染料掺杂液晶激光器的光谱特性研究

首先从理论上计算出了染料(DCM)掺杂液晶激光器的泵浦阈值能量为9.2×10-7 J,从而选定了最适合的泵浦光源,并在此基础上设计了相应的泵浦光路。通过检测输出激光的光强和波长,从光栅周期、外加电场两个方面着手对激光器的输出光谱进行了特性研究,结果表明,通过改变光栅周期就可以实现出射激光波长在100 nm范围内(585～685 nm)的调谐,符合理论计算值。与此同时,通过施加外加电场也可以实现出射波长的调谐,虽然调谐范围较小,但是也实现了输出激光强度的调谐,强度调谐幅度高达90.2%。染料掺杂液晶激光器的波长和光强双向可调谐特性,大大拓展了其在全光网络通信的应用前景。但是,当电场从0 V·μm-1增加到20 V·μm-1时,出射激光的线宽也从0.4 nm增加到了1.5 nm,在激光器的可调谐应用中也应注意线宽的变化。     

基于光控取向技术的液晶元器件研究

从液晶取向技术展开,介绍了液晶几何相位的基本原理和光控取向液晶元器件的制作工艺,通过实验制备了液晶透镜和液晶双焦点透镜样品,并在衍射光路中演示了其效果.相比于传统光学透镜,制备的液晶透镜和双焦点透镜的焦距和焦点位置可以按需预设在液晶样品中,其中双焦点透镜可实现焦距相等和焦距不相等的情况.此外,本实验制备的液晶样品还具备偏振控制的功能,通过调节入射光的偏振态可以切换目标光场的分布.     

染料掺杂液晶可调谐光纤荧光光源的研究

本文提出了染料掺杂液晶填充空心光纤构造荧光可调谐光源.基于染料分子能级结构理论分析B4400荧光光谱依赖温度的变化特性,采用脉宽8 ns,波长为532 nm YAG倍频脉冲激光器抽运,向列相液晶作基体,实验分析染料B4400掺杂液晶填充空心光纤荧光光谱选择性荧光放大规律及温度调谐特性.结果表明:通过控制染料浓度可控制荧光输出功率水平;当温度升高时,中心波长发生红移,中心波长调谐范围为590—605 nm;荧光谱宽呈单调展宽,调制范围为228—236 nm;染料掺杂液晶填充空心光纤荧光光源可实现一定范围内的温度调谐.     

用于液晶取向的掺偶氮类染料的光诱导取向膜

介绍了一种使用聚酰亚胺和偶氮类染料进行液晶光诱导取向技术,深入研究了代号为SY04包含两个偶氮基团的新偶氮类染料.通过对取向膜偏振吸收光谱的分析,讨论了这种混合材料光诱导取向机理.由于聚酰亚胺良好的成膜性使得这种光诱导取向膜具有很好的稳定性,偶氮类染料的引入使得液晶表面取向更加有序,从而获得了响应快速,电光特性优良的液晶盒.这种取向膜材料同时具有很好的热稳定性及抗紫外稳定性.     

液晶染料填充阶梯型Double-period结构局域模的光学特性

利用传输矩阵法研究了液晶染料填充一维阶梯型Double-period第四代准周期结构局域模的光学特性。计算了增益前局域模与外加电场方向和正入射波方向间夹角θ的变化关系,分析了增益系数与局域模透射率的关系以及局域模在空间位置的光场分布,讨论了增益后的局域模透射率与光场强度的关系。结果表明:随着夹角θ的增大,光子禁带变宽并且只向短波方向拓展;随着夹角θ的增大,增益前的局域模向短波方向移动,透射率逐渐增大,且局域模波长的调控量为23.7nm。随着增益系数的增大,透射率先增大后减小。光场分布呈现局域现象,当夹角θ=43.4°,波长λ=595.0nm时,光强达到6个数量级。增益后的局域模透射率与光场强度呈正比关系。     

染料掺杂聚合物分散胆甾相液晶薄膜激光特性研究

采用激光染料DCM、向列相液晶TEB30A、手性剂S-811、聚乙烯醇(PVA), 通过微胶囊法制备了聚合物分散胆甾相液晶薄膜, 测量激光辐射谱, 研究了其激光辐射机理和温度调谐特性. 利用正交偏光显微镜观察器件织构, 看到液晶微滴分散均匀, 尺寸较大, 约为80 μm, 并且微滴中液晶分子呈现平面态排列织构. 以532 nm的Nd:YAG固体激光器作为抽运源, 测得在634.5 nm和680.2 nm波长处出现了尖锐的激光辐射峰, 线宽分别约为0.25 nm, 0.29 nm. 并与染料掺杂胆甾相液晶激光器件进行比较. 升高器件温度, 其输出激光波长蓝移, 获得666.7 nm至643.9 nm共22.8 nm的调谐范围. 由实验结果分析得出, 激光辐射机理为光子禁带末端激光, 出射波长分别对应光子禁带的两个边沿.     

