2017 Fiscal Year Annual Research Report
光信号の実時間動的増幅を可能とするフォトリフラクティブ強誘電性液晶ブレンドの開発
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16H04224
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
佐々木 健夫 東京理科大学, 理学部第二部化学科, 教授 (80261501)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | フォトリフラクティブ効果 / 強誘電性液晶 / ホログラム / 2光波結合 / 光増幅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、フォトリフラクティブ効果を原理とする光信号増幅システムを実用化レベルに持っていくこと目標としている。そのために，優れたフォトリフラクティブ特性（高い回折効率，大きな利得定数，速い応答）を示す強誘電性液晶材料の設計指針を探求する。強誘電性液晶材料は様々な化合物からなる混合物であるので，それら各化合物の構造や組成の検討が重要である。さらに強誘電性液晶材料では配向状態の制御も重要な要素である。強誘電性液晶のフォトリフラクティブ効果に及ぼす材料的な要因は多岐にわたる。平成29年度は平成28年度に引き続き液晶材料の組成に重点を置き、①各種強誘電性液晶のフォトリフラクティブ特性の違い、②光導電性化合物による違い、③光導電性キラルドーパントを含む強誘電性液晶混合物の開発の3項目について検討を行った。アルキル置換基の長さが異なるフェニルピリミジンをメソゲンとするスメクチック液晶を様々な割合で混合し、光散乱等の検討を行った。アルキル鎖の長さが炭素数６のものと11以上のものを混合すると欠陥が少なく光散乱の小さなモノドメイン相を形成しやすいことが分かった。そして、ターチオフェンおよびクオーターチオフェンを光導電性部位として持つ光導電性キラルドーパントを合成した。これらをスメクチック液晶混合物に混合し、その強誘電性と光散乱を評価した。クオーターチオフェン系ドーパントは液晶に混ざり難い傾向があるが、分岐アルキル鎖を導入することで液晶への混合性を高めることができた。クオーターチオフェンを含む液晶混合物は532 nmで大きな2光波結合利得定数と高速な応答を示した。また、動的なホログラムの形成を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度の研究計画では、光散乱が小さく大きなフォトリフラクティブ効果を示す強誘電性液晶ブレンドの探索であった。フォトリフラクティブ強誘電性液晶ブレンドは、母体となる液晶に不斉部を有する光導電性化合物である光導電性キラルドーパントを添加することによって構成される。これまでに、フェニルピリミジン系ベース液晶にターチオフェン系光導電性キラルドーパントを添加した材料において高い性能を示した。これは、光導電性を示すターチオフェンの濃度増加と電気光学効果をもたらすキラル構造の濃度増加が起因していると予想される。平成29年度は多種類のベース液晶を混合し、その光散乱特性とフォトリフラクティブ特性を検討した。これらの液晶物性を測定すると、キラリティ―濃度が液晶の電界応答の過程（応答モード）に強い影響を及ぼすことが明らかになった。強誘電性液晶の電界応答にはGoldstoneモードとSoftモードがある。フォトリフラクティブ効果はSoftモードを示す液晶ブレンドで大きくなることが分かった。この成果はフォトリフラクティブ強誘電性液晶ブレンドの設計指針として重要な結果を与えるものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度に得た知見を基に，さらに高性能なフォトリフラクティブ効果を示す強誘電性液晶ブレンドの調整を行う。また、デバイスターゲットの設定を検討する。検討項目は（１）各種強誘電性液晶のフォトリフラクティブ特性の違い、（２）光導電性化合物による違い、（３）光導電性キラルドーパントを含む強誘電性液晶混合物の開発である。（１），（２）は30年度以降も継続して行う。特に，使用波長領域を赤外線にまで広げることに注力する。赤外領域に高い感度を持つフォトリフラクティブ材料が実現できれば，安全のための検出技術だけでなく，医療の分野に必要な，皮膚の下にある腫瘍を非接触で3次元画像化する高速赤外線トモグラフィーが可能になる。さらに医療用センサーデバイスは高速であればあるほど，患者への負担が小さくなる。また，（３）は強誘電性液晶の無欠陥配向技術を応用することが必要である。この配向技術の修得および実際の液晶封入セルの作製とそれらのフォトリフラクティブ効果へ及ぼす影響の評価を，（１）（２）で得られる結果とあわせて検討していく。赤外域波長可変レーザーを用い，材料の様々な特性を探るとともに，様々なデバイスの実現可能性を探る。
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