短螺距手性液晶热敏旋光特性的研究

利用Berreman 4×4矩阵建立理论模型对短螺距手性液晶的旋光率进行求解,使用MATLAB计算得到了手性液晶旋光角随入射角、螺距、盒厚等外界因素变化规律的仿真结果,且通过实验验证了此方法的准确性。对手性液晶旋光效应作为热敏材料的使用进行了实验探究,使用旋光仪测量螺距为250~310nm的手性液晶旋光角,得到手性液晶的热敏旋光特性。结果显示,螺距不同时,液晶的旋光角随温度具有不同程度的变化,但每种螺距下,手性液晶旋光率随温度的变化明显且规律。验证了旋光率热敏效应的稳定性,结果证明将手性液晶作为一种潜在的热敏材料应用的可行性,为手性液晶在温度传感器中的应用提供了实验依据。     

旋光测量系统的新设计

为了提高测量精度,设计了一种利用偏振光干涉法测量物质旋光率的新系统,并对石英晶体旋光性质进行了测定,测量结果的相对误差小于1%,实验证明其测试精度和使用效果都比传统方法有了明显的提高。     

掺灰黄霉素PMMA凝胶的制备及旋光色散特性

利用溶胶-凝胶合成非晶态技术,将手性分子灰黄霉素(C17H17ClO6)均匀地掺入到甲基丙烯酸甲脂(MMA)溶胶-凝胶体系中,成功地研制出长5 cm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)手性凝胶块体,测量了它的偏振响应。用自制的实验测试装置测量了3根总长为15 cm PMMA手性凝胶块体的旋光色散特性,发现在450~700 nm的波长范围内其结果与玻耳兹曼公式拟合的结果基本符合,手性PMMA块体在450 nm时的旋光角为69°,在700 nm时的旋光角为17°。     

基于法拉第旋光效应的葡萄糖浓度传感研究

本文主要研究葡萄糖、葡萄糖氧化酶(GOD)以及 两者的混合溶液的法拉第磁致旋光效 应,为基于法拉第旋光效应的葡萄糖传感器提供了理论依据,研究介质的旋光特性,可以更 好地提升光电传感器的性能,更广泛地应用光电传感器。在法拉第磁致旋光效应中,当介质 处于磁场中时,平面偏振光透过该介质时,偏振面会旋转一个角度。将不同浓度的溶液置于 磁场中,使用532 nm的激光器,激光通过起偏器光变成了平面偏振光 ,使平面偏振光透过溶 液和检偏器,记录通过检偏器的光强并根据马吕斯定律计算旋光角。实验发现,随着磁感应 强度的增加,旋光角与磁感应强度呈线性增加关系;随着溶液浓度的增加,溶液的旋光角也 随之增加,磁场对低浓度溶液的旋光角影响更大。可以建立线性关系表示浓度和旋光角的关 系。     

平面手征结构的旋光度精密测量

基于精密步进电机和光纤光谱仪的光学测试系统,优化设计了一种精确测量手征结构样品旋光度的方案。对手征样品旋光性的理论分析结果表明,由于周期性手征结构样品制作过程中90°旋转对称性被打破,线偏振光经过样品后偏振面旋转角度与入射光的偏振面角度有关。实验测量结果直接证明了理论分析的正确性。利用设计的光学测试系统对采用电子束光刻技术制作的周期性平面手征结构样品进行旋光度测量的结果表明,样品在波长为633nm处具有0.05°的旋光度,很好证明了研制的周期性平面手征结构具有一定的旋光性。     

基于偏振光的精密角度测量及传递技术

调制偏振光可作为方位信息的载体,实现方位角度信息沿角度矢量方向传递和精密测量,在精密计量、航空航天、军事、生物医药等领域具有广泛的应用前景.基于调制偏振光用于方位信息传递技术的实现原理,深入分析了磁旋光玻璃对传递和测量精度影响的作用机理,实现了优于1"的传递精度.介绍了利用调制偏振光进行三维方位信息传递以及精密角度测量系统的实现方案,并对主要的技术问题给出理论分析结果.     

