向列相液晶分子结构与黏度关系研究及BPNN-QSAR模型建立

用于光学、微波通信调谐等器件的向列相液晶材料需要具备高响应速度来实现应用需求.液晶器件响应速度与液晶的旋转黏度、液晶的双折射率等因素相关.微波器件用向列相液晶,常采用大π-电子共轭体系、大极性基团来提高液晶分子的双折射率和介电各向异性,实现宽相位调制量,也因此增大了液晶材料黏度,影响了微波器件的响应速度.本文以液晶黏度因素为主线,对本课题组设计合成的42种向列相液晶在25℃时的黏度用旋转流变仪进行测试,从液晶化合物的结构角度分析影响液晶黏度的因素.首次建立向列相液晶分子结构与黏度的BPNN-QSAR定量构效模型,模型测试组预测值跟真实值之间的相关系数q²=0.607>0.5,说明模型可用于液晶化合物的黏度性能预测,并对影响黏度性能的分子结构描述符进行了探讨.从实际应用出发结合本课题研究,设计了两个系列7个大双折射率液晶分子, BPNN模型测试黏度量度小于同类型分子,实验测试值与模型测试值相近.     

一种用于密集波分复用系统中的可调谐液晶法布里-珀罗滤光片

基于液晶分子的双折射特性，设计并制作了一种结构简单的可用于波分复用系统中的可调谐液晶法布里-珀罗滤光片。对器件的光谱调谐特性进行了分析和模拟，并得到了液晶分子的折射率调制与其分子在电场作用下产生的转动角度之间的关系式。最后，对所设计的结构进行了制作和实验，测试结果显示了滤光片的性能受液晶分子的排列特性和法布里-珀罗腔的反射镜参量的影响较大，同时实验表明了这种利用向列型液晶分子作为法布里-珀罗腔内介质的可调谐滤光片在加电压调试下其调谐性能良好，调谐范围可覆盖C波段，透过峰的半峰全宽达到了0．8nm，实验结果与设计相吻合。     

便携式电控聚合物分散液晶全息透镜的电源及结构设计

根据聚合物分散液晶材料的光电特性及需要,在研究基于聚合物分散液晶光电器件时必须设计合适的电源驱动系统。介绍了在电控聚合物分散液晶全息透镜器件研制中,将电池输出的直流低压升高变频到70～100V、1000Hz频率交流高电压的电路系统设计。并介绍了变焦透镜装置总体结构的机械设计。实验结果表明,该电源设计能够满足聚合物分散液晶全息透镜器件中的液晶分子光轴驱动的需要,并能实现器件的小型化和便捷式。     

太赫兹波段液晶分子极化率的理论研究

近年来,太赫兹(THz)波段电磁辐射的研究引起科学技术界广泛的关注.液晶(LC)材料具有宽带可调的特性且拥有成熟的工业技术基础,在基于液晶设计的太赫兹可调器件研究中显示了巨大的应用潜力.因此,为了快速发展实用的LC-THz调制器件,对液晶材料在太赫兹频率范围内的光电特性进行系统的了解是至关重要的.分子极化率是表征分子中电荷分布的重要物理量.采用密度泛函理论方法对液晶分子PCH5,5CB和5OCB在太赫兹波段的极化率性质进行计算研究,从电子结构的角度,利用极化率密度分析方法考察了分子不同区域对极化率数值的贡献,详细探讨了尾链、核心结构和极性取代基等不同基团对极化率及其各向异性的影响.     

液晶磁致旋光的研究

利用矩阵方法分析了液晶的旋光效应，导出了液晶旋光的矩阵表示. 利用JG-3型连续可调谐磁场仪搭建实验装置，红外1350 nm激光器做光源，测量了偏振光通过磁场作用下BL-009型向列相液晶的旋光角，详细分析了磁场对液晶旋光性能的影响. 通过实验测试，对液晶的阈值磁场强度进行了讨论，同时对实验结果进行了理论上的分析，得出了液晶旋光角随磁场与液晶盒表面夹角而变化的结论，验证了液晶分子轴的旋转方向与磁场的方向无关，这为更好的研究液晶的特性以及液晶器件的设计具有重要的参考价值. 关键词： 液晶 矩阵 磁致旋光     

