基于液晶微流体自组装效应的光控可调光栅
发布时间:2021-07-31 06:29
光栅是一种由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件,在光谱测量、光计算以及光学信息处理等领域有着非常广泛的应用。但传统光栅母版不仅造价昂贵,需要机械刻划,且周期相位角度固定单一,无法实现高精度光束偏转。近年来,液晶光栅凭借其驱动电压低、功耗小、重量轻、体积小、衍射特性可调等无可比拟的优点,逐渐成为光栅器件的研究热门。本文基于微流体自组装效应,利用光控取向技术制备了可在光场、电场、手性浓度场和热场等多种可控场下调节的液晶光栅。利用正交偏光显微镜与CCD对这种多场可调液晶光栅的微观形貌进行了观察与记录,并通过光栅衍射光路对其衍射效应进行了观测和分析。我们首先搭建了两束正交圆偏振的457nm激光干涉全息光路,对含有光取向层的液晶盒进行曝光。通过一种名叫亮黄(BY,brilliant yellow)染料的光取向材料,在液晶盒内表面形成相位周期取向膜。其次我们利用棒状液晶1008与手性材料S811进行不同浓度的掺杂,制备了不同浓度场的混合液晶材料,并分别将不同浓度掺杂的混液晶灌入统一配置的光取向液晶盒。最后利用液晶材料的自组装特性,在液晶盒内形成液晶光栅。通过控制单一变量,我们对比分析和研究了这...
【文章来源】:广东工业大学广东省
【文章页数】:62 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
光栅Fig.1-1grating
广东工业大学硕士学位论文2广泛用于测量位移,其原理是利用光栅形成叠栅条纹,通过叠栅条纹的光学放大作用和误差平均效应,来实现测量精度的提高。又如光栅光谱仪利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)来实现光谱测量。再如光纤光栅,利用光纤中的光敏性,在纤芯内形成的空间相位光栅,它具一系列优异的性能,例如附加损耗孝体积孝反射带宽大、易与光纤耦合等等,它还可与其它光器件兼容且不受环境尘埃影响,在光纤通信领域和光纤传感器领域有着十分重要的应用。此外,光栅还在空间光通信,三维图像处理,光开关等等一系列的领域有着重要应用。1920年人们将光栅刻槽形状刻划成锯齿形,研制出了闪耀光栅(blazedgrating)。闪耀光栅通过将光能集中在预定方向上,适用于特定波段的特定光谱,大大提高了衍射效率,如图1-2所示。20世纪50年代,人们采用“真空复制法”复制光栅大大提高了生产效率与生产质量。随着科学技术的进步,光栅的性能和制造技术也需要进一步的提高,比如更高的分辨率,非等间距的平面或凹面光栅,提高全息光栅的衍射效率等等。图1-2闪耀光栅三维结构(a)和工作参数(b)Fig.1-23Dstructure(a)andworkingparameters(b)ofblazedgrating1.1.2液晶光栅的基本介绍传统光栅母版造价昂贵,离不开机械刻划,且周期相位角度单一固定,无法实现高精度光束偏转。而液晶光栅(LCgrating)具有机械光栅无法比拟的优点,如驱动电压低、功耗孝重量轻、体积孝衍射的偏振特性可调等等,逐渐成为光栅器件的研究热门。液晶光栅几乎可以满足空间光通信所有重要指标的要求,如重量、尺寸、功耗、寿命、成本、驱动电压、光电集成、可编程性、光束扫描和偏转范围等[2]。例如其在光卫星链路建立的关键技术,空间激光通信APT系统中就扮演者重要角色。
