染料与可聚合液晶单体浓度对胆甾相液晶激光的影响规律研究

摘要

胆甾相液晶可以自组装形成周期性螺旋结构，当周期为光波长量级时，可视为“一维光子晶体”。具有类似于半导体对光子起限制作用的光子带隙结构，可用于制作无腔、低阈值、易调谐的激光器。在未来激光显示和其他应用领域有着重要的作用而引起关注。本文将从染料浓度和液晶单体浓度对胆甾相液晶激光的影响进行了相应的研究，主要包括以下几点:
　　1.选取向列相液晶E7与手性分子S811，利用样品的反射谱来研究不同手性浓度对光子带隙的影响，确定适合增益介质的光子带隙。
　　2.研究温度和泵浦光入射角度对掺杂PM597染料浓度为0.5wt％的胆甾相液晶激光的影响来确定优化泵浦条件。温度升高，阈值逐渐上升，而斜效率先升高后减低;泵浦光入射角度增大，阈值增加，而斜效率下降。当泵浦光入射角度为10°，工作温度为30.5℃时，斜效率为4.0％，阈值为14.3μJ。
　　3.研究染料浓度对荧光谱的影响。实验发现染料浓度增加，左旋圆偏振荧光强度增强，且荧光峰值蓝移;而右旋圆偏振光只有强度增加，峰值没有移动。非偏振荧光强度随着染料浓度的增加而增强，在低浓度时有两个峰值;高浓度时，荧光强度增强，双峰值叠加变成一个峰值。
　　4.研究染料浓度对激光的影响。实验发现胆甾相液晶激光波长随着染料浓度的增加而蓝移。PM597浓度从0.1wt％增加到0.9wt％时，激光波长从610.6nm蓝移至589nm，实现了21.6nm的调谐范围。激光阈值随着染料浓度的增加而线性增加;而斜效率先增加后减小，并在0.5wt％达到最大的4.0％，此时阈值为14.3μJ。
　　5.分别利用Cano-wedge方法和阿贝折射率仪测试不同染料掺杂浓度的螺距和折射率。实验发现染料浓度增加螺距和平均折射率均下降，从而导致激光波长蓝移。
　　6.选用液晶单体RM257和光引发剂IRGACURE(R)2959，分析胆甾相液晶在添加单体、添加引发剂前后、紫外辐照前后的光子带隙中心波长和带宽随温度的变化关系。发现带宽随着温度增加而减小。温度降低，中心波长红移，添加引发剂2959后的样品的中心波长移动速度明显慢于未添加引发剂的样品。引发剂2959的加入导致温度与反射谱的中心波长的相关性减弱，可能源于其对手性剂的助溶作用。
　　7.掺杂染料DCM后研究不同液晶单体浓度胆甾相液晶激光性能。发现液晶单体浓度增加，激光波长红移，阈值线性增加，而斜效率先增加后下降。当液晶单体浓度为7wt％时，斜效率达到最大值2.72％，此时阈值为13.1μJ。
　　8.用Cano-wedge测量不同液晶单体浓度样品的螺距，实验发现单体浓度增加，螺距增大。并利用混合液晶折射率计算方法发现液晶单体的浓度增加，混合物平均折射率和双折射率均有所减小。但是折射率和螺距的乘积增大，因此导致液晶单体浓度增加，光子带隙和激光红移。由此可见螺距增大是红移的根本原因。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 液晶的基本知识

1．1．1 液晶的概念

1．1．2 液晶的分类

1．2 液晶的主要物理性质

1．2．1 液晶相变温度

1．2．2 介电常数

1．2．3 光学各向异性

1．3 研究背景

1．3．1 胆甾相液晶的应用

1．3．2 胆甾相液晶激光的研究意义

1．3．3 胆甾相液晶激光介质的国内外研究现状和发展

1．4 本文的研究内容

第二章 染料掺杂胆甾相液晶激光的工作原理

2．1 引言

2．2 激光产生的基本原理

2．3 染料激光增益介质

2．3．1 染料的定义

2．3．2 染料分子的能级结构

2．3．3 染料的光吸收和发射

2．4 分布反馈激光器的原理

2．5 染料掺杂胆甾相液晶激光器的工作原理

2．5．1 胆甾相液晶和它的光子特性

2．5．2 胆甾相液晶激光的基本原理

第三章 染料掺杂浓度对胆甾相液晶激光性能的影响规律

3．1 引言

3．2 实验材料介绍

3．3 样品的制备

3．4 测试方法

3．5 手性剂浓度的确定

3．6 泵浦条件的优化

3．6．1 温度

3．6．2 泵浦光的入射角度

3．7 染料浓度对胆甾相液晶激光影响规律

3．7．1 荧光谱

3．7．2 激光性能

3．7．3 螺距和双折射率

3．8 小结

第四章 可聚合液晶单体浓度对胆甾相液晶激光特性的影响规律

4．1 引言

4．2 实验材料

4．3 样品的制备和测试方法

4．3．1 样品的制备

4．3．2 测试方法

4．4 引发剂的筛选

4．5 可聚合液晶单体对胆甾相液晶激光的影响规律

4．5．1 UV辐照时间

4．5．2 液晶单体的浓度

4．6 小结

第五章 总结与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