掺杂液晶5CB材料的光折变特性的研究

摘要

光折变材料由于其良好的光学非线性，越来越受到人们的关注。目前，光折变材料已经在高密度数据存储、空间光调制、干涉测量、光放大、相位共扼、光束偏转、光学图像处理、图像识别、激光锁模等方面获得应用。 与其它光折变材料相比，液晶光折变材料具有独特的结构和分子排列，本身又是良好的非线性生色团，具有很强的双折射性，产生光折变效应的电压较低，响应时间较快，可在较宽的波长范围内获得光折变效应。所以液晶光折变材料的研究受到人们更加广泛的关注。 本论文首先介绍了光折变效应的物理机制、光折变效应的判定方法以及液晶材料中的光折变理论和光折变材料的特征参量，从理论上描述了光折变效应。然后通过实验对纯的液晶5CB样品和掺杂PMMA以及C60的5CB样品分别进行了分析和研究。介绍了纯液晶5CB样品和掺杂PMMA以及C60的聚合物液晶系统的制备，通过实验分析了各自产生光折变效应的情况。 通过实验研究了不同温度下纯液晶5CB的拉曼光谱，观察发现在35.5℃左右拉曼谱峰的强度变化较大，有一个明显的落差，确定35.5℃是液晶的相变温度。由实验结果得知，5CB在各向同性相和向列相下分子的排列取向的差异很大，造成了同样激发条件下的拉曼散射强度的差异。初步判定，根据SCB拉曼谱图强度的变化可以获得它的相变情况。 通过实验研究了纯液晶5CB的光折变机理，在纯液晶样品中观察到明显的自衍射现象，确认这种现象是在分子取向一致的情况下，通过改变光照区域中液晶分子的取向，使得样品局部发生折射率变化导致产生的。证实了纯液晶5CB样品的光折变性能。并利用多光束实验证实了在发生光折变效应的液晶材料中确实存在折射率光栅。 简单介绍了掺杂PMMA和C60的聚合物分散液晶系统。通过实验研究了这种聚合物液晶系统的光折变机理，确认了聚合物液晶系统的光折变性能。观察发现聚合物液晶样品产生光折变现象所需的外加直流电压比纯液晶所需电压低，证实了：在聚合物液晶样品中掺入C60后，由于C60的作用，液晶材料中建立了一个内部场强，内部场强又由于材料本身的电光效应进一步影响到材料的光折变效应，使得光折变效应更容易产生。通过实验还观察到，聚合物液晶样品中形成衍射环的级数比纯液晶样品中衍射环的级数高，产生光折变现象所需的弛豫时间比纯液晶中所需时间长。证实了：在聚合物液晶系统中，由于PMMA的导电性能比较差，会导致聚合物液晶系统的响应时间比较长。但由于PMMA是一种惰性聚合物，可以把其当作一种粘合剂，将其加入到聚合物液晶系统后，在一定程度上可以提高系统的稳定性，使得样品中光照区域上液晶小液滴的重新取向比纯液晶中分子的重新取向更加稳定，范围更广，因此产生的衍射级数也比较高。预计可以通过改变掺杂样品的种类和比例制备所需的光折变材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2光折变液晶材料的研究进展

1.2.1光折变材料的发展

1.2.2掺杂液晶材料的光折变聚合物的发展

1.2.3常见的几种掺杂向列相液晶的液晶光折变系统

1.3液晶光折变材料的应用技术研究

1.4本论文的研究目的和研究内容

第2章光折变效应的理论机制

2.1引言

2.2光折变效应

2.2.1光折变效应的由来

2.2.2光折变效应的物理机制

2.2.3液晶材料中的光折变效应

2.2.4光折变效应的判定方法

2.3光折变材料的特征参量

2.4本章小结

第3章纯液晶5CB中光折变特性的研究

3.1引言

3.2液晶5CB

3.2.1液晶5CB的物理性质

3.2.2液晶5CB的拉曼光谱

3.2.3温度对液晶5CB的拉曼光谱的影响

3.3纯液晶5CB的光学测量

3.3.1液晶盒的制备

3.3.2实验光路

3.3.3液晶5CB样品的光学测量

3.3.4实验现象分析

3.3.5多光束液晶5CB的光折变现象

3.4本章小结

第4章掺杂液晶5CB材料的光折变特性

4.1引言

4.2光敏剂C60

4.2.1 C60的性质

4.2.2 C60在液晶光折变材料中的作用

4.3基体PMMA

4.3.1PMMA的性质

4.3.2 PMMA在液晶光折变材料中的作用

4.4掺杂样品的制备

4.4.1聚合物液晶系统的制备

4.4.2液晶盒样品的制备

4.5聚合物液晶样品的光学测量

4.5.1单光束聚合物液晶样品的光学测量

4.5.2多光束聚合物液晶样品的光折变现象

4.5.3实验现象分析

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