RISU_TOP.GIF - 4,722BYTES  河合孝太郎

博士論文:「光架橋性高分子液晶の高度光配向制御技術を用いた異方性フォトニック液晶素子に関する研究」

論文概要
  本研究では、光波の振幅、偏光、波長、伝搬方向を複合的かつ動的に制御可能な光学素子の創成を目的とし、光架橋性高分子液晶の特性を利用した新たな光配向 手法による新規の液晶回折素子の形成、ならびに、これらの素子の回折光学特性の実証をJones法を用いた理論解析により行った。結果として、入射した光 波の波長と偏光を分離でき、その特性を動的に制御できる光学素子や、多数の偏光状態の光波を一度に生成できる光学素子、回折する波長を動的に選択できる液 晶回折素子が実現できることを理論解析により示した。さらに、実際に多光束偏光干渉光学系等を用いた光配向により素子を形成し、設計通りの回折光学特性が 得られることを実験的に確認した。

修士論文:「光架橋性高分子液晶の高度光配向制御技術を用いた捩れ配向制御と回折格子液晶セル形成」

論 文 概 要

  光波は、波長、振幅、位相、偏光などの多彩なパラメータを有する波動である。これらを自由に制御することにより、光通信や光記録媒体、光情報処理のさらな る高度化、高密度化が期待される。特に、周期的に配向処理を施した配向膜により液晶を配向させることで形成する回折格子(回折格子液晶セル)は、回折時の 偏光変換特性や回折特性の入射光偏光依存性を有することから、光波のパラメータを複合的に制御できる回折光学素子への応用が期待される。
しかしながら、回折格子液晶セルを形成するためには、2枚の配向膜に対して別々に周期的配向処理を施し、それらを張り合わせる必要がある。一般的に行われ ているこの形成手法は、精密な張り合わせを要求されるほか、配向処理のプロセスを最低でも2回は必要とするため、実際の産業への応用を考えたとき、さらに 効率的な形成手法の確立が必要である。
我々の研究グループでは、配向膜材料として側鎖型の光架橋性高分子液晶(PCLC)を用い、光配向による回折格子液晶セルの形成を提案してきた。我々が用 いているPCLCは、照射する偏光紫外光の露光エネルギーが、ある閾値よりも高い場合には照射偏光方向と平行に、低い場合には垂直に配向するという特長が ある。我々はこれまでに、この現象を用いて2枚の未配向のPCLC基板から形成した空セルに対して偏光紫外光を照射し、PCLC基板の光吸収に伴って2枚 の基板で露光エネルギーが異なることを利用した一度露光によって、捩れ配向の液晶セルが形成できることを見出している。
本研究は、これらの光配向技術を応用し、2枚のPCLC基板から形成された空セルに対し、偏光状態または光強度が周期的に変調された2光波干渉紫外光を一 度露光するのみの効率的かつ実用的な手法で、種々の周期的な光学異方性分布を有する回折格子液晶セルを形成し、それらの光学特性を実験及び理論解析により 明らかにすることを目的とした。本研究では、干渉させる2光波の偏光状態の組み合わせにより4種類の回折格子液晶セルを形成した。また、それぞれの回折格 子液晶セルに対して、可視光入射時の回折特性の測定、偏光顕微鏡を用いた配向分布の観察、Jones法及びネマチック液晶の弾性体理論等の各種理論を用い た理論解析を行った。 
結果として、実験により得られた回折特性及び偏光顕微鏡による観察結果は、理論解析により説明することができ、空セルへの2光波干渉光の一度露光による種々の光学異方性分布を有する回折格子液晶セルの形成が可能であることを実証した。

(査読論文)

