胆甾相液晶的带隙结构及其在光电检测中的应用探讨

本文分别采用平面波展开法（Plane Wave Expansion,PWE）和有限元法（Finite Element Method,FEM）对胆甾相液（Cholesteric Liquid Crystals,CLCs）的带隙结构进行研究并探索其在光电检测领域的应用。通过两种方法计算的模拟结果显示,CLC具有类似于一维光子晶体的带隙结构特性,同样可以对光子进行有效的局域,这反映在实验上是具有反射或者透射能带。进一步的推导说明,这种独特的螺旋结构具有对偏振光旋转方向即手性的选择作用,此类结构只和具有相同手性的圆偏振光发生相互作用,这为圆偏振光的检测,圆偏振度的测定提供了一个非常有效的解决方案。     

胆甾相液晶弹性体的研究进展

胆甾相液晶弹性体（Cholesteric liquid crystal elastomer, CLCE）是一种新型的软智能材料,它将胆甾相液晶（Cholesteric liquid crystal,CLC）独特的光学性质与弹性体优异的力学性能结合到一起。相较于普通的CLC,CLCE具有可逆、无延迟的力学调控能力,将CLC刺激响应性的利用提升到了新的高度,在信息加密防伪、柔性致动器、力学传感等领域引起了越来越多的关注。随着相关研究的深入,CLCE的制备方法不断完善,材料性能不断提高,CLCE的各种潜在应用被挖掘出来。本文介绍了CLCE的基本特点、制备与取向方法,以及不同类型的外场刺激响应行为,并对CLCE的应用前景进行了展望。     

电场对胆甾相液晶的作用

用统计物理的方法讨论了胆甾相液晶在垂直螺旋轴方向的电场作用下螺旋结构的变化，得到了螺距ｈ和阈值电场强度Ｅｃ的近似表达式。结果表明：ｈ和Ｅｃ与场强、液晶的本征螺距、液晶分子结构及温度等有关     

反射式胆甾相液晶偏振片及其应用

本文介绍了基于胆甾相液晶（ＣＬＣ）材料的种种上单层反射式偏振片。胆甾相液晶材料包含一个聚合物组分和其他非反应性液晶。通过一个聚龛上发的分子重新分布 生非线性的螺距梯度。这种偏振片在可见了光部分有很高的消光比。当调制在红外（ＩＲ）时，偏振片在波长７００－２０００ｎｍ范围内反射。另外本文还简单介绍了场控宽带偏振片，并对其应用进行了讨论。     

倾斜螺旋胆甾相液晶材料的研究进展

通过外场实现手性液晶选择性反射的动态调控是目前的重要研究方向之一。近年来人们发现了一种特殊的向列相——扭曲-弯曲向列相(Twist-bend Nematic,N_tb),其与手性分子的混合物在电场诱导下可以形成一种具有斜螺旋结构的新型胆甾相,称为倾斜螺旋胆甾相(Oblique Heliconical Cholesterics,Ch_OH)。不同于普通胆甾相的电场调制性能,Ch_OH的螺距在一定范围内随电场强度增大而减小,因此可以实现从紫外到近红外宽光谱范围的选择性反射。这一特性引起了研究人员的广泛关注,也使得Ch_OH液晶材料在全色反射显示器、智能窗户、可调谐滤波器、全息以及其他应用领域有巨大的应用潜力。本文在简述Ch_OH液晶的特征基础上,重点总结了近年来外场调控Ch_OH液晶以及聚合物复合Ch_OH液晶的研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。     

胆甾相液晶在彩色显示技术中的应用

胆甾相液晶分子呈螺旋结构,并且其螺距可以用加热冷却、光照和施加电场的方法进行可逆调整。这些性质使得其在彩色显示上具有巨大的应用前景,目前已经能够用胆甾相液晶做成各种彩色图案。为了探索实用的胆甾相液晶材料,人们制备并研究了各种结构和组成的胆甾相液晶,以及控制这些材料颜色的方法。     