广东工业大学硕士学位论文4用高双折射率的向列相液晶制作一种相位光栅,基板上刻印了192根电极,实现了大衍射角和较高的衍射效率。图1-3液晶相位衍射光栅结构示意图Fig.1-3Structurediagramofliquidcrystalphasediffractiongrating1.2.2液晶/聚合物光栅虽然传统液晶光栅具有体积孝功耗低、衍射特性可控等非常多的优点,但是传统液晶光栅也有着一些限制,比如衍射效率与光的偏振性相关,会损失一部分入射光能量;没有接地电极,边缘电场会引入高次谐波等。为了克服这些不足,人们在新聚合物高分子材料的研究取得了进展,一些新的液晶/聚合物光栅被制备了出来,如图1-4所示。图1-4液晶/聚合物光栅结构图Fig.1-4Structurediagramofliquidcrystal/polymergrating1994年R.L.Sutherland等人利用全息干涉法制备了电场调谐的全息聚合物分散液晶光栅。其原理是利用双束激光在样品出进行干涉形成空间上的光场周期分布,由于液晶盒内有着事先掺杂好的光敏单体材料,在光场的作用下,预聚物单体发生聚合,与液晶形成了交替周期变化的光栅。这种光栅在二维空间上呈现周期分布,衍射图样为点阵,且衍射效率可通过电场来调节,可作为光交互中的分束器、调制器、耦合器。1.2.3光控取向光栅光控取向技术,就是利用特定波段的光对液晶取向层进行光配向,从而引导液晶
【参考文献】:
期刊论文
[1]非等光强正交圆偏振光对液晶偏振光栅衍射特性的影响[J]. 刘春杰,彭增辉,李松振,王启东,刘永刚. 液晶与显示. 2018(02)
[2]光控取向技术应用于液晶非显示领域的若干进展[J]. 邹朋飞,魏冰妍,杨淑蕾,梁晓,陈国飞,陈宽,陆延青,胡伟. 液晶与显示. 2017(06)
[3]香蕉形液晶中非标准的电流体效应[J]. 井红珍,项颖,王峰,徐鸣亚,叶文江,袁瑞,何春. 液晶与显示. 2017(05)
[4]偏振光诱导液晶高分子表面取向及其应用研究[J]. 朱可,李晓慧. 江苏科技信息. 2017(06)
[5]光敏聚合物薄膜光化学性能及其诱导液晶分子取向性能的研究[J]. 曹进,吴倜,张伟民,王占文,张孝良,蒲嘉陵. 影像科学与光化学. 2017(01)
[6]光调谐的胆甾相液晶应用的发展[J]. 张伶莉. 液晶与显示. 2016(11)
[7]液晶光控取向技术进展[J]. 王骁乾,沈冬,郑致刚,郭海成. 液晶与显示. 2015(05)
[8]不同手性剂对超扭曲向列相液晶的影响[J]. 史子谦,乔云霞,贵丽红,崔青,陈雪娇,华瑞茂. 液晶与显示. 2014(02)
[9]液晶光定向材料研究进展[J]. 纪小妹,焦杨,董晓明,魏杰,冯振基,宋晓春. 信息记录材料. 2008(04)
[10]一种新型光敏小分子用于光控取向的研究[J]. 姚丽双,彭增辉,张伶莉,吕凤珍,宣丽. 液晶与显示. 2007(05)
本文编号:3312955
【文章来源】:广东工业大学广东省
【文章页数】:62 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
光栅Fig.1-1grating
广东工业大学硕士学位论文2广泛用于测量位移,其原理是利用光栅形成叠栅条纹,通过叠栅条纹的光学放大作用和误差平均效应,来实现测量精度的提高。又如光栅光谱仪利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)来实现光谱测量。再如光纤光栅,利用光纤中的光敏性,在纤芯内形成的空间相位光栅,它具一系列优异的性能,例如附加损耗孝体积孝反射带宽大、易与光纤耦合等等,它还可与其它光器件兼容且不受环境尘埃影响,在光纤通信领域和光纤传感器领域有着十分重要的应用。此外,光栅还在空间光通信,三维图像处理,光开关等等一系列的领域有着重要应用。1920年人们将光栅刻槽形状刻划成锯齿形,研制出了闪耀光栅(blazedgrating)。闪耀光栅通过将光能集中在预定方向上,适用于特定波段的特定光谱,大大提高了衍射效率,如图1-2所示。20世纪50年代,人们采用“真空复制法”复制光栅大大提高了生产效率与生产质量。随着科学技术的进步,光栅的性能和制造技术也需要进一步的提高,比如更高的分辨率,非等间距的平面或凹面光栅,提高全息光栅的衍射效率等等。