1.
Multilevel anisotropic diffractive optical elements fabricated by means of stepping photo-alignment technique using photo-cross-linkable polymer liquid crystals, K. Noda, K. Kawai, T. Sasaki, N. Kawatsuki and H. Ono, Appl. Opt. 53 (2014) 2556-2561.
2.
Effects of plasticizer on the transient diffraction properties of polarization holographic gratings made from polarization-sensitive polymeric films, T. Sasaki, T. Shoho, K. Kawai, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono, Jpn. J. Appl. Phys. 53 (2014) 062601.
3.
Simple fabrication of liquid crystalline grating cells with homogeneous and twisted nematic structure and effects of orientational relaxation on diffraction properties, K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono, Appl. Opt. 53 (2014) 3679-3686.
4.
Blazed vector grating liquid crystal cells with photocrosslinkable polymeric alignment films fabricated by one-step polarizer rotation method, K. Kawai, M. Kuzuwata, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono, Jpn. J. Appl. Phys. 53 (2014) 122601.
5.
Holographic binary grating liquid crystal cells fabricated by one-step exposure of photocrosslinkable polymer liquid crystalline alignment substrates to polarization interference ultraviolet beam, K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, M. Sakamoto, N. Kawatsuki, and H. Ono, Appl. Opt. 54 (2015) 6010-6018.
6.
Diffraction properties of a vector grating liquid crystal cell fabricated using a one-step exposure of a non-orthogonal elliptically polarized interference beam, K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, M. Sakamoto, N. Kawatsuki and H. Ono, J. Opt. Soc. Am. B 32 (2015) 2435-2440.
7.
Three-dimensionally modulated anisotropic structure for diffractive optical elements created by one-step three-beam polarization holographic photoalignment, K. Kawai, M. Sakamoto, K. Noda, T. Sasaki, N. Kawatsuki and H. Ono, J. Appl. Phys. 119 (2016) 123102.
8.
Design and fabrication of a tunable wavelength-selective polarization grating, K. Kawai, M. Sakamoto, K. Noda, T. Sasaki, N. Kawatsuki and H. Ono, Appl. Opt. 55 (2016) 6269-6274.
9.
Tunable dichroic polarization beam splitter created by one-step holographic photoalignment using four-beam polarization interferometry, K. Kawai, M. Sakamoto, K. Noda, T. Sasaki, N. Kawatsuki and H. Ono, J. Appl. Phys. 121 (2017) 013102.
10.
Polarization grating fabricated by recording a vector hologram between two orthogonally polarized vector vortex beams, M. Sakamoto, Y. Nakamoto, K. Kawai, K. Noda, T. Sasaki, N. Kawatsuki and H. Ono, J. Opt. Soc. Am. B 34 (2017) 263-268.

(口頭発表)

