2016 Fiscal Year Annual Research Report
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
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15J07254
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
河合 孝太郎 長岡技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 回折光学素子 / 液晶回折格子 / 液晶材料 / 機能性高分子材料 / 偏光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、4光束偏光干渉露光法と独自に確立した光架橋性高分子液晶の高度液晶光配向技術との組み合わせにより、新規な液晶素子（可変式波長・偏光ビームスプリッター）を形成した。本素子は、1. 入射した光波を互いに直交した複数対の偏光状態の光波に分離する（偏光分離）、2. 入射光の波長に応じて回折方向が3次元的に異なる（波長分離）、3. 素子の温度制御による上記特性の動的制御が可能（回折特性の動的制御）、といった機能を複合的に実現できる。
本研究ではまず、4光束偏光干渉によって得られる干渉電界内の偏光変調分布及び強度変調分布の理論計算を行い、光配向による3次元液晶配向構造形成時の詳細な実験条件（各光束の光学配置、入射角、光強度、偏光状態、露光量等）を決定した。形成した3次元液晶配向構造を偏光顕微鏡により観察することで得られた透過光強度分布は、理論解析結果から良く説明された。回折特性は、波長532 nm及び633 nmのレーザーを同軸入射することにより測定し、Jones法を応用した回折特性解析により理論実証も行った。結果として、入射する光波の波長により、回折方向が3次元的に異なるという他に類が無い回折特性を本素子では実現可能であることを示し、さらに、液晶複屈折の温度制御によって回折特性の有用な制御が可能であることも実証した。本素子は、波長板、偏光ビームスプリッター、ダイクロイックビームスプリッター、可変波長フィルターなどの既存の光学素子の機能を複合的に有しており、光学システムの高度化、小型化、コスト削減に貢献できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２８年度においては、独自に確立した光架橋性高分子液晶の高度液晶光配向技術を用いた４光束偏光干渉露光によって、既存の光学素子の機能を複合的に有する新奇な液晶回折光学素子「可変式波長・偏光ビームスプリッター」を創成した。本素子は、伝搬光波の波長分離、偏光分離、光学特性の動的制御機能、といった複合的な機能を有するものであり、当初の計画以上の革新的な光学特性を有する回折光学素子を創成できた。
さらに、ガルバノビームスキャナーを用いた偏光ビーム描画光配向により、回折する光波の波長を任意に選択可能な波長選択型液晶回折格子も創成した。本素子の創成は、当初の計画には無いものであったが、３次元異方性回折光学素子の形成といった本研究の目標に関連する大きな成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度及び平成２８年度に実施した、多光束偏光干渉露光法を用いた各種液晶回折格子の形成により得た知見を基に、今後は、マイケルソン偏光紫外干渉計や対向励起多光束偏光干渉光学系の形成を行った後、これらの干渉光学系を用いた光配向への応用展開を行い、更なる革新的な機能を有する産業応用可能な液晶光学素子の創成を目指す。
得られた研究成果は、これまでと同様に、米国物理学協会または米国光学会等が出版している査読付き学術論文に投稿・公表する。また、国内外の学会に参加し、成果の発表を行う。
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