手性物质旋光响应的太赫兹时域光谱测量和分析

正具有手性特征的材料对外部电磁场的响应一般总存在磁电互耦合,入射电磁波的电场分量可以产生材料的磁化效应,而磁场分量也对材料的电极化产生贡献。这时,电磁场的本构关系中至少要增加一个复耦合系数ξ,变成D=εE+ξ~*H,B=μH+ξE。即便是一般意义上空间各向同性的均匀手性材料,麦克斯韦方程组中电磁场的各分量之间也会相互耦合、溶液中的手性分子是一种熟知的对电磁场具有旋光响应的物质,如糖类分子、生物蛋白分子和DNA等,当这些分子的结构在外界环境改变或与其它分子发生反应时发生变化,将会导致它们旋光响应发生相应的改变。利用可见和近红外波段圆二色光谱(CD)和光学转动光谱(OR)测量来观察此类分子构型和构像的状态和改变是一种不可或缺的重要手段,这里所依据的物理机制是与样品分子结构相关的电子态和单个分子键振动对入射电磁场的响应。太赫兹时域光谱(THzTDS)是上世纪90年代开始发展起来的一种基于光子学方法的太赫兹波产生、测量和分析技术,这一测量技术的一个重要特点是,在合适的安排下,对于一个线偏振入射的宽带脉冲太赫兹场可以同时测量其振幅和位相谱。将报告利用THz-TDS技术测量手性物质与其结构关联的太赫兹频率旋光响应的有关工作,包括实验设计和偏振灵敏的测量安排、材料中起支配作用的磁电响应参数的提取方法,以及最近对糖类多晶颗粒样品的实验测量和分析结果。     

用Z-扫描技术研究手性介质非线性圆双折射

用Z 扫描技术研究了各向同性手性介质 (聚酯酰亚胺吡啶溶液 )对于左、右圆偏振光的非线性圆双折射 ,得到在低光强下非线性旋光角的变化规律 ,验证了非线性圆双折射与非线性旋光的关系。     

旋光晶体中圆偏振光折射率与波长的关系探讨

从旋光理论出发,得出了晶体中左、右旋圆偏振光折射率随波长的变化关系。结果表明,对石英来说,波长在500nm以内,左、右旋圆偏振光折射率下降很快;当波长大于500nm后,左、右旋圆偏振光折射率下降比较平缓;当波长大于2000nm后,左、右旋圆偏振光折射率差趋近于0。     

Ca3NbGa3Si2O14单晶的光学性质

Ca3NbGa3Si2O14单晶属硅酸镓镧的同系物,采用提拉技术生长.晶体为透明略带黄色,属三方晶系,32点群.利用TU-1901紫外可见光分光光度计测定透过波段为287～800 nm.在可见光范围内用椭圆偏振光谱法测定其非常光折射率ne大于寻常光折射率no,属于正光性单轴晶.通过一种新方法,即利用偏振光分光光度计测量透过率极值,间接计算了旋光度和旋光率,此单晶属右旋晶体,旋光率ρ非常大.在波长670 nm处,ρ为31.25°/mm;在波长307 nm处,ρ为218.75°/mm.计算了旋光率色散Boltzmann系数,绘制了旋光率色散曲线.     

GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器设计研究

采用传输矩阵法对GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器（DBR）反射光谱进行研究。计算发现正入射时S偏振(TE模)与P偏振(TM模)反射带是一致的;S偏振和P偏振反射带随着入射角的增大都向高频(短波)方向移动,且两者之间的差别也随之增大,DBR反射带蓝移快慢与入射介质相关;低折射率入射介质时DBR具有更宽角度响应。通过修改结构参数多次计算表明：入射角修正的方法能较快的找到提高全方向反射的结构。复合DBR以降低反射率或者成倍增加膜层厚度为代价实现大角度范围的反射。复合DBR比传统DBR有更好的光谱特性,这对提高发光二极管的出光效率有现实意义。     

可控频率差的双频激光器的研究

传统的可控频率差的双频激光器是基于双折射效应来实现的,研究了S偏振光和P偏振光在全内反射和减反射薄膜的相位特性,提出基于双全内反射和倾斜减反射膜的相移之间的差别来实现可控双频激光。通过调节入射角的大小或设计不同的薄膜结构来控制双频激光器的频率差。最后在实验中发现,氦氖激光器的硬封接的透射窗存在较大的残余热应力双折射,可产生不可控却稳定的残余热应力双折射,用于制作频率差为中频的双频激光器。     

