Polarization diffraction properties of polarization grating using optically biaxial anisotropy and application to polarization electronics elements

利用光学双轴各向异性的偏振光栅的偏振衍射特性及其在偏振电子元件中的应用

• 批准号: 21J11539
• 负责人: 百崎 龍成
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11539/
• 关键词: 二軸異方性; 偏光; 偏光回折格子; 液晶材料; 機能性高分子材料; 幾何学的位相

偏光制御に有用な回折光学素子である、偏光回折格子の形成に二軸異方性を呈する液晶材料を用いることによって、回折特性の入射角依存性を低減することに成功した。さらに、二軸異方性による入射角依存性の低減効果が入射光の波長に対する光学的厚さに依存することや最も低減効果が高まる二軸異方性形状の決定手法についても明らかにした。偏光回折格子の形成手法としては、従来と同様に光配向法を採用し、二軸異方性を呈する偏光感受性高分子液晶に偏光干渉光を照射することによるものである。そして、実験的に形成した偏光回折格子を回転ステージ上に配置してプローブ光（波長532 nm）を入射することによって、各入射角での回折効率や回折光の偏光楕円率を測定した。理論解析では、斜入射時の計算が可能な時間差分有限差分(FDTD)法によって透過光の複素振幅分布を計算し、回折計算によって回折特性を算出した。結果として、入射光の波長に対して光学的に十分に薄い(Raman-Nath)領域の偏光回折格子では、二軸異方性によって回折特性の入射角依存性を低減できた。一方で、偏光回折格子の格子周期をさらに小さくした、光学的に厚い(Bragg)領域では二軸異方性による低減効果が小さくなった。また、Raman-Nath領域の偏光回折格子に関して、異方性材料科学の分野で一般的に使用されるNz係数を用いて、デカルト座標系の基底に対応する主屈折率nx、ny、nzの組み合わせを決定する手法を提案した。本研究成果は、最も基本的な偏光エレクトロニクス素子である、偏光回折格子に関するものであり、幾何学的位相レンズや軸対称半波長板などにも応用可能な技術である。そして、偏光回折格子に斜入射が必要となる、偏光回折格子を用いたLiDAR、エアリアルディスプレイ、ニアアイディスプレイといった種々の光デバイスの高機能化につながる。

Polarization control is useful in the form of biaxial anisotropy, such as refracting optical elements and polarizing refracting lattices. The use of crystalline materials and the dependence of the refractory characteristics on the angle of incidence have been successfully reduced.さらに、biaxial anisotropy によるreducing effect of incident angle dependence がwavelength of incident light に対するoptical thickness さにDepends on the method of determining the shape of the two-axis anisotropic shape by minimizing the effect and minimizing the effect. The formation method of the polarized folding grid is the same, the light alignment method is the same, and the biaxial anisotropy is adopted It is a polarized light-sensitive polymer liquid crystal that is irradiated with polarized interference light. The light of the polarized return grid formed by the light and the polarized light is configured on the light (wavelength 532 nm), the incident angle is measured, and the refraction efficiency and polarization efficiency of the refracted light at each incident angle are measured. Theoretical analysis is possible, calculation at oblique incidence is possible, the finite difference time difference (FDTD) method is used to calculate the complex element amplitude distribution of transmitted light, and the return calculation is to calculate the return characteristics. The result is that the wavelength of the incident light is very thin (Raman-Nath), the polarization refraction grid is very thin, and the biaxial anisotropy is the refraction characteristics and the incident angle dependence is reduced. One square, the lattice period of the polarizing return lattice is small, and the optical thickness (bragg) field is the biaxial anisotropy, which reduces the effect of the lattice.また、Raman-Nath fieldのPolarized refracted lattice に关して、Anisotropic materials science のGeneral にUse されるNz coefficient The technique and proposal were determined based on the combination of the principal refractive index nx, ny, and nz of the いて and デカルト coordinate systems. The results of this research are: the most basic polarized light filter and polarized return grid filterるものであり、Geometric phase レンズやaxial symmetrical half-wavelength plate などにも応 is possible with the technology である.そして, polarized light return grid is necessary for oblique incidence, となる, polarized light return grid is used, いたLiDAR, エアリアルディスプレイ、ニアアイディスプレイといったkind 々の光デバイスのHigh-functionality につながる.

项目成果

Investigation on diffraction properties of polarization gratings with optically biaxial anisotropy

光学双轴各向异性偏振光栅的衍射特性研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryusei Momosaki;Moritsugu Sakamoto;Kohei Noda;Tomoyuki Sasaki;Takeya Sakai;Yukitoshi Hattori;Nobuhiro Kawatsuki;and Hiroshi Ono
• 通讯作者: and Hiroshi Ono

Magnification and wavefront aberration correction by a geometric-phase lens in a polarized aerial display using a right-angle prism

使用直角棱镜在偏振航空显示器中通过几何相位透镜进行放大和波前像差校正

• DOI: 10.1364/ao.432720
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Optics
• 影响因子: 1.9
• 作者: Momosaki Ryusei;Ashikawa Kazunari;Yamada Koya;Sakamoto Moritsugu;Noda Kohei;Sasaki Tomoyuki;Kawatsuki Nobuhiro;Tanaka Yoshichika;Sakai Takeya;Hattori Yukitoshi;Ono Hiroshi
• 通讯作者: Ono Hiroshi

偏光回折格子の回折特性の入射角依存性低減に適した二軸異方性の調査

研究适合减少偏振光栅衍射特性的入射角依赖性的双轴各向异性

• 发表时间: 2021
• 作者: 百﨑龍成;坂本盛嗣;野田浩平;佐々木友之;酒井丈也;服部幸年;川月喜弘;小野浩司
• 通讯作者: 小野浩司

Effects of optically biaxial anisotropy in orthogonal-circular polarization gratings operating in the Raman-Nath to Bragg regimes

光学双轴各向异性对在拉曼-纳斯至布拉格体系中工作的正交圆偏振光栅的影响

• DOI: 10.1364/josab.442104
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Optical Society of America B
• 作者: Momosaki Ryusei;Sakamoto Moritsugu;Noda Kohei;Sasaki Tomoyuki;Sakai Takeya;Hattori Yukitoshi;Kawatsuki Nobuhiro;Ono Hiroshi
• 通讯作者: Ono Hiroshi

二軸異方性を有する高分子液晶偏光回折格子の偏光回折特性

双轴各向异性聚合物液晶偏振光栅的偏振衍射特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 百﨑龍成;坂本盛嗣;野田浩平;佐々木友之;酒井丈也;服部幸年;川月喜弘;小野浩司
• 通讯作者: 小野浩司