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外场刺激响应的宽动态域液晶软光子材料研究

外场刺激响应的宽动态域液晶软光子材料研究

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作者：孙沛智华东理工大学

学位级别：硕士

本文旨在对能够响应外场刺激的液晶材料体系及光子器件的制作进行研究。通过在手性向列相液晶体系中掺入偶氮手性材料,在紫外曝光的条件下,偶氮分子发生光致异构效应,由扭曲力常数(HTP)较大的反式trans.构型转变为HTP较小的顺式cis构型... 详细信息

本文旨在对能够响应外场刺激的液晶材料体系及光子器件的制作进行研究。通过在手性向列相液晶体系中掺入偶氮手性材料,在紫外曝光的条件下,偶氮分子发生光致异构效应,由扭曲力常数(HTP)较大的反式trans.构型转变为HTP较小的顺式cis构型,从而改变手性向列相液晶分子螺旋排列的螺距并使布拉格反射带的波段产生移动。据此原理通过掩膜曝光方法制备出的反射色周期性交替变化的光栅器件对于入射光具有波段选择性,其原理为光栅对入射光波前的振幅调制,而且选择性波段可以在40nm范围内进行光调控。与聚合物液晶类光栅相比,这种光敏偶氮光栅对应的衍射效率可以实现电调制,而且具有可重复性擦除和再写入的器件灵活性。此外,对于另一类液晶光子器件即手性向列相液晶薄膜化激光体系,也可以在外场刺激下实现对出射激光波长的调谐效果。本实验致力于提高液晶激光薄膜体系的激光性能,对聚合物液晶薄膜整体的出射激光性能和乳液体系中各组分浓度间的相关性进行探究。实验结果表明,当手性向列相液晶与PVA的浓度之比介于1:10:9之间时,制备出的薄膜中能出射激光的有效液晶微滴数量最多,薄膜整体激光性能最优。而薄膜中液晶微滴的平均直径与组分浓度也存在很显著的关系,手性向列相液晶的浓度越高、聚合物PVA的浓度越低的薄膜中液晶微滴的平均直径越大。而对于单个液晶微滴的激光特性,其泵浦阈值与微滴的尺寸面积基本呈线性相关,说明各液晶微滴对应的泵浦阈值密度相同,与微滴尺寸无关。

关键词：手性向列相光致异构波段选择性薄膜化激光泵浦阈值

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基于光敏手性向列相液晶自组装微结构的光可重构的多功能衍射光学元件

基于光敏手性向列相液晶自组装微结构的光可重构的多功能衍射光学...

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作者：秦佳琦华东理工大学

学位级别：硕士

液晶是一种介于液态和固态之间的中间相态,它同时具备晶体的各向异性与液体的流动性。液晶材料作为一种特殊的光学材料,其软物质特性赋予了外场刺激响应特性,能够对外界对其的光、电、磁、温度、机械力等刺激作出响应,进而引导液晶分子... 详细信息

液晶是一种介于液态和固态之间的中间相态,它同时具备晶体的各向异性与液体的流动性。液晶材料作为一种特殊的光学材料,其软物质特性赋予了外场刺激响应特性,能够对外界对其的光、电、磁、温度、机械力等刺激作出响应,进而引导液晶分子的指向矢发生变化,使得其光学、电学等物理性质发生相应的变化,基于此来实现各种应用。本文基于光敏手性向列相液晶的一维自组装螺旋结构的性质,使用光取向的表面锚定技术,结合掺杂的偶氮苯材料的光敏可调节特性,制备了集成振幅-相位调制的衍射光学元件,该衍射元件继承了相位型衍射元件衍射效率高的优点,并且实现了对反射光多元化的调制。基于此,我们制备了多样化光调制的可切换衍射光学元件,可以通过光刺激可以轻松实现调制方式的切换。首先基于光取向的基板取向技术,对光敏手性向列相液晶进行表面锚定。使用两步紫外掩模曝光的方法,获得周期性图形化取向的液晶分子排列,进而实现对反射光的波前几何相位的调制,制备了相位型衍射元件。由于掺杂的光敏偶氮类手性材料,其分子构型在紫外照射下从螺旋扭曲力（HTP）较大的反式（trans）构型转变为HTP较小的顺式（cis）构型,在可见光（绿光）的照射下会发生其逆过程。其HTP的光调制实现了手性向列相液晶的螺距调控以及布拉格反射带的迁移。基于这个原理,制备的相位型衍射元件具有波段可调的选择性反射特征,可以通过紫外光和可见光来灵活地调节相位型衍射元件的工作波段。由于偶氮苯材料的光致异构,手性向列相液晶“自底而上”的光可调自组装螺旋结构实现了对反射光强度（振幅）的调制。结合SD1光取向“从上到下”的基板锚定实现对反射光几何相位调制,制备了集成振幅-相位调制的衍射元件。该元件具有独特的光切换特性、易操作性和反复擦写的特性。在本实验中基于衍射理论系统分析了其对反射光独特的调制效果以及衍射效果。总之,基于光敏多稳态手性向列相液晶制备的光可重构多功能衍射光学元件为“智能”光学提供了新思路,能够应用于光物理、光化学、全光信号处理和光学操纵等研究领域。

关键词：光敏手性向列相液晶光致异构光取向波段选择性可切换衍射元件

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