RISU_TOP.GIF - 4,722BYTES  関口拓也

 修士論文:「FDTD法による液晶微細構造の光学特性解析」

論 文 概 要

回折素子は、光の分岐や伝播方向の変換、集光分散などを目的として、光記録や光情報伝送など光エレクトロニクスやフォトニクスの分野において広く用いられている。その一つとして近年、光学的異方性材料を用いて周期的な異方性の分布を形成することで、偏光変換機能を有する偏光回折格子の作製が可能であることが多くの研究者により報告されており、高機能光デバイスへの応用が期待されている。
これら偏光回折格子における光学特性解析にはJones法が用いられることが多い。Jones法は、異方性媒体中の光波の伝播を比較的簡便に解析できることから一般的に用いられる手法である。しかしながら、その構造が微細化、複雑化することによりMaxwellの方程式をより厳密に解かなければ光学特性を正確に説明することはできない。最近では、これに代わりFDTD法を用いることが提案されている。FDTD法はMaxwellの方程式を数値的に直接計算するという数値電磁解析法の一つであり、数学的な近似をほとんど用いていないという利点を持つことから新たな解析手法として期待が持たれるところである。
本研究では、FDTD法を用いて偏光回折格子の光波伝播解析を行った。主な目的は大きく分けて二つである。一つは今まで我々の研究室において光架橋性高分子液晶を用いてホログラム記録の方法により作製されたRaman-Nath型における偏光回折格子の回折特性ついて、FDTD法により光波伝播解析を行うことである。このRaman-Nath型回折格子は、Jones法においても解析を行うことが可能であるが、この手法では回折格子内部から格子近傍部など一連の光波の挙動を解析することができず、回折格子を通過した光がどのような変化を経て回折光として出力されているのかを説明することが困難であった。
 もう一つは、Bragg型における偏光回折格子の回折特性についてFDTD法により解析を行うことである。Raman-Nath型では有効な偏光変換機能を発揮するが、さらに素子としての応用を考えるとBragg型回折格子の伝播特性に興味が持たれるところである。
 解析を行った結果、Raman-Nath型における偏光回折格子については実験的に一致した回折特性を得ることができ、特にOC gratingにおいてはその特徴的な回折特性がs, p偏光成分による打ち消し合いや強め合いによって生じる相互的な現象であることを説明できた。
 また、Bragg型における偏光回折格子については、Bragg型としての性質と異方性の性質の両方を有していることを解析により確認することができるとともに、格子の膜厚や入射偏光などによる特性の変化について明らかにした。OC gratingにおける回折特性は、円偏光の選択的な反射によって生じていることがわかり、その選択的な反射はOC gratingにおける異方性分布の捩れ構造に起因していることを説明できた。また、これらBragg型における偏光回折格子の回折特性は、Bragg角においてRaman-Nath型の特性を示すことを明らかにできた。
これらの解析結果から、FDTD法を用いた光学特性解析の手法は偏光回折格子などの液晶微細構造に対してとても有効な手法であることを示すことができたと考えられる。

(査読論文)

1. Light wave propagation in polarization holograms formed in photoreactive polymer liquid crystals, H. Ono, T. Sekiguchi, A. Emoto and N. Kawatsuki, Jpn. J. Appl. Phys. 47(2008) 3559-3563.
2. Light wave propagation and Bragg diffraction in thick polarization gratings, H. Ono, T. Sekiguchi, A. Emoto, T. Shioda and N. Kawatsuki, Jpn. J. Appl. Phys. 47 (2008) 7963-7967.

(口頭発表)

1. 2005年10月 電子情報通信学会信越支部大会講演論文集 249-250
光配向法により作製した回折格子液晶セルのFDTD法による解析
関口拓也、森崎孝、小野浩司、川月喜弘
2. 2005年11月 Optics Japan 2005
時間領域差分法による液晶散乱素子の光散乱特性解析
森崎孝、関口拓也、小野浩司、川月喜弘
3. 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 1344
FDTD法による液晶偏光回折格子の光波伝播解析
関口拓也、森崎孝、小野浩司、川月喜弘
4. 2006年9月 The symposium of 21th century COE program Nagaoka University of Technology (30th anniversary of Nagaoka University of Technology)
Analysis of light propagation in liquid crystal polarization gratings by means of FDTD method
T. Sekiguchi, H. Ono and N. Kawatsuki
5. 2006年11月 電子情報通信学会有機光エレクトロニクス研究会 技術研究報告 13-18
FDTD法による液晶偏光回折格子の光波伝搬解析
関口拓也、森崎孝、小野浩司、川月喜弘
6. 2007年3月 第54回応用物理学関係連合講演会予稿集 第3分冊 1348
偏光回折格子のBragg型回折のFDTD解析
関口拓也、小野浩司、川月喜弘

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