旋波媒质基本参数的一种测试方法

本文提出了直接利用旋波材料板的Ｓ参数获得其基本参数的方法。通过自由空间测量旋波材料板的反射场和透射场，可以反演得到媒质的复介电常数、复磁导率、旋波量以及透射场的轴比和旋转角，测试程序简单，结果精度高。     

基于偏振测量的VCSEL激光器阈值行为研究

设计构建了垂直腔面发射激光器偏振测试系统,利用该测试系统研究了激光器不同偏振模式的阈值行为特点。激光器的输出光随着驱动电流的增大将会出现P偏振以及S偏振两种相互正交的偏振分量,并且两者具有不同的工作阈值;进一步依据测得的阈值点将激光器分为三个工作区域,通过对非偏振及偏振测试结果的比较分析得出:垂直腔面发射激光器的非偏振测量中观测到的工作阈值点体现的是P偏振分量的阈值点;激光器S偏振分量的阈值需要通过偏振测量才能明显观测到;P偏振与S偏振分量阈值电流之间的工作区域具有最好的线偏振度。本文的研究为垂直腔面发射激光器的未来研制测试工作和更好应用夯实了基础。     

宾主型液晶器件光阀的特性研究

针对特殊场合下的光阀应用,提出了加入手性材料的垂直取向的宾主液晶器件工作模式,模拟了该模式下的宾主型液晶盒的指向矢分布和电光特性,研究了液晶分子的预倾角、扭曲角、二色性染料的吸收率对透过率的影响,从而验证了该模式下宾主型液晶器件做为满足要求光阀的可行性,并为其进一步实用化打下良好理论基础.     

GaN 基蓝光发光二极管分布布拉格反射器的设计

采用传输矩阵法对GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器(DBR)反射光谱进行研究.计算发现正入射时S偏振(TE模)与P偏振(TM模)反射带是一致的; S偏振和P偏振反射带随着入射角的增大都向高频(短波)方向移动,且两者之间的差别也随之增大,DBR反射带蓝移快慢与入射介质相关;低折射率入射介质时DBR具有更宽角度响应.通过修改结构参数多次计算表明;入射角修正的方法能较快地找到提高全方向反射的结构.复合DBR以降低反射率或者成倍增加膜层厚度为代价实现大角度范围的反射,复合DBR比传统DBR有更好的光谱特性,这对提高发光二极管的出光效率有现实意义.     

双光楔可控扫描一维轨迹分析

根据几何光学和光的标量衍射理论,对双光楔的折射特性进行了数学分析.研究发现,以相反旋向相同转速旋转的双光楔对光的折射作用等效于一个折射角随2个光楔转角变化的单光楔.在此基础上,对通过双光楔的光束在像面上的衍射光场分布作了理论分析,得到了在夫琅禾费衍射下,光束经转动双光楔在像平面上的衍射光斑随时间变化的规律,从而为一维扫描的可控操作提供了理论指导.     

Controlled Fabrication of 3D Chiral Microwrinkles via Asymmetrical and Biaxial Bucklings

Nano‐ and microsized chiral materials are receiving significant attention because of their unique characteristics, which include chiroptical activities and enantioselective interactions with living materials. However, the realization of chiral morphologies in such small‐scale materials has been an issue because of the complicated fabrication methods and limited material selection. In this study, a facile and reproducible method is developed for fabricating 3D chiral microwrinkles with twisted shapes by asymmetric and biaxial buckling. Soft polydimethylsiloxane (PDMS) substrates are asymmetrically stretched with angled biaxial strains and exposed to UV/ozone to prepare hard silica layers on top of the PDMS substrates to induce microwrinkles. The chiral shapes are controlled by changing the angle (θ) between the two strain axes and the UV/ozone exposure times (t₁, t₂) in each stage of buckling. The 3D chiral microwrinkles are shaped like “fusilli pasta” and occupy an area of 1.5 cm × 1.5 cm. The patterned area can be easily scaled, and no innate chiral biomaterial is necessary. This method could be widely extended to the fabrication of diverse types of chiral materials for advanced optical and bio‐applications.