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修士論文:「分子移動を伴う液晶回折格子形成と光学異方性」

論 文 概 要

現在の情報化社会において高速かつ大量の情報を扱う技術が重要となっている。これらの解決方法の一つとして光の利用が挙げられる。光は位相や振幅、偏光等多くの独立した情報を含んでおり、情報の高速処理や並列処理に優れている。また、ミクロンやサブミクロン領域での分解能に優れているため、大量の情報を取り扱うことができる。多くの情報を含む光を最大限に利用するためには、光機能性材料の研究が大切である。
光機能性材料の一つとして、我々はこれまでに側鎖に光応答部を有する光架橋性液晶高分子の熱安定光配向に関する研究を行ってきた。この材料系では直線偏光を照射することで偏光電界に平行な光反応基が選択的に反応し、わずかな光学異方性が誘起される。その後に液晶温度で加熱することにより液晶分子が再配向し、回折格子が形成される。この材料系に偏光ホログラム記録を行った場合、偏光分布の直線偏光成分に対して光架橋が生じ、異方性格子が形成される。強度変調ホログラム記録を行った場合には光架橋密度の空間的な分布に起因して物質移動が生じ、表面レリーフが形成される。また、同時に直線偏光成分に沿った異方性格子が形成され、異方性格子と表面レリーフ格子の共存する格子が形成される。このようなメカニズムでは、円偏光を用いた強度変調ホログラム記録を行なった場合、表面レリーフのみ形成されるはずである。しかしながら、この材料系において実際に円偏光を用いた強度変調ホログラム記録を行った場合、表面レリーフと共に異方性が誘起されるといった現象が見られている。
本研究ではこの現象の解明を目的として光反応性モノマー中に低分子液晶を分散させた材料系をモデル物質として用い、同様の実験を行い検討を行った。
その結果、表面レリーフ形成時の物質移動により回折格子ベクトルと直行した方向に液晶分子が配向し、わずかに光学異方性が誘起されることがわかった。この現象はBerremanの溝理論に従うものであると考えられる。また、格子周期を長周期にすることで液晶分子が配向しなくなることがわかった。
また、アゾベンゼン色素ドープ材料系および二色性色素であるDisperse Blue 14ドープ材料系で同様の実験を行った結果、どちらの材料系においても光学異方性の誘起が見られないことから、液晶分子特有の流動性が影響していると考えられる。

(査読論文)

1. Two-dimensional crossed polarization gratings in photocrosslinkable polymer liquid crystals, H. Ono, A. Hatayama, A. Emoto, N. Kawatsuki and E. Uchida, Jpn. J. Appl. Phys., 44 (2005) L306-L309.
2. Simple detection of light polarization by using crossed polarization gratings, T. Sasaki, A. Hatayama, A. Emoto, H. Ono and N. Kawatsuki, J. Appl. Phys. 100 (2006) 063502.
3. Migration induced reorientation and anisotropic grating formation in photoreactive polymer liquid crystals, H. Ono, A. Hatayama, A. Emoto and N. Kawatsuki, Opt. Mater. 30 (2007) 248-254.
4. Molecular reorientation in cross polarization gratings formed in thin photoreactive-polymer-liquid-crystal films, H. Ono, A. Hatayama, A. Emoto and N. Kawatsuki, Thin Solid Films, 516 (2008) 4178-4183.

(口頭発表)

1. 2004年9月 第65回応用物理学会学術講演会予稿集(第3分冊)1123
液晶高分子を用いた偏光クロスグレーティングの偏光顕微鏡観察
畑山晃、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘、内田江美
2. 2004年10月 日本液晶学会討論会予稿集
光反応性液晶高分子を用いた偏光回折格子の高次回折光の偏光解析
江本顕雄、畑山晃、小野浩司、川月喜弘、内田江美
3. 2005年1月 生体機能・情報処理シンポジウム予稿集 217-222
液晶高分子を用いた偏光クロスグレーティングの光学特性と分子配向観察
畑山晃、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘、内田江美
4. 2005年3月 第52回応用物理学関係連合講演会予稿集 第3分冊 1424
円偏光干渉露光による光架橋性液晶高分子への異方性回折格子形成
畑山 晃、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘、内田江美
5. 2005年9月 21世紀COE第2回若手研究討論会
表面レリーフ形成における液晶配向
畑山晃、小野浩司、川月喜弘
6. 2005年10月 電子情報通信学会光エレクトロニクス研究会
分子移動誘起配向による異方性回折格子形成
畑山晃、小野浩司、川月喜弘
7. 2006年3月 第53回応用物理学関係連合講演会予稿集 第3分冊 1345
光架橋性高分子液晶を用いた2次元偏光回折格子形成と偏光検出素子への応用
畑山晃、佐々木友之、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘

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