图1-2闪耀光栅三维结构(a)和工作参数(b)Fig.1-23Dstructure(a)andworkingparameters(b)ofblazedgrating1.1.2液晶光栅的基本介绍传统光栅母版造价昂贵,离不开机械刻划,且周期相位角度单一固定,无法实现高精度光束偏转。而液晶光栅(LCgrating)具有机械光栅无法比拟的优点,如驱动电压低、功耗孝重量轻、体积孝衍射的偏振特性可调等等,逐渐成为光栅器件的研究热门。液晶光栅几乎可以满足空间光通信所有重要指标的要求,如重量、尺寸、功耗、寿命、成本、驱动电压、光电集成、可编程性、光束扫描和偏转范围等[2]。例如其在光卫星链路建立的关键技术,空间激光通信APT系统中就扮演者重要角色。
广东工业大学硕士学位论文4用高双折射率的向列相液晶制作一种相位光栅,基板上刻印了192根电极,实现了大衍射角和较高的衍射效率。图1-3液晶相位衍射光栅结构示意图Fig.1-3Structurediagramofliquidcrystalphasediffractiongrating1.2.2液晶/聚合物光栅虽然传统液晶光栅具有体积孝功耗低、衍射特性可控等非常多的优点,但是传统液晶光栅也有着一些限制,比如衍射效率与光的偏振性相关,会损失一部分入射光能量;没有接地电极,边缘电场会引入高次谐波等。为了克服这些不足,人们在新聚合物高分子材料的研究取得了进展,一些新的液晶/聚合物光栅被制备了出来,如图1-4所示。图1-4液晶/聚合物光栅结构图Fig.1-4Structurediagramofliquidcrystal/polymergrating1994年R.L.Sutherland等人利用全息干涉法制备了电场调谐的全息聚合物分散液晶光栅。其原理是利用双束激光在样品出进行干涉形成空间上的光场周期分布,由于液晶盒内有着事先掺杂好的光敏单体材料,在光场的作用下,预聚物单体发生聚合,与液晶形成了交替周期变化的光栅。这种光栅在二维空间上呈现周期分布,衍射图样为点阵,且衍射效率可通过电场来调节,可作为光交互中的分束器、调制器、耦合器。1.2.3光控取向光栅光控取向技术,就是利用特定波段的光对液晶取向层进行光配向,从而引导液晶
【参考文献】:
期刊论文
[1]非等光强正交圆偏振光对液晶偏振光栅衍射特性的影响[J]. 刘春杰,彭增辉,李松振,王启东,刘永刚. 液晶与显示. 2018(02)
[2]光控取向技术应用于液晶非显示领域的若干进展[J]. 邹朋飞,魏冰妍,杨淑蕾,梁晓,陈国飞,陈宽,陆延青,胡伟. 液晶与显示. 2017(06)
[3]香蕉形液晶中非标准的电流体效应[J]. 井红珍,项颖,王峰,徐鸣亚,叶文江,袁瑞,何春. 液晶与显示. 2017(05)
[4]偏振光诱导液晶高分子表面取向及其应用研究[J]. 朱可,李晓慧. 江苏科技信息. 2017(06)
[5]光敏聚合物薄膜光化学性能及其诱导液晶分子取向性能的研究[J]. 曹进,吴倜,张伟民,王占文,张孝良,蒲嘉陵. 影像科学与光化学. 2017(01)
[6]光调谐的胆甾相液晶应用的发展[J]. 张伶莉. 液晶与显示. 2016(11)
[7]液晶光控取向技术进展[J]. 王骁乾,沈冬,郑致刚,郭海成. 液晶与显示. 2015(05)
[8]不同手性剂对超扭曲向列相液晶的影响[J]. 史子谦,乔云霞,贵丽红,崔青,陈雪娇,华瑞茂. 液晶与显示. 2014(02)
[9]液晶光定向材料研究进展[J]. 纪小妹,焦杨,董晓明,魏杰,冯振基,宋晓春. 信息记录材料. 2008(04)
[10]一种新型光敏小分子用于光控取向的研究[J]. 姚丽双,彭增辉,张伶莉,吕凤珍,宣丽. 液晶与显示. 2007(05)
本文编号:3312955
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