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液晶电控双折射特性研究

王宁  
【摘要】: 液晶学是一门综合性的边缘学科,它涉及物理、化学、生物等多门基础学科,作为一种新材料,液晶越来越广泛的得到应用。作为一种凝聚态物质,液晶的特性与结构介于固态晶体与各向同性液体之间,是有序性的液体。从宏观物理性质看,它既具有液体的流动性、粘滞性,又具有晶体的各向异性,能如晶体一样发生双折射、布拉格反射、衍射及旋光效应,也能在外场作用下产生热光、电光或磁光效应。现在,液晶技术已被广泛应用于各个技术领域,在电子显示装置、光通信、光信息处理、化工的公害测定、高分子反应的定向聚合、航空机械及冶金产品的无损探伤和微波测定、医学上的皮癌检查、体温测量等,都显示出巨大的优越性。 在液晶的众多特性中,液晶的电控双折射特性是最重要的一个。当对液晶施加电场时,液晶分子的排列方向发生变化,从而引起液晶光轴的转动,最终导致了液晶双折射率的变化,这就是液晶的电控双折射特性。利用此性质可将液晶用于液晶显示、光通信、光信息处理等方面。液晶的电控双折射特性之所以应用广泛,主要是因为它有以下几个独特的优点:(1)可应用光谱范围特别宽。许多液晶在紫外、可见光和红外都具有较大的双折射率和良好的透射性(除了在液晶电子或分子振动吸收带附近)。(2)调谐电压低。通常,较小的电压(0-3伏)就足以产生较大的双折射率的变化(0.2),具体的电压值由所用液晶材料决定。(3)双折射率连续可调。在很小的电压范围内就可以实现双折射率的连续变化。(4)输出光束不会发生偏离。(4)温度对液晶双折射率的影响可通过电压的变化得到补偿。(5)损耗低、重复率高、稳定性好。(6)用液晶制作各种器件制作简单且成本较低。因此,对液晶的电控双折射特性进行深入研究是非常必要的。但目前国内在这一方面的研究主要侧重于应 摘要 第 二 歹 用,对这一持性的专门研究较少,而且普遍存在一个缺点, 就是不考虑液晶的吸收效应对液晶电控双折射特性的影响。 本论文就是在考虑液晶吸收效应的前提下,研究了液晶的电 控双折射特性。@ 论文共分四章。第一章绪论筒要介绍了液晶电控双折射 特性的研究现状及意义。由于液晶电控双折射效应广泛的应 用性,已经引起越来越多的物理学家的兴趣c目前,国内外, 尤其是在国外,有不少学者从事这方面的研究。国内在这一 颌域的研究主要侧重于应周方面,而且研究液晶的电控双折 射荧性时没有考虑液晶分子的吸收效应。 第二章介绍了液晶的基础知识,并对向列相液晶作了重 点说明。向列相液晶是白长径比很大的棒状分子组成,分子 质。。没有长程有序性。具有类似于普通流体的流动性,分子 不排列成层,它能上下、左右、前后滑动,只在分子长轴方 向上保持相互平行或近于平行。分子问短程相互作用微弱。 属 Van der waa 5]力。向列相液晶最大的特点是在磁场、. 电场、表面力和机械力的影响下,分子排列一律倾向子同一 方向。这种分子长轴彼此互相平行的自发取向过程使液晶产 生高度的双折射性。本文就是以向列相液晶BL.009为例对 液晶的电控双折射特性进行研究的。 第三章介绍了各种材料的双折射性质,对一般晶体材 料、电光材料、压光材料的双折射均作了介绍,特别是对液 晶的电控双析射特性作了详细说明。对子一般晶体的双折射 以方解石为倒作了说明.而电光材料,当对它施加电场时, 他的双折射产生变化。对于缺少对称中心的晶体。当相对于 晶体的对称轴的一定方向施加电场时,所产生的电光效应是 线形的,即双折射的改变与电场的大小成正比。在另一类情. 况中,双折射的变化与外施场的平方成正比,这时所产生的 电先效应是二次的。压先效应类似子电光效应,但是为使材 摘要 第3 页 料的双析射产生变化用的是压力而不是电场。当一些各向同 性的材料在与光束成直角的方向上受应力时,它们就转变为 单勃材料,而且产生与应力成正比的相位延迟。对于液晶, .当对液晶盒加上外部电压时,由于液晶介电常数和电导率的 各向异性,使液晶分子受到一种使分子轴取向改变的作用 力.在液晶的弹性界限内,这种电场所引起的转矩,使分子 轴旋转,最后受到弹性还原力的平衡.因此在这种状态时, 液晶盒的光学性质应与加电场前不同,双折射率也会改变. 这就是液晶的电控双析射效应,它是液晶电光效应的一科. 至今所知道的液晶的电光效应主要有以下几种:畴的形成、 动态散射、光轴的转动(电控双析射效应)、先轴的变形、 扭曲结构的再排列、宾主相互作用、记忆效应、N-1相变、 螺距的增减、螺旋轴的转动. 第四章对液晶电控双折射的实验研究作了详细阐述.在


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