江本顕雄博士論文：「光架橋性高分子液晶を用いた偏光回折格子」
江本顕雄
博士論文：「光架橋性高分子液晶を用いた偏光回折格子」
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博士論文要旨 |
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本論文は、光架橋性高分子液晶中での偏光回折格子の形成とその回折特性について論じたものである。本論文は5章からなり、第1章(序論)では、異方性回折格子の研究背景や動向について概説すると共に、本研究の意義について述べている。第2章では理論的背景として、光学異方性、ジョーンズ法、偏光干渉、ホログラフィー、回折現象等について記述している。特に、異方性回折格子(偏光回折格子)のジョーンズ行列表現とその格子からの回折光の計算に関しては本研究の理論解析の最も重要な部分であり詳細に記述している。第3章では実験に使用した材料、格子形成方法及び評価手順などを明確に記述している。第4章では実際に格子形成を行い、種々の異方性回折格子の回折特性を実験的に調べ、理論的な解析によって、それらを説明している。まず、光架橋性高分子液晶フィルム中での偏光ホログラム記録を行い、すでに実験的・理論的に明らかにされている回折光の偏光変換特性を観測することで照射偏光に応じた屈折率異方性を誘起できることを明らかにしている。また、本題の液晶高分子とは光反応部が異なる高効率の偏光ホログラム記録材料を用いて、高次回折光における偏光変換特性を実験的・理論的に明らかにしている。次に、その偏光ホログラムの重ね書き(クロスグレーティングの記録)を行い、その回折特性を詳細に調べ、複数の回折光において同時に多様な偏光変換機能を得ることに成功している。一方で、偏光マスク露光法による簡便な手法を用いて大面積の異方性回折格子の形成にも成功している。更に、3光束干渉計を用いた2次元異方性回折格子についても多くの実験結果を得ている。互いに偏光状態の等しい3光束を用いて、六方最密状の表面レリーフ構造と照射偏光に一致した屈折率異方性を有する2次元異方性回折格子を作製し、その回折特性を実験的・理論的に明らかにしている。また、干渉条件を調整し、正方形状や三角形状などの表面レリーフ構造を有する異方性回折格子の作製にも成功しており、それらの回折特性も実験的・理論的に明らかにしている。第5章では結果をまとめ、研究成果を明確に示している。以上のように光架橋性高分子液晶を用いて様々な偏光回折格子に関して調査を行っており、多様な異方性分布からの偏光回折特性に関する多くの有用な知見を得ている。よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。 |
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博士課程研究計画 |
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１．背景および目的 ２．準備状況 ３．目的達成のための計画 |
修士論文：「液晶の高効率非線形光学特性を用いた光情報処理」
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論 文 概 要 |
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液晶は外場に対する感受性の高い異方性媒質であり、その光学的非線形性の応用は多岐に渡って期待されている。光に情報を与えて伝播させ、光機能性液晶によって情報処理を行うという提案は多く、変調や広くフィルタリングあるいはコンピューティングへの応用等がある。これらの応用は、主として液晶分子の再配列あるいは異方性の増減を用いるものであり、その屈折率変化による位相の変化と振幅の変化によって情報処理をおこなうこととなる。空間的に連続な強度分布をもつコヒーレント光を用いた場合には位相が揃っているため、光機能性液晶を用いた位相空間での情報処理を行うことは難しい。そこで、ホログラフィ技術に見られるように、フーリエ変換光学系を組み合わせたシステムが用いられる場合が多い。これにより、画像などの空間的強度分布を持つ光に対して、位相情報を変化させることが可能となる。 本研究では、2種類の光機能性液晶を用いて、光画像処理を中心にその処理系を提案し実証を行った。1つ目の光機能性液晶材料として、高分子・低分子複合体フォトリフラクティブ液晶中でのリアルタイムホログラフィを用いた光画像処理について調査した。はじめに、2光波結合による光画像増幅を試みた。これは、フォトリフラクティブ材料中で観測される２光波結合と呼ばれる2つのコヒーレント光の間のエネルギの移動を利用したもので、すでに本研究室で実験的に観測されていた。今回、その実験結果の再生像に対して、フォトリフラクティブ効果の物理を用いて理論的に再生像を計算した。結果として、実験結果を説明することができた。次に、このフォトリフラクティブ材料のリアルタイムホログラフィの特性に着目して、フーリエ変換型ホログラフィを用いたRaman-Nath回折領域での光画像の空間周波数の選択的再生を試みた。これは、フーリエ変換型ホログラフィの再生特性とRaman-Nath回折領域での高次多重回折を利用したもので、入力画像光のフーリエ変換像とリファレンス光の干渉稿で高分子・低分子複合体フォトリフラクティブ液晶中にホログラムを書き込む実験を行った。リファレンス光の照射領域や強度を変化させることで、入力画像光の空間周波数成分の選択的再生を試みた。入力画像に正方形を用い、結果として、その正方形画像光のエッジ部や中心部を選択的に再生することができた。また、フーリエ変換光学に基づいてシミュレーションを行い実験結果と比較して一致する結果を得た。 2つ目の光機能性液晶材料として、ネマチック液晶に光吸収色素をドープしたゲスト・ホスト液晶を用い、光画像の反転効果について４ｆシステム実験系を用いて調査を行った。これは、光吸収に伴う材料内部での発熱による液晶分子の再配列によって生じる自己位相変調を利用したもので、入射画像光の位相が変調され明暗が反転する効果である。今回、有限要素法を用いた熱伝導解析により内部での屈折率変化量を計算し、位相変化量を求め出力光強度分布を計算し実験結果と比較を行った。結果として両者は良く一致し画像反転効果に関して理論的に説明することができた。 本研究では、2種類の光機能性液晶材料を用いて、いくつかの光画像処理を試みたが、これらの結果は今後の光機能性液晶の実用的な研究の基礎と位置付けられる。将来的には、フィルム状の液晶材料を光路に挿入するだけで、様々な機能性を発揮することが期待される。 |
（査読論文）
| 1. | Photorefractive
mesogenic composites for optical image processing. A. Emoto, H. Ono and N. Kawatsuk Proceedings of SPIE 45rd Annual Meeting at Seatle, 4802 (2002) 76-84. |
| 2. | Self-organized phase gratings in