液晶法布里-玻罗滤波器可调谐特性分析

分析了液晶法布里－玻罗可调滤波器中介质反射镜反射相位引起的峰值波长漂移. 液晶法－玻滤波器通过外加电压调谐峰值波长, 反射相位会导致峰值波长漂移使器件不能达到DWDM系统的使用要求. 本文推导了一套计算反射镜反射相位的公式,将它应用于液晶法-玻可调滤波器的理论设计, 模拟结果定量表示了反射相位对峰值波长造成的影响. 这对确定液晶可调滤波器峰值波长和设计器件电驱动装置具有重要意义. 由此设计了一个在光通讯波段可单调调谐的液晶法-玻滤波器.     

铁电液晶螺旋结构的理论近似研究

由铁电液晶（FLC）手性近晶C相下螺旋结构的理论近似计算得出FLC一个螺距内平均折射率的表达式,根据表达式可得出一个螺距内的FLC分子作为一个整体可以看成一个向列相液晶分子模型的结论.当FLC沿螺旋轴方向的厚度等于FLC螺距的整数倍时,液晶盒内垂直取向的FLC分子可看作向列相液晶模型组成的集合.ZLI-3654型FLC与5CB型向列相液晶的实验结果验证了上述结论,理论结果和实验结果一致.这一理论可为畸变螺旋FLC和垂直排列畸变螺旋FLC器件的制备以及FLC的应用提供理论指导和更深的认识. 关键词： 铁电液晶 螺距 平均折射率 向列相液晶     

扭曲向列相液晶电光效应的微观机理研究

为了探究液晶电光效应的微观机理,以扭曲向列相液晶为研究对象,对液晶分子的变化情况进行了理论分析。运用连续体弹性理论分析了扭曲向列相液晶分子的指向矢取向变化,并对液晶电光效应曲线不同区间范围液晶微观结构的变化进行了系统分析。结果表明:液晶分子在零电场条件下的扭曲是均匀的;当外加电场大于某一值时,液晶分子开始转向,液晶产生电光效应。研究结果对液晶显示器件设计和深入理解液晶电光效应机理具有一定的指导意义。     

太赫兹液晶材料与器件研究进展

液晶是一种性能优异的可调控光电功能材料,基于液晶的太赫兹器件有着广泛的应用前景,但高性能太赫兹功能器件的研发仍处于初级阶段.本文综述了太赫兹领域液晶材料与器件的研究现状,探讨了液晶技术与太赫兹技术相结合的发展趋势.     

向列相液晶中光致非线性效应的研究

分析了向列相液晶中的光致非线性效应.在此基础上,基于液晶显示器工作原理设计了光控光器件.提出简化模型并利用琼斯矩阵给出光在该模型中的传输理论;引入斜入射的控制光束代替外加电压来调控液晶盒中分子的排列,实现对出射信号光的位相和光强的光-光调控;利用5CB液晶的温度特性分析环境温度对光-光调控的影响.理论分析表明:出射光位...     

硅基底液晶光阀的理论和工艺研究

本文介绍了一种新型空间光调制器——硅基底液晶光阀。阐述了该器件的工作原理和各膜层的制备过程。最后提出了两种薄双面抛光片的方法,它们是实现该器件实用化的关键工艺。     

用于电响应红外反射窗的液晶聚合物薄膜特性研究

提出了一种红外反射器件,通过载体液晶在电场下的转向控制胆甾型液晶聚合物粒子在器件中的排布方向,实现红外反射与透射之间切换.其中,胆甾型液晶聚合物粒子是实现红外反射关键.介绍了胆甾型液晶聚合物薄膜的制备方法,并采用超声波破碎的方法制备液晶粒子.研究了液晶混合物中不同比例的交联剂液晶1对液晶聚合物薄膜脆性和反射波段的影响,发现当液晶1占100%时,液晶聚合物薄膜的脆性最大,且其清亮点最高,并且薄膜的反射波段随着液晶1比例的增加而向短波方向偏移.同时,研究了薄膜厚度对液晶聚合物粒子的影响,发现液晶薄膜厚度越小,制备的液晶聚合物粒子越小且越均匀,其制成的器件电驱动性更好.该研究有利于帮助电响应红外反射窗的性能优化.     

