基于SLM光控取向制备的光电可调控液晶器件

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液晶器件在人们的生活中扮演着很重要的角色,光电液晶材料如蓝相液晶、铁电液晶等,由于其优秀的外场响应能力,被不断研究应用于显示及光学器件领域。在这些材料中,有一类含偶氮苯翼的弯曲向列相液晶材料,这种材料在工业制造摩擦取向的液晶盒中显示出了优秀的光电响应特性,但是分子排列显示出的织构较差,且不方便于光场调控,难以实现应用。本文使用这种材料,基于液晶空间光调制器的偏振光控取向技术,制备了一种相位液晶器件(Pancharatnam-Berry Liquid Crystal,PBLC),不仅可以进行便捷的光电调控,而且具备优秀的显示效果。制备液晶盒是光控取向实验的基础环节,在超净实验室中进行。由于材料处于液晶相态时温度较高,为了保护高温下的取向稳定,在偶氮染料BY制备的取向层之上,又旋涂了RM257溶液作为保护层。实验搭建了全息偏振光栅光路,进行干涉光栅的曝光实验,用来检测制备液晶盒的取向效果,方便调配各种参数。本文使用的LCoS是众多空间光调制器(Spatlal Light Modulator,SLM)中的一种,它是一种新型的数码成像技术,电信号驱动,分辨率高,相位调制范围广。以LCoS为核心元件搭建光路,通过8位灰度图控制实时动态数字掩膜,在单次曝光中,可以实现不同微区不同偏振方向的同时取向。将偏振方向细化到每个像素微镜,实现“圆环状”“放射状”等准连续图案取向。偏光显微镜系统下进行器件的光电调控实验,CCD光学传感镜头实时采集样品图像。器件温度保持在225℃,环境处于无光干扰状态。对器件施加频率为100Hz的交流电,发生Freedericksz转变,在电压幅度到达阈值(1V)后,样品发生以颜色为表征的瞬时状态变化。在365nm的光场调控下,液晶分子发生反式-顺式光致异构转变,在四十秒内实现四种颜色的渐变过程。并发生光场增强FT效应,有效降低了电场的阈值电压。在光电复合场调控下,器件实现了橙、黄、绿、橘四种状态转变。通过绘制灰度图,控制图案各个微区灰度值的差异,即可实现器件的彩色显示。基于SLM光控取向制备的光电可调控相位液晶器件,具有制作简单高效、分辨率高、响应灵敏、色域广、成本低等优势,有望应用于显示、光开关、光信息处理领域。
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