液晶空间光调制器的混合场效应

通过研究透射光的偏振方向或者偏振状态研究了液晶空间光调制器的混合场效应.观测了不同条件下液晶空间光调制器的透射光的线偏度以及主轴方向,分析了扭曲向列效应和双折射效应的变化.实验结果表明:液晶的双折射效应叠加在扭曲向列效应上,共同影响透射光的状态,其综合效应即混合场效应是液晶空间光调制器的主要工作模式.     

可调谐液晶红外滤光片的光学特性分析

可调谐红外滤光片是高分辨率红外成像仪谱段识别和分光的重要光学器件。采用琼斯矩阵方法对平行向列相和90°扭曲向列相液晶法-珀红外滤光片的本征偏振态及光学特性进行了研究。结果表明,当非偏振光垂直入射时,平行向列相液晶法-珀滤光片在任何电压下两组本征偏振态均不发生模式混合,具有偏振敏感性;90°扭曲向列相液晶法-珀滤光片在电压较低时具有偏振敏感性,当电压大于三倍Freedericksz阈值电压时,两组本征偏振态发生模式混合,偏振敏感性消除。     

平行排列丝状液晶在超短脉冲激光激励下发生瞬态扭曲形变的最佳偏振角

利用光学相位延迟法，观察到平行排列丝状液晶在超短脉冲激光（10ns）激励下的瞬态扭曲形变.实验结果表明，虽然脉冲激光的电场强度远远大于液晶发生扭曲形变的阈值，但并不能保证液晶会发生瞬态扭曲形变.这主要是因为脉冲激光的激励时间非常短，而液晶分子发生扭曲形变的响应时间相对较长，从而使其来不及形变.分析发现：激励激光的偏振方向与平行排列丝状液晶分子的最佳夹角是45°.利用此条件，观察到掺微量D型苏氨酸卟啉的平行排列丝状液晶在超短脉冲激光激励后具有记忆效应，这在光存储和记忆显示方面有很大的实用价值.     

弱磁场中向列相液晶的磁光效应

当外磁场强度比较小时,液晶不会发生Freedericksz转变.利用介电张量分析了扭曲型向列液晶在弱磁场中的旋光效应.通过理论分析表明,线性偏振光经过磁场中的扭曲型向列液晶,会产生左右两束椭圆偏振光.这两束椭圆偏振光在该液晶中的传播速度不同,导致光经过液晶盒后光电场振动面发生偏转.进一步分析表明,对于同一种波长的光,磁场强度越大,其电场振动面旋转角度越大.在相同的磁场强度下,光波长越短,其电场振动面旋转角度越大.如果加上高的偏置电压,使向列型液晶分子长轴方向与外磁场方向平行,线性偏振光经过磁场中的该扭曲型向列液晶,其振动面会也发生偏转.     

用90°扭曲向列相液晶盒代替偏振片的液晶透镜成像方法

提出了一种用90°扭曲向列相液晶盒代替偏振片的液晶透镜成像方法。液晶透镜对焦后,在90°扭曲向列相液晶盒工作于0°旋光状态和90°旋光状态时分别获取两幅图像。通过将这两幅图像相加并减去液晶透镜未工作时获得的离焦图像,减少了未调制光引入的非理想低频分量,增强了图像对比度,降低了原来无偏振片成像处理产生的噪声。实验验证了该方法的有效性,不需要任何偏振器就可以获得清晰对焦的图像。     

液晶光阀特性的研究

本文报道了液晶光阀特性的研究结果。给出了45°扭曲和90°扭曲两种液晶光阀的特性测试曲线,比较了两种光阀的性能。分析讨论了工作电压、交流频率以及读出光的偏振方向对光阀性能的影响。     

