液晶による自由空間光ビーム制御に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650057
• 研究機関: 日本女子大学
• 研究代表者: 小舘 香椎子 日本女子大学, 理学部, 教授 (20060668)
• 研究分担者: 下村 恭子 日本女子大学, 理学部, 助手 (20257067)
• キーワード: 自由空間光ビーム制御 / タルボット効果 / 液晶ビーム偏光器 / バイナリ光学素子 / 液晶アレイデバイス / 2次元アレイイルミネータ / 振幅・位相変調型アレイイルミネータ / 導波路型アレイイルミネータ

研究概要

本研究では安価で高性能な光材料の代表的なデバイスとして注目されている液晶デバイスと効率の良いアレイイルミネータを試作し、自由空間光ビームの制御を実時間で行うことを目的としている。1年間にわたる本研究の主要な成果を以下に述べる。
(1)2次元液晶アレイ光ビーム制御の検討:自由空間光ビーム制御のために大気ゆらぎを制御するための補償光学技術を融合することで低消費電力、超高速性を備えられることを確認し1次元から2次元に拡張した場合の基礎特性についてシミュレーションにより検討し可能性を得た。
(2)2次元液晶デバイスの検討:2次元液晶デバイスのためのITOを用いた電極構造について基礎的検討を加え、方向性を得た。
(3)2次元タルボットアレイイルミネータの設計・試作と特性評価:液晶アレイ型光ビーム制御デバイスの効率の向上と波面制御のためには光ビームを分割して液晶パネルの位置にだけ選択的に光を照射する2次元へ拡張した位相形状のアレイイルミネータを試作した。本アレイイルミネータは、フーリエ変換を行わず、効率的にスポットを形成できる特性を持っている。さらに小型・軽量化を目指すアレイイルミネータの高圧縮化、高精細のためプロセスエラーの検討を実験と波動光学理論に基づくシミュレーションにより行った。理論値の5%以内に効率の低下を抑えるには、エッチング誤差は10%以下、アライメントエラーは3%以下になることが必要で、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)による観察により、試作での可能性を得た。
(4)2次元導波路型アレイイルミネータ:回折効率の減少とスポットの形状欠損であるwalk off効果を避けるためには2次元アレイイルミネータの導波路への装着が効果的であることをシミュレーションで確認し、誘電体導波路の最適化の設計を行い、試作実験により有効性を確認した。

研究成果

• [文献書誌] Werner Klaus: "Theoretical and experimental evaluation of waveguide Talbot array illuminators" Proc.SPIE. 3010. 38-48 (1997)
• [文献書誌] Kashiko Kodate: "Fabrication of Multilevel Talbot Array Illuminator and Its Application to Beam Deflector via a Liquid Crystal Source" J.of Japan Women′s University Faculty of Science. 5. 17-24 (1997)
• [文献書誌] Werner Klaus: "Talbot array illuminators providing spatial intensity and phase modulation" Journal of Optical Society of America A. 14,5. 1092-1102 (1997)
• [文献書誌] Werner Klaus: "Novel Talbot array illuminators and their application" Tecnical Digest Diffractive Optics ′97 Savonlinna. 228-229 (1997)
• [文献書誌] Kashiko Kodate: "Array illuminators based on diffractive optics-Talbot plate or binary lens array : a comparison" MOC/GRIN′97 Tecnical Digest. 216-219 (1997)
• [文献書誌] クラウス・ヴェルナ-: "Talbotアレイイルミネータとその応用=微小光学デバイスによる光波制御" 光アライアンス. 9,5. 12-18 (1997)
• [文献書誌] 小舘香椎子: "光コンピューティングの事典" 株式会社朝倉書店, 1・3 (1997)