掺杂甲基红的向列相液晶中空间孤子及其诱导波导的研究

【摘要】： 向列相液晶中的空间光孤子是指在向列相液晶中无衍射地传播的光束。通过改变记录时间长短或入射光强度可以在掺杂染料的向列相液晶中记录永久或瞬时波导,而且染料高掺杂的样品中建立的永久波导在均匀光照、外加电磁场、加热等条件下都不能被擦除,因此在光学信息处理、集成光学、光学双稳、光存储、光互联及光计算等方面具有广阔的潜在应用前景。本论文主要研究掺杂甲基红有机染料的向列液晶中的空间孤子及其诱导波导的形成和演化,为实际应用打下基础。 首先,总结分析了国内外研究人员在这方面的研究成果。理论上由流体动力学、固体连续体理论和麦克斯韦方程组出发对向列相液晶中形成空间光孤子的耦合方程进行了描述,并在此基础上,引入向列相液晶(强非局域非线性介质)中空间孤子的动力学方面的一般理论。 制作出了适合本实验的沿面取向液晶盒,用半导体泵浦固体激光器作为孤子及波导的产生光源、He-Ne激光器作为探测光源,自行设计并搭建实验光路,不断摸索选择合适的实验参数,终于在无外加电场作用下的掺杂甲基红的向列相液晶E7中观测到了空间光孤子及其诱导波导的形成。通过长时间照射液晶盒,我们在实验中得到了永久存储的波导。 分别讨论了入射光的能量、偏振态、液晶盒厚度及甲基红浓度等因素对产生孤子及其诱导波导的影响。实验发现:半导体激光的光强在很大程度上决定了能否在材料内形成孤子及其波导,而He-Ne激光的强度对孤子及其波导的影响不大;适当的入射光强下,不仅沿x轴的水平偏振光,任意平面偏振光均能在液晶中形成空间光孤子及其波导;当液晶盒厚度增大时,产生孤子及其波导需要的半导体激光的光强降低;甲基红的浓度越高,形成空间光孤子现象越明显,孤子的传播距离更长,在我们的实验中已经观测到传播距离l 8mm的空间光孤子波的形成。 最后,我们从入射光的光强、偏振态、外加电压及响应时间等方面对掺杂甲基红与未掺杂液晶中形成的空间光孤子进行了比较。