1.
第74 回応用物理学会秋期学術講演会(2013年9月16日〜20日、同志社大学)
偏光紫外一度露光によるブレーズ型TN液晶回折格子セル形成
河合孝太郎、葛綿充、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
2.
電 子情報通信学会信越支部大会(2013年10月5日、長岡技術科学大学)
反射構造を有するホログラフィックベクトル回折格子の回折特性
山口春樹、河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
3.
電 子情報通信学会信越支部大会(2013年10月5日、長岡技術科学大学)
光架橋性高分子液晶を用いた捩れ光配向液晶セル形成におけるキラル分子添加効果
志村礼、河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
4.
The 9th International Conference on Optics-photonics Design and Fabrication (ODF'14) (2014年2月12日〜14日、板橋)
Fabrication of Blazed Vector Grating Liquid Crystal Cells with Twisted Nematic Structure by means of One-Step Polarizer Rotation Method
K. Kawai, M. Kuzuwata, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono
5.
第61回応用物理学会春季学術講演会(3月17日-20日、青山学院大学相模原キャンパス)
2光波強度変調干渉光の一度露光によるツイストネマチック配向とホモジニアス配向が混在する回折格子液晶セルの形成
河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
6.
第61回応用物理学会春季学術講演会(3月17日-20日、青山学院大学相模原キャンパス)
光架橋性高分子液晶を用いた2次元多値異方性回折光学素子の形成
野田浩平、河合孝太郎、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
7.
第39回光学シンポジウム(6月26日-27日、東大生産技術研究所)
光架橋性高分子液晶の高度光配向制御技術を用いた回折格子 液晶セルの形成
河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
8.
電子部品・材料研究会(10月8日、機械振興会館)
光架橋性高分子液晶への偏光変調記録と偏光回折素子への応用
野田浩平、関俊介、岡村如泰、河合孝太郎、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
9.
Optics & Photonics Japan (OPJ2014) (11月5日〜7日、筑波大学東京キャンパス)
光架橋性高分子液晶を用いた捩れ回折格子液晶セル形成におけるキラル分子添加効果
志村礼、河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
10.
Optics & Photonics Japan (OPJ2014) (11月5日〜7日、筑波大学東京キャンパス)
ファブリペロ構造を有するホログラフィックベクトル回折格子の回折特性
山口春樹、河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
11.
Optics & Photonics Japan (OPJ2014) (11月5日〜7日、筑波大学東京キャンパス)
光架橋性高分子液晶による周期的液晶分子配向の高度制御及び偏光制御機能を有する回折光学素子への応用
河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
12.
The 2nd Asian Conference on Liquid Crystals(1月19日〜21日、釜山)
Binary Grating Liquid Crystal Cells Fabricated by One-Step Polarization Holographic Exposure on Photocrosslinkable Polymer Liquid Crystal Films (Best Poster Award)
K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono
13.
The 2nd Asian Conference on Liquid Crystals(1月19日〜21日、釜山)
Diffraction Properties of Grating Liquid Crystal Cells Doped Chiral Molecules Using Photocrosslinkable Polymer Liquid Crystals
R. Shimura, K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono
14.
第62回応用物理学会春季学術講演会(3月11日-14日、東海大学 湘南キャンパス)
光架橋性高分子液晶を用いた回折格子液晶セル形成と回折特性 のキラル分子添加効果
志村礼、河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
15.
第62回応用物理学会春季学術講演会(3月11日-14日、東海大学 湘南キャンパス)
光架橋性高分子液晶を用いたファブリペロー構造を有するホログラフィックベクトル格子の回折特性
山口春樹、河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
16.
第62回応用物理学会春季学術講演会(3月11日-14日、東海大学 湘南キャンパス)
強度変調と偏光変調が混在した2光波干渉紫外光の一度露光によるTN及びホモジニアス配向が混在したベクトル回折格子液晶セル形成
河合孝太郎、佐々木友之、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
17.
The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015) (6月16日〜19日、朱鷺メッセ)
Vector grating liquid crystal cells with TN and homogeneous alignment fabricated by one-step exposure of photocrosslinkable polymer liquid crystal films to non-orthogonal elliptical interference beam (Poster Award)
K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki and H. Ono
18.
The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015) (6月16日〜19日、朱鷺メッセ)
Two-dimensional multilevel anisotropic diffractive optical elements fabricated using photocrosslinkable polymer liquid crystals
K. Noda, K. Kawai, T. Sasaki, N. Kawatsuki and H. Ono
19.
日本液晶学会討論会(9月7日〜9日、東工大)
キラルネマチック液晶を用いた捻れ配向回折格子液晶セルの配向欠陥形成
志村礼、河合孝太郎、佐々木友之、坂本盛嗣、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
20.
電子部品・材料研究会(10月14日、機械振興会館)
ホモジニアス配向した光配向性複合体液晶の紫外直線偏光露光による配向方位制御
小歩岳史、Tran Minh Tien、河合孝太郎、佐々木友之、坂本盛嗣、野田浩平、川月喜弘、後藤耕平、小野浩司
21.
Optics & Photonics Japan 2015 (2015年10月28日〜10月30日、筑波大学東京キャンパス文教校舎)
3光束偏光干渉露光法による3次元液晶配向構造を有する回折光学素子の形成
河合孝太郎、佐々木友之、坂本盛嗣、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
22.
Optics & Photonics Japan 2015 (2015年10月28日〜10月30日、筑波大学東京キャンパス文教校舎)
ファブリペロ共振器を用いた偏光回折格子の特性制御
山口春樹、河合孝太郎、佐々木友之、坂本盛嗣、野田浩平、川月喜弘、小野浩司
23.
第63回応用物理学会春季学術講演会(3月19日-22日、東工大 大岡山キャンパス)
強い波長選択性を有する捩れ配向液晶回折格子
河合孝太郎、坂本盛嗣、野田浩平、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
24.
第63回応用物理学会春季学術講演会(3月19日-22日、東工大 大岡山キャンパス)
ガルバノ描画法による多値異方性回折素子の形成
野田浩平、河合孝太郎、坂本盛嗣、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
25.
第63回応用物理学会春季学術講演会(3月19日-22日、東工大 大岡山キャンパス)
光架橋性高分子液晶を用いたファブリペロ構造を有する偏光回折格子の回折特性制御
山口春樹、河合孝太郎、坂本盛嗣、野田浩平、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
26.
Optics & Photonics Japan 2016(10月30日〜11月2日、筑波大学東京キャンパス文教校舎)
坂本盛嗣、河合孝太郎、野田浩平、岡和彦、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
4つの光渦の同軸干渉による複数の偏光特異点を有するベクトルビームの生成
27.
Optics & Photonics Japan 2016(10月30日〜11月2日、筑波大学東京キャンパス文教校舎)
坂本盛嗣、河合孝太郎、野田浩平、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
ベクトルビームへの偏光変換特性を有する異方性回折格子
28.
第64回応用物理学会春季学術講演会(3月14日〜17日、パシフィコ横浜)
4光束偏光干渉光配向による可変式波長偏光ビームスプリッターの創成
河合孝太郎、坂本盛嗣、野田浩平、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司
29.
第64回応用物理学会春季学術講演会(3月14日〜17日、パシフィコ横浜)
ベクトル渦ビームの偏光ホログラム記録により作製された異方性回折素子
坂本盛嗣、中元勇貴、河合孝太郎、野田浩平、佐々木友之、川月喜弘、小野浩司

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