基于摻雜C60向列相液晶取向光折變的動態(tài)全息存儲.pdf

1、向列相液晶(NLC)材料具有獨(dú)特的光學(xué)特性，向列相液晶的非線性現(xiàn)象及其應(yīng)用已在科學(xué)研究領(lǐng)域開拓出新的方向。這其中的原因在于其成本低、制備方法簡單、高敏感性和較大的取向非線性，且通過摻雜或外加電場可使向列相液晶的非線性響應(yīng)得到很大的改善。但目前來看向列相液晶中很難形成穩(wěn)定的永久光柵，且分辨率較低，因此不適于大密度數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域的應(yīng)用，但是隨著對向列相液晶中全息光柵形成機(jī)制的不斷深入研究、光柵響應(yīng)時(shí)間和分辨率的不斷改進(jìn)、衍射效率的不斷提高，這

2、種新近發(fā)現(xiàn)的全息記錄材料有望成為動態(tài)全息領(lǐng)域的理想材料。本論文以摻雜 C60向列相液晶為研究對象，通過理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對液晶中記錄的光折變?nèi)⒐鈻诺难苌?、耦合放大特性進(jìn)行了詳細(xì)系統(tǒng)地研究，以此為基礎(chǔ)研究了基于摻雜 C60向列液晶取向光折變效應(yīng)的動態(tài)全息存儲和空間自相位調(diào)制現(xiàn)象。
　　首先，在傳統(tǒng)的光折變效應(yīng)的基礎(chǔ)上，給出了表面電荷調(diào)制的物理模型。認(rèn)為表面電荷調(diào)制分布在界面附近，在加載外加電壓后，載流子的注入將在電極和液晶

3、薄膜之間的界面處形成一雙電荷層。調(diào)制的光強(qiáng)照射到樣品之后，由于電荷的解吸附作用將在表面產(chǎn)生調(diào)制的電場。表面電場存在兩個(gè)分量，一是平行于光柵波矢方向(與調(diào)制光強(qiáng)分布有/2π的相移)，另一個(gè)分量則垂直于液晶盒的表面(與調(diào)制光強(qiáng)分布同相位)，且以指數(shù)形式衰減。
　　利用二波耦合(TBC)實(shí)驗(yàn)研究了自行制備的摻雜 C60垂直排列的向列相液晶(5CB)樣品中形成光折變?nèi)⒐鈻诺膭討B(tài)和穩(wěn)態(tài)衍射特性，包括時(shí)間響應(yīng)特性、非對稱光束耦合特性以及外加

4、電壓的影響等。在20μm厚的摻雜C60的向列液晶中記錄的光折變?nèi)⒐鈻?光柵間距24μmΛ≈)中獲得了高達(dá)40％的一階衍射效率，且衍射強(qiáng)度分布極不對稱。通過與衍射理論結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)該20μm厚的液晶樣品中產(chǎn)生的薄光折變?nèi)⒐鈻诺难苌涮匦耘c正弦形純相位薄光柵給出的衍射特性相差甚遠(yuǎn)。我們認(rèn)為薄光折變?nèi)⒐鈻诺母咭浑A衍射效率來源于 NLC中非正弦調(diào)制的空間電荷場，這種不對稱空間電荷場產(chǎn)生的光折變?nèi)⒐鈻艑沟醚苌淠芰肯?階衍射的一側(cè)轉(zhuǎn)移。向

5、列相液晶中非正弦調(diào)制的空間電荷場與界面性質(zhì)及表面電荷分布有著密切關(guān)系。
　　基于取向光折變效應(yīng)，對自制樣品的動態(tài)全息存儲現(xiàn)象進(jìn)行了研究。提出了一種新的動態(tài)全息圖像的存儲和再現(xiàn)方法，即低電壓記錄，高電壓再現(xiàn)。通過這種方法實(shí)現(xiàn)動態(tài)全息圖像的存儲和再現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，全息再現(xiàn)過程中外加電壓可以使隱藏光柵瞬間衍射效率增強(qiáng)。利用向列相液晶取向光折變效應(yīng)體機(jī)制的Carr-Helfrich效應(yīng)和表面電荷調(diào)制機(jī)制對此現(xiàn)象給出了解釋，認(rèn)為體電壓的增強(qiáng)是

6、表面電荷調(diào)制的結(jié)果。通過數(shù)值模擬方法進(jìn)行了研究，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量的吻合也證實(shí)了所提出物理機(jī)制的正確性。
　　最后，對向列相液晶中空間自相位調(diào)制現(xiàn)象進(jìn)行了研究。遠(yuǎn)場衍射圖樣主要有兩種類型的衍射圖樣，即衍射圖樣為中心亮斑的較細(xì)同心圓環(huán)，中心暗斑的較粗同心圓環(huán)。利用Kirchhoff- Fraunhofer衍射積分進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，衍射圖樣的結(jié)構(gòu)主要由光束結(jié)構(gòu)和附加相移兩個(gè)參數(shù)確定。利用二波耦合實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)有對稱缺口的各向異性遠(yuǎn)場衍