photoreactive polymer liquid crystals. H. Ono, A. Emoto, N. Kawatsuki and T. Hasegawa Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 1359-1361. |
| 3. |
Photorefractive liquid
crystal-polymer dispersion with different morphology. |
| 4. |
Highly stable polarization gratings in
photo-cross-linkable polymer liquid crystals. |
| 5. | Special frequency
selective reconstruction using Fourier transform holograms generated in
functionalzied mesogenic composites. A. Emoto, H. Ono and N. Kawatsuki Liq. Cryst. 30 (2003) 1201-1206. |
| 6. | Multiplex diffraction from
functionalized polymer liquid crystals and polarization conversion. H. Ono, A. Emoto, N. Kawatsuki and T. Hasegawa Optics Express, 11 (2003) 2379-2384. |
| 7. | Effects of droplet size
on photorefractive properties of polymer dispersed liquid crystals. H. Ono, H. Shimokawa, A. Emoto and N. Kawatsuki Polymer, 44 (2003) 7971-7978. |
| 8. | Higher order diffraction from
polarization gratings in photoreactive polymer liquid crystals. A. Emoto, H. Ono, N. Kawatsuki and E. Uchida Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) L293-L296. |
| 9. | New fabrication method
for anisotropic gratings formed in photocrosslinkable polymer liquid
crystals. H. Ono, A. Emoto, N. Kawatsuki, E. Uchida, and M. Kuwabara Appl. Phys. A-Materials Science & Processing, 79 (2004) 1725-1727. |
| 10. | Polarization conversion in
polarization holographic gratings formed in photocrosslinkable polymer
liquid crystals. A. Emoto, H. Ono, N. Kawatsuki, E. Uchida and M. Kuwabara Advances in Technology of Materials and Materials Processing, 6 (2004) 124-129. |
| 11. | Pure polarization
gratings from photocrosslinkable polymer liquid crystals. N. Kawatsuki, M. Kuwabara, Y. Matsuura, A. Emoto and H. Ono Transactions of the Materials Research Society of Japan, 29 (2004) 781-784. |
| 12. | Control of thermally enhanced
photoinduced reorientation direction of photocrosslinkable copolymer
liquid crystals and application to polarization gratings using linearly
polarized ultraviolet light. N. Kawatsuki, M. Kuwabara, Y. Matsuura, H. Ono, and A. Emoto Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 5447-5450. |
| 13. | Polarization gratings
in photocrosslinkable polymer liquid crystals prepared by two-step
ultraviolet exposure. A. Emoto, E. Uchida, H. Ono and N. Kawatsuki Jpn. J. Appl. Phys., 44 (2005) 535-538. |
| 14. | Extremely large degree photoinduced
in-plane reorientation in azobenzene-containing polymer liquid crystal
film using 633nm light. E. Uchida, N. Kawatsuki, H. Ono and A. Emoto Jpn. J. Appl. Phys., 44 (2005) 570-574. |
| 15. | 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. |
| 16. | Polarization holograms in azo
dye-doped polymer dissolved liquid crystal composites. H. Ono, F. Takahashi, A. Emoto and N. Kawatsuki J. Appl. Phys., 97 (2005) 053508-1 - 053508-8. |
| 17. | Photorefractivity in
polymer dissolved liquid crystal composites composed of
low-molecular-weight nematic liquid crystals and copolymer comprising
mesogenic side groups. N. Kawatsuki, H. Norisada, T. Yamamoto, H. Ono and A. Emoto Science and Technology of Advanced Materials, 6 (2005) 158-164. |
| 18. | Polarization gratings in
twisted-nematic liquid crystal composites doped with azobenzene dye.
