サブ波長金属光格子が液晶に直接浸潤することによる配向異常や効率損失の問題に対して、サブ波長特性サイズを持つ空間光変調器は、加工の簡便性と性能の両立を図る最適化されたアンカリング方式を緊急に必要としている。そこで本論文では、新しいアンカリング方式を提案する。ポリメチルメタクリレート（Polymethyl Methacrylate、PMMA）を金属光格子のレジストとして使用し、また溝内部の充填材および液晶セル上基板のアンカリング材料として用いることで、加工工程の簡素化と均一な配向を実現し、浸潤問題を回避する。サブ波長金属光格子と液晶面が直接接触する際のアンカリング規則を明らかにし、直接浸潤方式の性能限界を明確にするために、まず液晶を金属光格子表面に直接アンカリングする方式を採用し、正交偏光顕微鏡実験によりサブ波長金属光格子が液晶中に浸潤した際の液晶分子の配向を研究した。金属光格子に対応する下基板配向が格子線方向に平行および垂直の2群の液晶セルを製作し、液晶分子がサブ波長金属光格子試料内で格子線方向に配向し、ねじれ配向を形成することを観察した。この配向は従来の位相変調器に好まれる平行アンカリングモードではなく、格子共振と共鳴する金属光格子表面の表面プラズモンポラリトン（Surface Plasmon Polaritons、SPP）の偏光方向と直交しており、金属光格子共振が液晶の変調変化を効果的に感知できず動的変調が達成できない。以上の実験的界面配向特性を踏まえ、TechWiz 3Dソフトウェアを用いて溝内にPMMAおよび液晶を充填した場合の電気印加下における金属光格子下表面の液晶指向ベクトル変化をシミュレーションし、金属光格子下表面の液晶有効屈折率の変化量を示した。得られた有効屈折率のデータをFDTD Solutionsソフトウェアにインポートし、PMMA充填と液晶充填の2つの方式における反射位相変調量および反射率特性を比較した。シミュレーション結果は、液晶充填方式と比べてPMMA充填方式の方がより完全な0～2πの位相変調範囲と優れた反射率特性が実現可能であることを示した。本研究は、PMMA平坦化層が液晶の動的制御を目的とした光学超表面デバイスにおける有望な技術方案であることを示している。

サブ波長金属光格子; 位相変調; 液晶セルアンカリング; 液晶有効屈折率; PMMA平坦化層