电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。设计了两种电极结构,分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场,采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。对正性液晶器件施加电场,在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。对负性液晶激光器件施加电场,获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。由器件织构和光子禁带的变化,进行了深入的分析。正性液晶器件,在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中,引起液晶的流动,光子禁带上下浮动,因此不仅在禁带边沿,禁带内也出现激光辐射。而负性液晶器件随着电场强度增大,液晶螺距收缩,禁带蓝移,输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm,出射激光波长为光子禁带边沿处。负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。     

掺杂二色性染料扭曲向列液晶光程差测量研究

通过对掺杂有二色性染料扭曲向列液晶器件的结构和光学原理的分析,采用光学测试设备扫描得到不同理论光程差的发射光谱。并运用光谱所对应的透过率及其相应理论光程差的比例关系,使用回归拟合曲线,得到测定有效光程差的方法,其线性相关的程度R2可达到0.995 7。该方法具有快速,简易的特点,对研究掺杂二色性染料扭曲向列液晶光程差的测量有参考作用。     

光子晶体液晶光纤随机激光研究

将掺杂激光染料DCM的手性向列相液晶注入全反射型光子晶体光纤微孔中,研究了激光辐射行为。采用固体Nd∶YAG倍频532 nm激光作为抽运光,室温下,在各个方向上均能探测到随机激光辐射谱。当抽运光的入射方向与样品轴向成30°,光纤光谱仪沿样品轴向方向以及垂直样品轴向方向探测时,在600~650 nm范围内不同波段测得多个离散的尖锐随机激光辐射峰,其线宽约为0.2~0.3 nm。当加热样品至各向同性温度时,激光辐射峰消失。光子晶体光纤的微孔中,作为较强散射介质的手性向列相液晶在不同温度下呈现不同分子取向和折射率分布,这是随机激光产生和关闭的根本原因。     

向列相液晶染料可调谐激光器的研究

对向列相液晶染料的可调谐激光器进行了光学特性研究. 以650 nm为中 心波长设计了SiO₂和TiO₂多层膜的一维光子晶体, 以激光染料与向列相液晶的混合物作为增益介质层, 制备了波长可调谐激光器.用Nd: YAG倍频脉冲激光器输出的532 nm激光抽运所制备的激光器样品得出如下光学特性: 激光发射波长随温度调谐范围为605.5---639.8 nm, 达到34.3 nm, 随电压调谐范围为634.5---619.5 nm, 达到15 nm. 发射激光每脉冲的阈值能量为12.3 μJ, 激光线宽小于1 nm.     

胆甾相液晶激光器的调谐特性研究

基于胆甾相液晶螺距及折射率随温度与电场变化的特性, 研究了温度与电场对液晶染料可调谐激光器发射特性的影响. 首先探讨了手性剂浓度、温度与液晶螺距的关系, 制作了液晶染料可调谐激光器, 在温度23–35℃变化时, 其发射波长调谐范围为618.90–594.76 nm, 达到24.14 nm, 在电压0–9 V 变化时, 其发射波长调谐范围为617.40–608.11 nm, 共9.29 nm. 关键词： 可调谐激光器 胆甾相液晶 激光染料     

Changes in material parameters for dye-doped ferroelectric liquid crystal

Addition of the dichroic anthraquinone dye molecules in pure ferroelectric liquid crystal (FLC) matrix results in many improvement in the various vital parameters of the pure FLC. However, addition of anthraquinone dye molecules in pure FLC matrix is not advantageous every time. There are certain constraints which are crucial for the application of these systems into many devices. In this article, we have discussed the concentration and temperature dependence of vital properties of dye-doped FLC. In this study there is improvement in contrast ratio by dye doping due to enhancement in plane switching for dye-doped FLC.     

Random lasing in dye-doped polymer dispersed liquid crystal film

A dye-doped polymer-dispersed liquid crystal film was designed and fabricated,and random lasing action was studied.A mixture of laser dye,nematic liquid crystal,chiral dopant,and PVA was used to prepare the dye-doped polymer-dispersed liquid crystal film by means of microcapsules.Scanning electron microscopy analysis showed that most liquid crystal droplets in the polymer matrix ranged from 30 μm to 40 μm,the size of the liquid crystal droplets was small.Under frequency doubled 532 nm Nd:YAG laser-pumped optical excitation,a plurality of discrete and sharp random laser radiation peaks could be measured in the range of 575–590 nm.The line-width of the lasing peak was 0.2 nm and the threshold of the random lasing was 9 m J.Under heating,the emission peaks of random lasing disappeared.By detecting the emission light spot energy distribution,the mechanism of radiation was found to be random lasing.The random lasing radiation mechanism was then analyzed and discussed.Experimental results indicated that the size of the liquid crystal droplets is the decisive factor that influences the lasing mechanism.The surface anchor role can be ignored when the size of the liquid crystal droplets in the polymer matrix is small,which is beneficial to form multiple scattering.The transmission path of photons is similar to that in a ring cavity,providing feedback to obtain random lasing output.     

