強誘電性液晶のフォトニクス帯での位相整合によるSHG増幅効果

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らせん構造を有するコレステリック液晶にらせん軸に沿ってそのらせんピッチと同じ波長の光を入射すると、らせんの掌性と同じ掌性を持つ円偏光が選択的に反射される。この現象は液晶の分野では選択反射として良く知られているが、フォトニクス帯におけるブラッグ反射ということもできる。本研究では、このような反射を受ける光がらせん内部で発生した場合に何が起こるかを問題にする。光学現象としては光第二高調波発生(SHG)を用い、らせん液晶としてはSHG活性な強誘電性スメクティックC^*液晶を用いた。温度を変化させ、らせんピッチを変化させることによって、基本波はらせんに沿って伝播し、発生したSH光はフォトニクス帯近傍に位置するように出来る。このSH光に対する液晶のらせん構造は、半導体レーザーで用いられている分布帰還型(DFB)キャビティのらせん版と考えることもできる。ここでは、さらにらせん軸に沿ってその両側から基本光を入射した。SH光に対する波数ベクトルの実部はフォトニクス帯ではゼロなので、位相整合が達成される。このような系で実験を行い、以下のような特徴を確認した。(1)SHG強度は膜厚に大きく依存する。(2)ピークを示す光学ピッチは膜厚に依存する。(3)2光束を用いた方が1光束を用いたときに比べて百倍以上SHGが大きい。(4)1光束でも2光束でも膜厚が同じならピーク時は同じである。(3)は位相整合条件の重要性を示している。(4)は1光束の場合でもフレネル反射によって弱いながらも2光束と同じ現象が生じていることを示唆している。理論計算を行い、上に述べた基本的な実験事実が良く説明できることを示した。