特种液晶及其光场调控器件

发布时间：2017-09-22 21:10

  本文关键词：特种液晶及其光场调控器件

  更多相关文章： 液晶 双稳态显示 涡旋光束 光控取向 光束整形

【摘要】：液晶因优异的电光特性在信息显示和非显示领域得到广泛的应用,其光学各向异性覆盖了广阔的波段,相关的研究也逐渐由可见拓展到了红外甚至太赫兹波段。通过改变外场条件或利用取向技术获得设计的液晶分子的指向矢分布,可对入射光波的各种参数如强度、偏振、位相和波前等进行微区控制,实现光场的局域调控。本论文主要介绍了两种基于液晶的光场调控器件,分别实现了对光强和位相的控制,可在双稳态显示及光束整形领域发挥重要的作用。掺杂有离子的近晶A相液晶在不同频率电场下具有两个稳态,分别是垂直排列的透过态和随机焦锥排列的散射态。该双稳态显示只需要加电来切换状态,两个稳态的保持无需电压的持续施加,相较于传统的显示方法大大节省了电能,可以应用在不需要频繁更换画面的显示领域如电子标签、电子书等等。传统的近晶A相材料虽然稳定性好、可靠性高,但是光学对比度低、驱动电压高,使得器件显示效果和使用寿命受到限制。我们设计了两种新型的近晶A相液晶混合物,用异硫氰基团取代了传统材料中的氰基团,在异硫氰基取代苯环端链的3,5位引入了两个氟基团,并引入了4-异硫氰基苯基吡啶衍生物。这种分子结构的设计增大了液晶材料的双折射率,拓宽了近晶相温宽范围,降低了材料的粘度。通过电光性能测试可知,利用这两种材料的器件在透过态和散射态的双向转变中,阈值电压降低,响应速度变快,且两种状态的光学对比度大大提高。涡旋光束是具有螺旋型波前并携带有轨道角动量的特殊光场,在宽波段光学通信、量子信息、光镊等领域有着十分重要的应用。有很多的方法可以产生涡旋光束,但是如何拥有一种兼具有光束质量高、效率高、制作成本低、可调节且无光束偏折等优点的产生方式一直是研究的热点问题。q波片,一种液晶分子指向矢方向在空间周期渐变的半波片,拥有上述所有优点。当圆偏振高斯光入射该波片时,出射光偏振完全翻转并产生拓扑荷数为2q的涡旋光束。q波片实现了光子自旋角动量和轨道角动量的耦合,但传统的q波片只能产生单一拓扑荷数的整数阶涡旋光场。在此基础上我们提出了meta-q-plate的概念,使得q及液晶初始指向矢角度在空间极坐标内沿角向和径向可任意变化,进一步提高了光束整形的能力。我们利用动态无掩模光刻系统和基于偏振敏感取向材料的光控取向技术实现了多种液晶meta-q-plate的制备,产生了椭圆形、非对称形、多环和旋风状等多种复杂的涡旋光场,实现了对波前点对点的控制。同时,我们也对旋风状涡旋光束的形成进行了理论的模拟和实验的探究。这种设计大大增强了对光场进行调控的灵活性。
【关键词】：液晶 双稳态显示 涡旋光束 光控取向 光束整形
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O753.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 液晶技术简介11-17
• 1.1.1 液晶的结构与基本性质11-14
• 1.1.2 液晶的取向技术14-17
• 1.2 论文研究目的及内容17-18
• 参考文献18-20
• 第二章 近晶A相双稳态显示材料及器件20-45
• 2.1 双稳态显示技术20-29
• 2.2 近晶A相双稳态显示29-42
• 2.2.1 近晶A相双稳态显示的研究现状29-32
• 2.2.2 双稳态近晶A相材料的设计32-34
• 2.2.3 双稳态近晶A相材料的性能测试34-42
• 2.3 本章讨论与小结42-43
• 参考文献43-45
• 第三章 一种用于产生涡旋光束的液晶q波片45-74
• 3.1 涡旋光束简介及产生45-52
• 3.2 液晶q波片的设计及制作52-61
• 3.2.1 液晶q波片结构及应用52-57
• 3.2.2 传统制作方法57-59
• 3.2.3 多步重复曝光制作新型的液晶q波片59-61
• 3.3 液晶q波片性能表征61-69
• 3.3.1 几种新型的液晶q波片62-66
• 3.3.2 旋风状涡旋光束的模拟与探讨66-69
• 3.4 本章讨论与小结69-70
• 参考文献70-74
• 第四章 总结与展望74-78
• 4.1 总结74-75
• 4.2 展望75-77
• 参考文献77-78
• 攻读硕士期间学术成果78-79
• 致谢79-81

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本文编号：902875