楔形盒染料掺杂胆甾相液晶激光器研究

设计制作了楔形盒掺杂激光染料PM580的胆甾相液晶器件, 研究了激光辐射行为. 在楔形液晶盒中出现了一系列与楔棱平行的向错线和不同规则形状的晶畴, 胆甾相液晶形成了平面态排列. 采用固体Nd:YAG倍频532 nm 波长激光作为抽运光, 获得调谐精度约1 nm, 调谐范围约17 nm的一维波长可调谐激光器. 楔形盒中, 液晶扭曲力与取向膜表面锚定力相互平衡的过程中胆甾相液晶螺距伸张, 光子禁带位置移动, 从而调谐光子禁带边沿出射激光波长. 关键词： 胆甾相液晶 楔形盒 激光辐射     

基于透射式液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的研究

本文研究了染料掺杂透射式液晶/聚合物光栅的制备以及基于透射式液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的激光特性.实验选取DCM作为激光染料,制备了周期为586 nm的掺杂DCM的透射式液晶/聚合物光栅;使用532 nm输出的Nd ∶YAG倍频脉冲激光器作为抽运光源对染料掺杂液晶/聚合物光栅进行侧面抽运,得到了中心波长为603 nm的窄线宽、低阈值激光输出.激光线宽为1.4 nm、阈值能量约为17.3 μJ,与之前国外的报道相比,阈值能量有了很大幅度的降低. 关键词： 液晶/聚合物光栅 分布反馈式激光器 阈值 线宽     

Biphotonic effect-induced phase transition in dye-doped cholesteric liquid crystals and their applications

This work studies the biphotonic effect in samples that are cholesteric liquid crystals (CLCs) doped with azo-C5. The experimental results show that the photo-isomerization of azo-C5 not only changes the clearing point of the sample, but also shifts the reflection band that is associated with the planar texture. Additionally, azo dye-doped CLCs (DDCLCs) have bi-stable or tri-stable states, as determined by the ambient temperature. Photo-switching between these bi-stable/tri-stable states is systematically studied. The result indicates that photo-addressing one of these states (planar, focal conic, and isotropic states) using a low- or high-intensity Ar⁺ laser beam is feasible. The results thus obtained are used to fabricate a photo-rewritable DDCLC display.     

表面液晶-垂直腔面发射激光器温度特性的研究

本文利用向列相液晶层作为激光偏振调控单元,涂覆于垂直腔面发射激光器（VCSEL）表面,测量并分析了不同温度下VCSEL正交线偏振光的阈值电流、峰值光功率和I-P特性. 实验结果表明：温度为293 K时,涂覆液晶后激光偏振第一跳变点和第二跳变点之间的电流值ΔI增大了2.2 mA,比无液晶时增大1倍. 温度为313 K、注入电流为3 mA时,两种正交线偏振光的光功率差ΔP由133.6 μW增大到248.8 μW,进一步增加了线偏振光的各向异性. 表面液晶层的引入有效地扩大了VCSEL的正交线偏振态稳定范围和光功率差,为实现液晶VCSEL高温单偏振稳定的设计和器件制备提供了理论和实验基础. 关键词： 垂直腔面发射激光器 向列相液晶 偏振态     

向列相液晶缺陷光子晶体透射光谱偏振敏感特性研究

研究了向列相液晶缺陷TiO2和SiO2交替的光学多层膜一维光子晶体透射谱偏振敏感特性。外电压下透射光谱测试和模拟结果显示,对于平行取向的向列相液晶,当自然光垂直入射时,禁带中两处出现e(TE模式)光和o光(TM模式)透射峰,具有偏振敏感性。随着电压增大,e光透射峰蓝移与o光透射峰合二为一,光谱可调谐范围分别为31和34nm;而对于取向混乱的向列相液晶,禁带中两处出现独立的透射峰,无偏振敏感性。随着电压增大峰位也蓝移,光谱可调谐范围分别为64和15nm。通过混乱取向液晶分子,可以使o光和e光有效折射率值相等,获得偏振不敏感特性。