聚合物网络稳定液晶的电光偏振片

制备了一种散射偏振片,它是由非晶态单体形成的聚合物网络、向列液晶和涂有聚酰亚胺的ＩＴＯ玻璃基板组成。聚酰亚胺被反向平行摩擦,液晶分子则沿摩擦方向取向,并被单体形成的网络所稳定。根据聚合物网络液晶的电光特性可知。入射偏振光束被散射或透射相应地取决于其偏振方向平行还是生趣于基板的摩擦方向。平行时,光的散射强度通过电场可被强烈地调节;垂直时,光的透过率很高,几乎不依赖施加的电场。这种偏振器件具有低的驱动     

基于液晶空间光调制器的光栅衍射效率

基于Jones矩阵理论和液晶弹性自由能理论,分析计算了扭曲向列型液晶空间光调制器（TN-LCSLM）的复振幅调制特性.以显示一维矩形光栅为例,详细计算了不同输入输出偏振器配置下的一级衍射效率.数值计算结果和分析表明,在加输出偏振器和不加输出偏振器两种情况下都存在一个具有最大一级衍射效率的取向配置.     

用偏光干涉法动态测量扭曲向列型液晶指向矢

提出一种基于双折射晶体劈的偏振态实时测量方法,并将该方法用于扭曲向列型液晶透射光的偏振态分析,实现了液晶分子平均指向矢的动态测量.利用基于晶体劈的偏光干涉法将待测光的偏振参量编码为两组干涉条纹,通过对干涉条纹定位实现偏振态的实时测量;再根据液晶指向矢的倾角、扭转角与透射光偏振态之间的关系,推算出液晶分子平均指向矢的动态信息.本实验测量液晶指向矢的速度为每秒5次,液晶平均指向矢的倾角、扭转角的测量准确度达到0.2°.本文研究为液晶分子平均指向矢的动态测量提供了一种有效途径.     

液晶全漏导模的实验研究

夹在2块玻璃基板之间的液晶可以形成波导层,光在其间传播形成导模.通过全漏波导技术,分别对扭曲向列相液晶盒施加不同电压进行测试,得到了依赖于角度变化的反射率(包括偏振保存和偏振转换)实验曲线.液晶指向矢的变化将直接影响反射率变化,验证了液晶全漏波导技术在探索液晶盒内部细微变化方面是有效手段.     

液晶光阀的偏光显示特性分析

讨论了液晶光阀的偏光扭曲向列性效应, 分析了液晶光阀中液晶分子在交流电场作用下重新取向后的扭曲, 测量了TB3639型液晶光阀在特定的频率连续改变外加交流电压条件下,液晶分子重新取向后的扭曲角度以及液晶光阀的电光特性。测量结果表明,在外加电压连续改变时,入射线偏振光的透射率呈现连续非线性变化,这种非线性变化可以由液晶分子的扭曲量来改变。同时液晶分子180°的扭曲使得液晶光阀具有较陡的电光特性曲线,这对于多通道矩阵寻址方式的液晶光阀而言在矩阵显示中可有更多的通道寻址线和更高的对比度。     

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。     

基于液晶光波导的电控偏振旋转器

为了更准确地分析基于液晶光波导的电控偏振旋转器的偏振转换长度和偏振转换效率,研究了向列相液晶场致重新取向的渐变特性。首先,根据液晶磁场耦合方程组得出的本征值方程构建偏振转换长度与外加电压的对应关系。然后通过对电场传输方程进行横向有限差分离散得到了交替方向隐式束传播法迭代方程组的显式表达,用于求解液晶光波导中的传播场,进而计算偏振转换效率。最后,通过仿真实验求解了本征模式以及传播场,进而分析液晶指向矢的渐变特性对偏振转换长度和偏振转换效率的影响。结果表明,液晶指向矢的渐变对偏振转换长度的影响可以忽略,但其得出的最大偏振转换效率相较于液晶重新取向均匀的求解结果低大约20%。这一结果将为基于液晶光波导的电控偏振旋转器的实际开发提供理论参考。     

