微粒子と重合モノマーの異方性光重合相分離過程について理論的に究明し、生成されるホログラフィック格子の屈折率変調振幅の格子間隔依存性に対する連鎖光重合と逐次光重合での違いについて、重合反応速度論の見地から究明して明らかにした。第二に、ウェア ラブルディスプレー・メガネのための高効率ホログラフィック回折素子応用を念頭に、超高屈折率ハイパーブランチポリマーを用いたNPCのホログラフィック記録特性を究明した。その結果、高反応性架橋モノマーの添加により屈折率変調振幅を0.025程度まで増大可能であることを実証した。第三に、高濃度半導体CdSe量子ドット分散NPCが有する可飽和吸収効果と高次非線形非線形屈折を考慮したclosed-aperture Z-scan理論を構築した。その結果を半導体CdSe量子ドットNPCに対する測定値に適用して可飽和吸収係数と3次および5次の非線形屈折率係数の半導体CdSe量子ドット分散濃度依存性を得た。第四に、NPC体積格子による冷・極冷中性子ビーム制御の高効率化に向けて、ナノダイヤモンド分散NPCのホログラフィック記録特性について究明した。その結果、22vol.%までのナノダイヤモンド分散NPの作成が可能で、15vol.%ナノダイヤモンド分散で最大屈折率変調振幅0.0045を得て、その値に対応するナノダイヤモンド密度変調振幅が0.007vol.%であることを見出した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Vienna(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: University of Vienna
• [Journal Article] High-order optical nonlinearities in nanocomposite films dispersed with semiconductor quantum dots at high concentrations (2017)
  • Author(s): Y. Tomita, S. Matsushima, R. Yamagami, T. Jinzenji, S. Sakuma, X. Liu, T. Izuishi, and Q. Shen
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 867 Pages: 012011-1-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/867/1/012011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Photopolymerizable nanocomposite materials for holographic applications (2018)
  • Author(s): Y. Tomita
  • Organizer: II International Symposium on Nanoparticles/Nanomaterials Applications (3rd ISN2A-2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Photopolymerizable nanoparticle-polymer composite materials for light and neutron beam manipulations (2018)
  • Author(s): Y. Tomita, K. Nagaya, T. Aoi, Y. Iso, A. Kageyama, N. Nishimura, K. Odoi, K. Umemoto, J. Klepp, C. Pruner, and M. Fally
  • Organizer: PHOTOPTICS 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超常磁性ナノ微粒子-ポリマーコンポジット格子 (2018)
  • Author(s): 富田康生、影山明久、磯由布子、青井紀、Jurgen Klepp、Christian Pruner, Martin Fally
  • Organizer: 第６５回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Nanocomposite volume holographic gratings incorporated with ultrahigh refractive index hyperbranched polymer for diffractive optical elements (2017)
  • Author(s): Y. Tomita, S. Oyaizu, N. Nishimura, and K. Odoi
  • Organizer: SPIE Optics + Optoelectronics 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermal effects of the functionalities of chain transfer agent on photopolymer holographic volume gratings (2017)
  • Author(s): J. Guo, Y. Tomita, and X. Zhang
  • Organizer: SPIE Optics + Optoelectronics 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of neutron pendellosung-interference in holographic nanostructures (2017)
  • Author(s): J. Klepp, C. Pruner, Y. Tomita, P. W. Geltenbort, and M. Fally
  • Organizer: SPIE Optics + Optoelectronics 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Femtosecond dynamics of optical nonlinearities in nanocomposite films highly dispersed with semiconductor CdSe quantum dots (2017)
  • Author(s): Y. Tomita, R. Yamagami, T. Jinzenji, S. Sakuma, T. Izuishi, and Q. Shen
  • Organizer: CLEO/Europe-EQEC 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-order optical nonlinearities in nanocomposite films dispersed with semiconductor quantum dots at high concentrations (2017)
  • Author(s): Y. Tomita, S. Matsushima, R. Yamagami, T. Jinzenji, S. Sakuma, X. Liu, T. Izuishi, and Q. Shen
  • Organizer: Photorefractive Photonics 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Perspectives for photorefractive materials in neutron physics (2017)
  • Author(s): R. A. Rupp, M. Fally, J. Klepp, C. Pruner, Y. Tomita, and I. D. Olenik
  • Organizer: Photorefractive Photonics 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Theory of closed-aperture Z-scan for nonlinear media with saturable absorption and simultaneous third- and fifth-order nonlinear refraction (2017)
  • Author(s): S. Matsushima and Y. Tomita
  • Organizer: The 24th Congress of the International Commission for Optics (ICO-24)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanocomposite holographic gratings for light and neutron optics (2017)
  • Author(s): Y. Tomita, E. Hata, T. Nakamura, K. Momose, X. Liu, S. Matsushima, J. Klepp, C. Pruner, and M. Fally
  • Organizer: The 12th Japan-Finland Joint Symposium on Optics in Engineering (OIE'17)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Application of nanomaterials for cold-neutron optics (2017)
  • Author(s): J. Klepp, I. Drevensek-Olenik, M. A. Ellabban, M. Fally, P. Flauger, P. Geltenbort, G. Glavan, M. Licen, C. Pruner, and Y. Tomita,
  • Organizer: The 3rd International Conference on Functional Integrated nano Systems (nano FIS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photopolymerizable nanocomposite materials for light and quantum beam control and processing (2017)
  • Author(s): Y. Tomita
  • Organizer: EMN Orlando Meeting 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 可飽和吸収と高次非線形屈折を有する非線形ナノコンポジット媒質のためのclosed-aperture Z-scan理論 (2017)
  • Author(s): 松島俊輔、富田康生
  • Organizer: 第７８回応用物理学秋季学術講演会
• [Presentation] ナノダイヤモンドホログラム (2017)
  • Author(s): 富田康生、梅本浩一、吉永和夫、藪田湖納美、青井紀、Jurgen Klepp、Christian Pruner, Martin Fally
  • Organizer: 第７８回応用物理学秋季学術講演会
• [Remarks] Tomita group HP
  • URL: http://talboe.es.uec.ac.jp/