摻偶氮染料向列液晶薄膜光學非線性及全息存儲.pdf

1、向列液晶由于具有折射率各向異性，可以產(chǎn)生顯著的光學非線性。在液晶中摻入偶氮染料可以有效提高其光學性能。近年來，由于材料成本低廉、制作工藝簡單、低外加電場、光學性能顯著等優(yōu)勢，使摻染料液晶的非線性光學過程受到廣泛的關(guān)注。本論文從理論和實驗上對兩種典型的摻偶氮染料(DR1和MR)液晶薄膜在無外加電場和磁場作用下的非線性光學性能，尤其是全息特性，進行了系統(tǒng)的研究。
　　建立摻偶氮染料液晶薄膜中全息存儲與衍射的理論模型。這種液晶薄膜中光柵

2、的建立是以偶氮染料分子的順－反異構(gòu)反應(yīng)及液晶分子取向的空間分布為基礎(chǔ)，液晶分子折射率各向異性可產(chǎn)生光柵的折射率調(diào)制。這些薄膜中各向異性吸收與各向異性折射率的動態(tài)變化會引起光強與相位的顯著變化，在這些薄膜中既可建立強度光柵也可建立偏振光柵。利用以各向異性吸收為基礎(chǔ)的介電張量表達式及準穩(wěn)態(tài)麥克斯韋方程，推導出強度光柵和偏振光柵的介電張量表達形式。分別將強度光柵和偏振光柵的介電張量表達式代入準穩(wěn)態(tài)麥克斯韋方程并應(yīng)用慢變振幅近似和相應(yīng)的邊界條件

3、得到強度光柵和偏振光柵的衍射效率表達式。這兩個表達式充分體現(xiàn)了衍射效率對材料參數(shù)，如：摻雜濃度、樣品厚度等和記錄參數(shù)，如：記錄光強、記錄光偏振、記錄角等的依賴關(guān)系。
　　通過對摻DR1液晶薄膜和摻MR液晶薄膜的吸收特性和二波耦合特性進行研究，獲得摻DR1液晶薄膜和摻MR液晶薄膜在全息記錄中最佳材料參數(shù)和記錄參數(shù)的取值。并且在最佳實驗條件下，摻DR1液晶薄膜的最大衍射效率高達11.8％；摻MR液晶薄膜的最大衍射效率可達18.2%。<

4、br>　　摻偶氮染料液晶薄膜中光柵的形成不僅依賴于記錄光強度，而且依賴于記錄光的偏振方向。由于染料分子吸收的各向異性，當激發(fā)光的偏振方向平行于摻偶氮染料液晶薄膜指向矢時，薄膜對光的吸收最強，衍射效率應(yīng)為最大。相反，當激發(fā)光的偏振方向垂直于薄膜指向矢時，薄膜對光的吸收最弱，衍射效率也應(yīng)最小。另外，隨著摻雜濃度的增大，薄膜對光的吸收也不斷增加，同時全息光柵的衍射效率應(yīng)隨之升高。摻DR1液晶薄膜中得到的實驗結(jié)果與理論模擬結(jié)果基本一致。但是摻M

5、R液晶薄膜的實驗結(jié)果顯示光柵的衍射效率最大值出現(xiàn)在各向異性吸收最小處，而不是如摻DR1液晶薄膜那樣出現(xiàn)在各向異性吸收最大處。通過比較這兩種薄膜的透射光偏振成分隨入射光(488nm)偏振方向變化的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)摻MR液晶薄膜中存在旋光效應(yīng)。從而證明摻MR液晶薄膜和摻DR1液晶薄膜的全息光柵建立機制本質(zhì)上完全相同，本文的理論對這兩種摻偶氮染料液晶薄膜都適用。
　　對摻DR1液晶薄膜和摻MR液晶薄膜中的全息光柵進行研究，并在這兩種薄膜中實現(xiàn)

6、全息圖記錄與再現(xiàn)。摻DR1液晶薄膜中只能形成瞬態(tài)光柵和瞬態(tài)全息圖，而且建立和擦除時間在毫秒量級，可應(yīng)用在全息顯示等快速響應(yīng)的全息光學元件中。而摻MR液晶薄膜中可建立永久性全息光柵和永久性全息圖，且記錄時間足夠長時，可產(chǎn)生圖像邊緣增強效應(yīng)，此薄膜可應(yīng)用于全息存儲、圖像處理等領(lǐng)域。在摻MR液晶薄膜中獲得多重光柵存儲，利用角度復用和旋轉(zhuǎn)復用技術(shù)在同一記錄點存儲了13幅全息光柵。進而在摻MR液晶薄膜中實現(xiàn)了多重全息圖的記錄與再現(xiàn)，分別利用角度復