H. Ono, T. Sasaki, A. Emoto, N. Kawatsuki, E. Uchida Opt. Lett., 30 (2005) 1950-1952. |
| 19. | Optical image
correlation in photorefractive mesogenic composites. A. Emoto, H. Ono and N. Kawatsuki Advances in Technology of Materials and Materials Processing 7 (2005) 215-217. |
| 20. | Two-dimensional anisotropic gratings
formed in photocrosslinkable polymer liquid crystals by means of multiple
interference. A. Emoto, H. Ono, N. Kawatsuki and E. Uchida Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 1705-17-9. |
| 21. |
One-dimensional multiplexed anisotropic
gratings in photoreactive polymer liquid crystals. |
| 22. | Anisotropic photonic gratings formed
in photocrosslinkable polymer liquid crystals. H. Ono, A. Emoto and N. Kawatsuki J. Appl. Phys. 100 (2006) 013522. |
| 23. | Surface relief
formation with molecular orientation in photoreactive liquid crystalline
polymer film. N. Kawatuski, K. Fujio, T. Hasegawa, A. Emoto and H. Ono J. Photopolym. Sci. Technol. 19 (2006) 151-156. |
| 24. | 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. |
| 25. | 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. |
| 26. | 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. | ２００１年９月 液晶学会討論会予稿集 393-394 液晶フォトリフラクティブ材料中の２光波結合を用いた光画像増幅 江本顕雄、川村智巳、小野浩司、川月喜弘、中嶋久幸、山本統平 |
| 2. | ２００１年１２月 応用物理学会北陸・信越支部学術講演会講演予稿集 42 液晶フォトリフラクティブ２光波結合による２次元光画像再生 江本顕雄、小野浩司、中嶋久幸、川月喜弘 |
| 3. | ２００２年３月 第４９回応用物理学関係連合講演会予稿集（第３分冊）1171 液晶フォトリフラクティブ材料を用いたRaman-Nath回折領域での画像相関 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 4. | １９９９年１０月 電子情報通信学会信学技報 OME99-89〜99, 99 (1999)
19-23 高分子・低分子複合体液晶のフォトリフラクティブ効果 小野浩司、川村智巳、則定英樹、川月喜弘 |
| 5. | ２００２年７月 SPIE Annual meeting at Seatle
(USA) Photorefractive mesogenic composites for optical image processing A. Emoto, H. Ono and N. Kawatsuki |
| 6. | ２００２年９月 第６３回応用物理学会学術講演会予稿集（第３分冊）1124 ゲスト・ホスト液晶を用いた非線形フーリエ変換光学系を用いた全光型画像反転の詳細解析 江本顕雄、小野浩司 |
| 7. | ２００２年１０月 液晶学会討論会予稿集 455-456 液晶フーリエ変換型実時間ホログラフィと空間周波数選択再生 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 8. | ２００２年１１月 非線形・線形情報処理シンポジウム 予稿集239-244 光機能性液晶と光情報処理応用の試み 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 9. | ２００３年８月 第６４回応用物理学会学術講演会予稿集（第３分冊）1158 光架橋性液晶高分子を用いた熱安定偏光回折格子 小野浩司、江本顕雄、川月喜弘、長谷川貴子 |
| 10. | ２００３年９月 第５２回高分子学会討論会 光架橋性高分子液晶による表面レリーフ形成および偏光ホログラムの作製 川月喜弘、長谷川貴子、小野浩司、江本顕雄 |
| 11. | ２００３年１０月 電子情報通信学会信学技報 OME2003〜80〜91
(2003)
23-27 光反応性低分子・高分子複合体による表面レリーフ及び位相格子の同時記録 田本誉、小野浩司、江本顕雄、川月喜弘 |
| 12. | ２００３年１０月 電子情報通信学会信学技報 OME2003〜80〜91
(2003) 29-34 光架橋性液晶高分子を用いた偏光変換回折素子 小野浩司、江本顕雄、川月喜弘、長谷川貴子 |
| 13. | ２００３年１０月 IUMRS-ICAM 2003 (Yokohama,
Japan) Pure Polarization Gratings from Photo-cross-linkable Polymer Liquid Crystals N. Kawatsuki, M. Kuwabawa, Y. Matsuura, A. Emoto and H. Ono |
| 14. | ２００３年１２月 The 9th International
Conference on Radiation Curing (RadTech Asia '03), Yokohama,
Japan Formation of polarization sensitive surface gratings in photo-cross-linkable polymer liquid crystal. N. Kawatsuki, T. Hasegawa, A. Emoto and H. Ono |
| 15. | ２００４年１月 The 4th International
Symposium on the 21th Century COE Program of Nagaoka University of
Technology, Nagaoka, Japan. Polarization conversion in polarization holographic gratings formed in photocrosslinkable polymer liquid crystals. Akira Emoto, Hiroshi Ono, Nobuhiro Kawatsuki, Emi Uchida and Masaomi Kuwabara |
| 16. | ２００４年３月 第５１回応用物理学関連講演会予稿集（第３分冊）1398 偏光マスク露光法による光架橋性高分子液晶を用いた偏光回折素子形成 江本顕雄，小野浩司，川月喜弘，内田江美，桑原将臣 |