胆甾相液晶双轴特性的计算

采用自洽模拟方法计算了胆甾相液晶双轴序参数随温度和分子手征作用强度的变化,并与实验进行了比较。结果表明,双轴特性与液晶物质和温度有关,但主要产生于胆甾相液晶的螺旋结构、分子的手征特性和取向的有序性     

染料掺杂胆甾相液晶激光器的特性研究

研制了染料掺杂胆甾相液晶激光器,测试分析了器件激光输出特性。将激光染料DCM、手性剂S-811、液晶TEB30A按一定比例混合,注入摩擦取向的液晶盒中,形成平面态排列的胆甾相液晶激光器件。利用532 nm波段的Nd:YAG脉冲倍频激光泵浦液晶器件,获得了禁带边沿激光输出,测量分析了激光能量阈值特性与激光光斑能量分布特点。液晶激光器在光子禁带边沿607 nm和680 nm处获得激光输出,线宽小于0.5 nm。在液晶器件中,光子禁带边缘处光子态密度最大,此处器件阈值较低,容易产生激光辐射。     

胆甾相液晶图案的动态调控与应用

自然界光子晶体图案为生物的生存提供了独特的功能,例如变色龙使其皮肤图案颜色适应环境以进行伪装保护,头足类动物（鱿鱼、墨鱼、章鱼等）能够产生宽波长范围的结构颜色和光学图案以利于物种间的信息交流。受自然界光学图案的特殊功能启发,胆甾相液晶的图案得以开发,并在数据存贮、传感器、柔性智能器件等方面展示了潜在应用。本文综述了胆甾相液晶图案的外场刺激响应性、功能演变及其应用。首先,总结了胆甾相液晶图案的外场刺激响应性,包括光、电、热、机械力和溶剂。其次,介绍了胆甾相液晶图案的各种应用,如具有加密和解密功能的存贮器件、信息安全防伪设备、柔性可穿戴传感器和圆偏振发光系统等。最后,介绍了胆甾相液晶图案的前景和挑战。本文为构建基于胆甾相液晶图案的新型功能材料提供了基础。     

聚合物稳定胆甾相滤色液晶光阀的显示研究

本文研究了在平面态和场致向列相之间快速切换的聚合物稳定胆甾相(PSCT)液晶光阀的彩色显示。采用紫外光诱导相分离法(PIPS)制备具有染料掺杂的聚合物稳定胆甾相液晶光阀,通过3种染料在可见光区的吸收作用,对入射白光进行选择性吸收过滤,得到不同颜色的出射光。结果表明:当PSCT处在平面态下,分子螺旋排列,染料对入射光波的吸收不受光波偏振方向的影响,器件具有很强的吸收作用,呈现有色态;当处于场致向列相,染料的吸收作用微小,器件呈透明态,因此器件具有一定的对比度,且不需要偏振片;器件在平面态和场致向列相之间快速切换的响应时间短于7ms。PSCT光阀可以用作滤色器,在多种染料的共同作用下,快速选择滤色得到多种彩色可见光,组成彩色显示平面。     

基于液晶材料的光束偏转技术研究进展

基于液晶材料的光束偏转系统具有高精度、低功耗、系统轻便、可随机指向等优点。介绍了该技术国内外研究动态;详细阐述了基于液晶材料光束偏转系统的基本原理、性能指标、研究进展及发展瓶颈;介绍了液晶材料与大角度步进器件组合使用实现大视场角光束偏转的几种新型技术;综合比较评价了各种液晶光束偏转技术发展前景;对新型液晶光束偏转技术发展方向作了展望。     

基于准相位匹配PPLN黄绿激光器的研究进展北大核心CSCD

560~600 nm黄绿色激光是共焦显微镜、流式细胞术、皮肤和牙科医疗、皮肤美容、精密光谱学、大气激光雷达、激光多普勒测速和其他生物成像设备的理想光源,它也是激光治疗复杂眼科疾病和癌症的最佳光源。非线性频率变换技术(和频与倍频)是获得高效、稳定、紧凑黄绿光激光器是一种有效可行的方法。本文综述了基于准相位匹配PPLN、PPMgLN晶体的黄绿激光器各个类型、输出参数、性能以及发展趋势。     