液晶的电光效应和液晶光阀

本文简要介绍了液晶的扭曲效应,在电场控制下的双折射扭曲效应,以及利用这种效应制成的一种空间光调制器——液晶光阀。     

一种反射式扭曲向列型液晶显示优化设计的新方法

基于扭曲向列型液晶的显示器件通过调制光波的偏振态实现显示的目的,因此光波的偏振状态在其中起了极为关键的作用.本文结合琼斯矩阵和表示光波偏振态的斯托克斯参量j-circle方法,提出了一种优化反射式扭曲向列型液晶显示器件的新方法.该方法与原有的空间参量方法不同的是采用了追踪光波在传播过程中偏振态变化的办法得到反射式液晶显示器件中各光学元件的参数.该方法简单直观并且可以对多个参数同时进行优化,实现了显示性能的最优化设计并得到了新的显示模式.     

横向剪切干涉法共路测量LCSLM的相位调制特性

提出一种测量扭曲向列液晶空间光调制器的相位调制特性的新方法——横向剪切干涉法.对经扭曲向列液晶空间光调制器调制后的待测波面进行横向剪切干涉,用CCD记录其干涉图样,并用最小能量算法计算其波面的相位分布,从而测得扭曲向列液晶空间光调制器的相位调制曲线.该方法对振动、空气扰动不敏感,对测量环境要求不高.给出了TN-LCSLM不同调制状态下相位调制幅度的三维轮廓图.     

基于液晶电光效应的量子密钥分发演示实验

设计了低成本演示量子密钥分发的BB84协议实验.利用半导体激光器替代单光子发送信息,并使用液晶盒调制激光的偏振状态.通过编程Arduino单片机,实现了发送端偏振态与接收端偏振基的随机选择.采用外同步方式,在保证无误码的前提下,信号传输速率可达25Hz.该实验将光的偏振和液晶的电光效应等大学物理实验传统教学内容与量子保密通信紧密结合,有助于学生了解科学前沿知识.     

电控液晶光阀中的指向矢分布特性

液晶分子具有介电和光学各向异性,在外电场作用下,液晶指向矢将会重新分布,具有高效的光学相位调制能力.本文从实验和理论角度对电控液晶光阀的光学调制特性进行了研究,结果表明:光阀阈值电压约为4V,且当外加电压高于阈值电压时,液晶光阀的透射强度随外加电压表现出非周期性特性.根据液晶连续体弹性理论,对电场作用下液晶光阀的指向矢分布特性进行数值分析,分析结果表明液晶光阀对透射光强的非周期调制特性取决于液晶体系的偏转状态,为研究液晶的偏振光调制特性提供理论依据及实验基础.     

光源单色性对液晶器件电光特性的影响

利用迷你光谱仪,获得0~11 V电压下液晶盒的透射光谱,从透射光谱分别得到宽带(半波全宽100 nm)和窄带(半波全宽10 nm)入射光下扭曲90°、扭曲120°向列相液晶盒以及平行向列相液晶盒的电光特性曲线.实验结果表明,入射光中心波长在530~730 nm范围内时,光源的单色性对扭曲向列相液晶盒的电光特性基本没有影响,但是会影响平行排列向列相液晶盒的透射率,而且影响随着入射光中心波长的增加逐渐减弱.     

弹性形变对手征液晶螺旋光轴及电光响应时间的影响

手征向列相液晶螺旋轴即为光轴,此轴的空间取向直接影响着液晶中光传播的特性。采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了液晶展曲与弯曲形变存在的差异和对手征向列相液晶挠曲电螺旋光轴倾角及动力学响应特性的影响。假设在静电平衡及动力学响应两种状态下,系统均具有统一的挠曲电螺旋光轴,忽略介电各向异性,分别计算了两种不同状态下系统的平均自由能密度。利用欧拉方程及转矩平衡方程得到了螺旋光轴倾角满足的平衡方程及动力学方程。通过数值计算,讨论了两种形变的差异对挠曲电螺旋光轴倾角及动力学响应特性的影响。结果表明两种形变差异的存在,均使螺旋光轴扭曲角及特性响应时间变化,差异越大变化越快,这种影响是不可忽略的,这为液晶电光快速响应提供了依据。