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修士論文:「クロスグレーティング型液晶回折格子セルの形成と光学特性」

論 文 概 要

現在、光エレクトロニクスの分野において、回折格子は、光の分岐や伝播方向の変換、集光、分散などの様々な機能を有していることから光記録や光情報伝送などの重要な役割を担っている。近年は、更なる情報化社会が進み、高速かつ大量の情報扱う技術が必要になることから、多くの情報を高速に処理できる可能性を有しており、光波の持つ様々なパラメータを自在に制御することのできる回折素子の担う役割が大きくなることが考えられる。
回折格子の作製には、高分子材料を用いる研究が盛んに行なわれおり、これまでに様々な方法が提案されてきた 。その中でも、ホログラフィの手法を利用して回折格子を記録する方法に関しては、国内外問わず多くの研究が成されている。そのひとつとして光配向膜を用いた回折格子液晶セルが上げられる。
光配向膜は、光を照射することにより膜表面もしくは内部に異方性を誘起する事ができる材料であり、光学干渉系により生じる光波の干渉パターンをホログラフィの手法を利用して記録する事が可能である。この方法を用いることにより膜表面に、非接触、短時間で配向膜表面に複雑なパターニングを施す事ができるため生産性に優れた方法と考えられる。しかし、光配向膜には表面パターングを施すのは容易だがアンカリング強度が弱いという短所がある。
本研究室では、偏光回折格子形成に対する研究が行われており、光架橋反応により大きな複屈折を有する偏光回折格子形成が可能な光架橋性高分子液晶(PCLC)を用いることにより、強アンカリングとして表面パターンが可能であることが分かっている。
このことから、本研究では、光架橋性高分子液晶(PCLC)と紫外光の照射量によってアンカリング強度をコントロール出来る光配向膜として有名なポリビニールシンナメイトの2種類のアンカリング強度が異なる光向膜を用いて、片面に光配向膜を用いた場合と、両面に光配向膜
を用いた場合について、両面の配向膜のグレーティング角度が異なるクロスグレーティング型回折格子液晶セルを形成し、その回折効率、偏光変換特性について評価、解析した。
片面に光配向膜を用いたクロスグレーティング型回折格子液晶セルの解析には、有限要素法を用いた弾性計算とJones法を用いて計算を行い。光配向膜にPCLCを用いた場合、どの格子ベクトル交差角においても、強アンカリングで説明することが出来た。また、光配向膜にPVCiを用いた場合は、回折効率の誤差が出るが、どのような機能を有するかを、同様の計算により確認することができた。
次に、両面に光配向膜を用いたクロスグレーティング型回折格子液晶セルを作製することにより、前面と背面の配向膜の格子ベクトル交差角に応じ、斜め方向に周期的な構造が形成され、異なる構造の二次元的な格子が形成可能であることが分かり、これらの特性は、連続体理論によって計算された分子配向構造から説明可能であった。しかし、格子ベクトル交差角90[deg]の場合には、実験値と理論値に誤差があり強アンカリングで説明することができなかった。これは、格子ベクトル交差角90[deg]では、弾性の影響を強く受け外挿長の影響が色濃く出たためだと考えられる。また光配向膜にPVCiを用いた場合は、すべての格子ベクトル交差角において強アンカリングで説明することができなかった。これは、アンカリング強度の弱さと、弾性の影響による外挿長の影響であると考えられる。
 

(査読論文)

1. Elastic continuum analysis and diffraction properties of two-dimensional liquid crystalline grating cells, H. Ono, M. Hishida, A. Emoto, T. Shioda and N. Kawatsuki, J. Opt. Soc. Am. B 26 (2009) 1151-1156.

(口頭発表)

1 2006年9月 電子情報通信学会信越支部大会
光架橋性高分子液晶へのクロスグレーティング書き込み特性
菱田正方、小野浩司、川月喜弘
2 2007年9月 日本液晶学会討論会
光配向基板を用いた2次元回折格子液晶セルの形成
菱田正方、小野浩司、川月喜弘
3 2008年3月 第55回応用物理学関係連合講演会予稿集 第3分冊
交差型液晶回折格子セル形成と交差角の影響
菱田正方、川月喜弘、小野浩司

 

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