高双折射液晶化合物的研究进展

近年来,液晶器件的响应速度得到了很大的改善,响应时间已经从25ms减少到3ms甚至更短。虽然这种改善与液晶层厚度的变薄有关,但主要原因应该归因于新型液晶材料的发展和使用。色序液晶显示能产生更高质量的图像,但前提是必须有能快速工作的液晶材料。液晶材料的旋转黏度系数、双折射和液晶层的厚度是影响液晶器件响应时间的3个主要因素。本文以液晶双折射这一因素为主线,从液晶化合物结构的角度介绍了影响液晶双折射数值的若干因素,包括中心环结构、中心基团上的桥键、极性基团和侧位-F对液晶双折射的影响等,延长分子的π电子共轭长度能有效提高液晶的双折射。本文列举了国内外已合成的高双折射向列相液晶的分子结构及双折射值,最后对高双折射液晶的研究进行了展望。     

用偏光显微术研究聚合物分散胆甾相液晶微滴形貌

制备出较大微滴聚合物分散胆甾相液晶样品,用偏光显微镜观察到该微滴具有奇特的"宝石"形貌。提出聚合物分散胆甾相液晶中液晶微滴有垂面和沿面螺旋新构型,与聚合物分散向列相液晶的双极和辐射分布构型相对应,认为"宝石"形貌可能对应着胆甾相液晶在微滴中呈现沿面螺旋与垂面螺旋构型简并共存多畴形貌。本实验研究具有液晶光学基础研究意义和设计新型液晶器件的实用参考价值。     

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。     

含炔键大双折射液晶的研究进展

阐述了形成大双折射液晶化合物的结构因素和含炔键大双折射液晶化合物的主要研究成果。迄今研究发现:二芳基取代的乙炔类(PTP)液晶双折射范围在0.25~0.49;双烷基联苯炔(PPTP)类液晶双折射范围在0.32~0.5;双苯二乙炔类(PTTP、PTDTP、PTPTP)液晶双折射范围在0.35~0.67;三联苯乙炔苯类液晶化合物双折射值约为0.54;含氰基或异硫氰基的苯炔类液晶双折射范围在0.25~0.79;稠环基苯乙炔类液晶双折射在0.36~0.79。含炔键苯类液晶材料具有较大的双折射值和实用价值。     

掺Nd3+混晶全固态激光器研究进展

基于钕离子掺杂(Nd³⁺)的石榴石激光增益介质,为固体激光器的发展带来了新的研究方向。本文结合相关工作,详细全面地叙述了近年来掺钕混晶全固态激光器在单波长激光输出、多波长激光输出和脉冲激光输出方面的研究现状。以Nd∶LuYAG、Nd∶GdYAG和Nd∶GdLuAG为主要研究对象,分析总结了这三种混晶的研究价值,展望了Nd³⁺掺杂石榴石混合晶体的发展前景。     

基于Berreman 4×4矩阵对胆甾相液晶Bragg反射带宽的模拟研究

利用Berreman 4×4矩阵和Matlab编程模拟了胆甾相液晶的反射光谱,分析了螺旋数(液晶厚度)、基板的折射率、双折射、折射率色散、固定螺距、梯度螺距和入射角等因素对反射光谱带宽的影响。结果表明,要得到理想的Bragg反射带宽,液晶层的厚度即螺旋数N需达到N≥10;基板折射率会影响最大反射率,基板折射率ng与寻常光折射率no相比,ngno时,最大反射率比较低,ng越小越影响明显,当ng≥no时,具有很好的反射率;折射率的色散和大的入射角会使带宽变窄,而大的双折射Δn和螺距P可以得到较宽的反射带宽,但拓宽效果有限。通过梯度螺距的函数表达式,理论模拟了具有螺距梯度的胆甾相液晶的反射带宽,其对于胆甾相液晶宽波反射的实验研究具有一定的意义。