聚合温度及铁电液晶有序度对单体转化率的影响

采用琉醇和丙烯酸的混合物作为反应单体,利用红外光谱仪检测反应前后单体的C=C双键吸收峰的变化,研究了温度对单体转化率的影响。制备了单体含量为10%的聚合物稳定铁电液晶器件,研究了铁电液晶有序度对单体的影响。实验表明:随着温度的增加单体的转化率增加,随着铁电液晶有序度的增加单体的转化率增加;在铁电液晶中单体的转化率主要受有序度的影响;制备聚合物稳定铁电液晶器件最佳的聚合条件为近晶A相(SmA)下聚合。     

Programmable agile beam steering based on a liquid crystal prism

To meet the application need for agile precision beam steering, a novel liquid crystal prism device with a simple structure, convenient control, low cost and applicable performance is presented, and analysed theoretically and experimentally. The relationships between the optical path and the thickness of the liquid crystal cell under different voltages are investigated quantitatively by using a theoretical model. Analysis results show that the optical path profile of the liquid crystal prism has a quasi-linear slope and the standard deviation of the linear slope is less than 16 nm. The slope ratio can be changed by a voltage, which achieves the programmable beam steering and control. Practical liquid crystal prism devices are fabricated. Their deflection angles and wavefront profiles with different voltages are experimentally tested. The results are in good agreement with the simulated results. The results imply that the agile beam steering in a scope of 100 μrad with a micro-rad resolution is substantiated in the device. The two-dimensional beam steering is also achieved by cascading two liquid crystal prism devices.     

液晶光学相位共轭镜的研制

本文研制了一种由向列型液晶和非晶硅光导层组成的新型光学相位共轭镜。概述了该器件产生相位共扼波的原理,通过实验测试了器件的性能。测试表明,该器件有灵敏度高(20μW/cm²)、响应速度快(5ms)、光谱响应范围宽、结构紧凑等特点。由于响应快,器件能在没有防振装置的实验桌上输出相位共轭波,这对相位共轭的推广应用有重要意义。为了提高共轭光强,实验中还使用了一种脉冲增强技术,它将共轭光的功率提高了一个量级以上。     

Nearly-analogue blazed phase grating using high birefringence liquid crystal

Diffraction of liquid crystal gratings has been thoroughly studied for many applications such as diffraction optics, optical processing, and spectral analysis. In pure optical processing one varies the direction of propagation of light beam without any mechanical adjustment. In this work we propose a beam steering device using highly birefringent liquid crystal material. Using a highly birefringent material one can reduce the LC layer thickness needed to achieve 2π of phase modulation and thus reduce the fringing effect caused by deformation of the electric field at the edge of the pixel. Here, we present 1.5-μm thick, high-resolution diffraction grating with non-detectable fringing.     

Photonics Devices Based on Hybrid Approach Combining Liquid Crystals and Sol-Gel Waveguides

In this article, the analysis of both an integrated electro-optic switch and a continuously tunable filter based on a Bragg grating in planar waveguide with a liquid crystal overlayer is reported. The fast and bistable switching of smectic C* in the surface-stabilized liquid crystal structure has been utilized in order to investigate the possibility of realizing an integrated electro-optical switch, whereas the soft-mode of smectic A* liquid crystals, allowing a continuous modulation of extraordinary refractive index, have been utilized in order to design an integrated wavelength filter in the wavelength range of interest for optical communication. Moreover, the performance of an electro-optical router, working at the wavelength of 1.55 μm and based on the multimode interference effects together with the electro-optic effect of smectic A* liquid crystal, is theoretically and numerically discussed.     

Proposal for a simple integrated optical ion-exchange waveguide polarizer with a liquid crystal overlay

A simple, compact electro-optic polarizer based on an ion-exchanged glass channel waveguide covered with a nematic liquid crystal (LC) is proposed. A full-vectorial beam propagation method is employed to simulate this device for the first time. For the cases of zero and strong LC surface anchoring, the performance of the proposed polarizer under different applied voltages is analyzed numerically. Analysis indicates that surface anchoring of the liquid crystal is a key issue influencing the performance for the proposed optical polarizer device.