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修士論文:「ゲスト・ホスト液晶の光熱効果による非線型光学効果」

論 文 概 要

ゲスト・ホスト液晶は大きな光学異方性を持つホスト液晶に様々な光機能性を持ったゲス
ト分子を組み合せる事が 可能なため、光エレクトロニクス分野への応用が期待されてい
る。ゲスト・ホスト液晶中での光熱効果による非線型光学効果は、 低いビームパワーで大
きな屈折率変化を起こすことが可能なことより、実時間ホログラムの記録、焦点可変レン
ズ等といった 応用が考えられる。これらの応用を考えていく上でも、ゲスト・ホスト液晶中で
の光熱効果による非線型光学効果の詳細な同定は 重要である。

 我々は、ゲスト・ホスト液晶中での光熱効果による非線型光学効果の詳細な同定を行う
ために、ホスト液晶としてネマチック液晶 (5CB,E7,ZLI2061)を用い、ゲスト分子としては波
632.8nmで吸収の大きい二色性色素であるDisperse Blue 14を用いた。 ゲスト色素をホ
スト液晶に溶かし、スペーサを用いてパラレルセルを作成した。このサンプルの吸収スペク
トルを測定したところ、 屈折率と吸光度に大きな異方性が確認された。このセルにレーザ
ー光を照射し自己位相変調効果によって変換された出射ビームの 強度分布を測定し、キ
ルヒホッフ回折積分を用いて解析する事により、高次の非線型光学効果の発現を確認し
た。光熱効果による 非線型光学効果により起こる屈折率変化を dn=n2I+N4I2 とすること
で実験値は解析値と よい一致を得た。この屈折率変化はセルの光学異方性のため光の
偏光方向に大きく依存しており、常光方向に光を入射した場合 正の屈折率変化を起こし、
異常光方向に光を入射した場合負の屈折率変化を起こすことが確認された。ホスト液晶に
E7を用い、 色素濃度を0.1wt%とし、セル厚を100μmとしたサンプルに、液晶の配向方向と
He-Ne レーザー(8mW)の偏光方向を平行にして 入射したとき、非線型光学定数 n2, n4
 はそれぞれ n2=1.83×10-3, n4=6.04×10-5 となった。また、非線型光学定数 n2n4 
は ホスト液晶のNI転移温度に依存しており、NI転移温度の低い液晶ほど大きな屈折率変
化を起こした。また屈折率変化量は ゲスト色素濃度やサンプルの構造によって変化する
こともわかった。
 
 サンプル中での熱伝導方程式を有限要素法で解くことにより光熱効果による非線型光学
効果の同定を試みた。 その結果得られた屈折率分布は、実際の測定で得た実験値とよ
い一致を得た。これにより液晶セル中での光熱効果による非線型光学効果は、 熱伝導解
析により説明できることが示された。

 (査読論文)

1. Photothermal effects in liquid crystals on dye-doped polymer films.
H. Ono, Y. Harato and N. Kawatsuki
J. Appl. Phys. 83 (1998) 4957-4962.
2. Characterization of laser-induced self-phase modulation in host-guest liquid crystals.
H. Ono and Y. Harato
Jpn. J. Appl. Phys. 37 (1998) 4061-4065.
3. Higher order optical nonlinearity observed in host-guest liquid crystals.
H. Ono and Y. Harato
J. Appl. Phys. 85 (1999) 676-680.
4. Electric-field modulation measurements of complex electro-optic effects in poled polymer.
H. Ono, T. Kikuchi and Y. Harato
Appl. Phys. B-Lasers and Optics 68 (1999) 207-210.
5. Nonlinear polarization effects in guest-host liquid crystals.
H. Ono, Y. Harato and N. Kawatsuki
Liq. Cryst. 26 (1999) 163-166.
6. All-optical focal length converter using large optical nonlinearity in guest-host liquid crystals.
H. Ono and Y. Harato
Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 3429-3431.
7. Anisotropic diffraction pattern formation from guest host liquid crystals.
H. Ono and Y. Harato
Opt. Commun. 168 (1999) 251-259.
8. Characteristics of photothermal effects in guest host liquid crystals by heat conduction analysis.
H. Ono and Y. Harato
J. Opt. Soc. Am. B 16 (1999) 2195-2201.
9. Effects of cell parameters on photothermal refractive index change in guest host liquid crystals.
H. Ono, Y. Harato, and J. Kikuhara
Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000) 6376-6382.

(口頭発表)

1. 1998年3月 第45回応用物理学関係連合会予稿集(第3分冊) 1252
ホスト・ゲスト液晶中の自己位相変調のキャラクタリゼーション
原戸芳朗, 小野浩司
2. 1998年10月 電子情報通信学会信越支部大会予稿集 189-190
ホスト・ゲスト液晶における自己位相変調効果の異方性の観察
原戸芳朗, 小野浩司
3. 1998年10月 液晶学会討論会予稿集 485-486
ホスト・ゲスト液晶における高次非線型光学効果
原戸芳朗、小野浩司
4. 1998年12月 応用物理学会信越支部講演会予稿集 135
ホスト・ゲスト液晶の高効率非線型光学効果を利用した全光制御焦点可変レンズ
原戸芳朗、小野浩司

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