| 17. | ２００４年６月International Symposium on
Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnology
(EM-NANO), Niigata, Japan. Polarization gratings in photocrosslinkable polymer liquid crystals prepared by two-step ultraviolet exposure Akira Emoto, Hiroshi Ono, Nobuhiro Kawatsuki, and Emi Uchida |
| 18. | ２００４年６月 International Symposium on
Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnology
(EM-NANO), Niigata, Japan. Extremely large degree photoinduced in-plane reorientation in azobenzene-containing polymer liquid crystal film using 633 nm light. Emi Uchida, Akira Emoto, Hiroshi Ono and Nobuhiro Kawatsuki. |
| 19. | 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 |
| 20. | ２００４年９月 Abstract of The 2nd
Japanese-Italian Workshop on Liquid Crystals, Mie, Japan, 2-14. Surface relief formation and self-induced molecular reorientation in photocrosslinkable polymer liquid crystal and resultant polarization gratings. N. Kawatsuki, K. Fujio, T. Hasegawa, H. Ono and A. Emoto |
| 21. | ２００４年９月 2004 Japan-Korea
international symposium on advanced display materials and devices
(ADMD’04) 61. Surface relief formation and molecular reorientation in photocrosslinkable polymer liquid crystal films and application to polarization sensitive gratings. K. Fujio, T. Hasegawa, N. Kawatsuki, A. Emoto and H. Ono |
| 22. | 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 |
| 23. | ２００４年１０月 日本液晶学会討論会予稿集 464 アゾ色素ドープ高分子複合体液晶の光誘起カイラル構造形成と偏光回折格子 佐々木友之、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 24. | ２００４年１２月 Abstract of The
6th International Symposium on the 21th Century COE Program of
Nagaoka University of Technology, Guanaphat, Mexco. Optical image correlation in photorefractive mesogenic composites. A. Emoto, H. Ono and N. Kawatsuki |
| 25. | ２００５年１月 生体機能・情報処理シンポジウム 205-210 高分子・低分子複合体フォトリフラクティブ液晶中での光画像相関 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 26. | ２００５年１月 生体機能・情報処理シンポジウム予稿集 211-216 アゾ色素ドープ高分子複合体液晶の偏光回折格子 佐々木友之、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 27. | 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 |
| 28. | 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 1423 光反応性液晶高分子中での3光束干渉による表面レリーフを伴う異方性グレーティング 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘、内田江美 |
| 29. | 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 1423 アゾ色素ドープ高分子複合体液晶を用いたTN セルでの偏光回折格子 佐々木友之、江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 30. | 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 |
| 31. | ２００５年５月 第５４回高分子学会年次大会 1Pd164 p1683 光配向膜を用いた偏光回折格子の作製と光学特性 桑原将臣、川月喜弘、小野浩司、江本顕雄、佐々木友之 |
| 32. | ２００５年１０月 電子情報通信学会光エレクトロニクス研究会 光反応性液晶高分子中での偏光干渉法による2次元周期構造の形成 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘 |
| 33. | ２００５年１２月 Pacifichem 2005 at Hawaii
(USA) Influence of the composition on photoinduced optical anisotropy in copolymers containing 4-methoxyazobenzene side groups and methyl methacrylate units using linearly polarized 633nm light. E. Uchida, N. Kawatsuki, H. Ono and A. Emoto |
| 34. | ２００５年１２月 Pacifichem 2005 at Hawaii
(USA) Photoinduced reorientation and polarization holography of azobenzene-cotaining liquid crystalline polyster with 633nm He-Ne lazer. N. Ohtsuki, N. Fujioka, E. Uchida, N. Kawatsuki, A. Emoto, and H. Ono |
| 35. | 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 光架橋性高分子液晶中での1 次元異方性格子の多重ホログラム記録 江本顕雄、小野浩司、川月喜弘、内田江美 |
| 36. |
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
7-13 |