基于液晶微流体自组装效应的光控可调光栅

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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种液晶光栅在不同频率交流电场下驱动到阈值的微结构形貌与衍射特性,在不同光场配置下的光栅结构区别,在不同浓度场以下形成的微结构形貌与衍射特性的变化。研究发现,这种液晶光栅遵循光场诱导自组装周期结构的同时,也会产生电场驱动的微周期畴结构,周期大小随电场频率的增大而减小,且在高频会出现第二套模式。此外,随着手性和温度对液晶螺距P0的调节,这种微周期畴会产生角度接近180°的变化。基于微流体自组装效应的多场可调光栅拥有着稳定的可控条件,且在外场下其光栅形貌也灵活多变,有望在光通信与光信息处理等领域有更多的应用。通过对其外场条件的研究分析,也对将来更好地制备和完善这种液晶光栅器件打下了坚实的基础。
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