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

2003 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: フォトニック結晶 / 液晶 / コレステリック液晶 / 螺旋構造 / レーザー発振 / 多光束干渉

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)プラナー配向したカイラルネマチック液晶に、螺旋軸に平行に電界を印加して得られたフォーカルコニック状態でのレーザー発振を観測した。これは、個々のフォーカルコニックドメイン内の螺旋周期構造に基づくもので、基盤に平行なレーザー発振が観測された。また、このレーザー発振の発振波長を印加電界によって制御することに成功した。(2)コレステリック液晶のレーザー発振波長の温度依存性の詳細な測定の結果、発振波長の不連続な変化を見出し、それが液晶分子の運動が基板界面からの規制力により制限された結果、螺旋が1ピッチずつ変化したことによるものであることを明らかにした。(3)光重合性コレステリック液晶を積層することにより、捻れ欠陥を有する一次元螺旋周期構造を実現し、捻れ欠陥モードとそれに基づくレーザー発振を初めて観測することに成功した。(4)一次元ナノ周期構造の中に液晶欠陥層と導電性高分子欠陥層を導入し、一次元フォトニックバンドギャップ内の欠陥モード波長の電圧制御に基づくレーザー発振波長の制御に成功した。(5)強誘電性液晶を液晶欠陥層を含む一次元ナノ周期構造において、液晶分子の面内運動に伴う欠陥モード透過率が制御できることを明らかにした。(6)色素ドープ液晶導波路内を干渉励起することにより、発振波長が電界によって制御可能な過渡干渉励起レーザーを実現した。(7)光重合性モノマーにパルスレーザー多光束干渉光を照射することにより一次元・二次元ナノ周期構造を作製し、それに液晶を浸透させることにより回折効率の電界制御を実現した。

Research Products

• [Publications] M.Ozaki et al.: "Electro-tunable Liquid Crystal Laser"Advanced Materials. 15. 974-977 (2003)
• [Publications] M.Kasano et al.: "Electrically Tunable Waveguide Laser Based on Ferroelectric Liquid Crystal"Applied Physics Letters. 82. 4026-4028 (2003)
• [Publications] T.Matsui et al.: "Electro-tunable Laser Action in a Dye-doped Nematic Liquid Crystal Waveguide under Holographic Excitation"Applied Physics Letters. 83. 422-424 (2003)
• [Publications] T.Matsui et al.: "Single-Mode Operation of Electrotunable Laser in a Dye-Doped Nematic Liquid-Crystal Waveguide under Holographic Excitation"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L1462-L1464 (2003)
• [Publications] 尾崎良太郎: "ネマチック液晶欠陥層を有する1次元フォトニック結晶の光伝搬解析と高速光スイッチング"電子情報通信学会論文誌. J87-C. 166-173 (2004)
• [Publications] K.Funamoto et al.: "Discontinuous Shift of Lasing Wavelength with Temperature in Cholesteric Liquid Crystal"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L1523-L1525 (2003)