向列相液晶中的耦合自相位调制现象

通过实验研究了C60掺杂的向列相液晶(5CB)在低光强下的自相位调制现象。样品经过二波耦合实验之后液晶分子进行一定的取向,这时在水平和竖直偏振光的照射下可观察到明显的自相位调制现象。改变入射光的偏振方向可以看到自相位调制的衍射图样也随之改变,原因就是液晶折射率变化的各向异性。可见,液晶盒中的分子取向与光束的偏振方向有很强的依赖关系。     

Optically induced extraordinarily large negative orientationalnonlinearity in dye-doped liquid crystal

Laser induced large negative reorientational nonlinearities are observed in dye-doped liquid crystal. The effect is attributed to intermolecular torque exerted by the photoexcited dye molecules, which causes the liquid crystal axis to realign in a direction orthogonal to the optical electric field. Optical nonlinearity as large as 10^-2 cm²/W in a 37-μm-thick sample has been observed. In some highly absorptive dyed liquid crystal, the orientational effect can be much larger than the thermal effect     

Improved transmission in a two-level, phase-only, spatial lightmodulator

A novel scheme is presented for obtaining a two-level ±π/2 phase shift based on a commercially available ferroelectric liquid crystal spatial light modulator (FLCSLM) used in a double-pass scheme with appropriate polarisation optics. Under certain conditions, enhanced performance can be observed over conventional schemes and 100% transmission can be achieved with widely available liquid crystal materials     

Decorating Liquid Crystal Surfaces with Proteins for Real‐Time Detection of Specific Protein–Protein Binding

Here, a novel method of immobilizing proteins with well‐defined orientation directly on liquid crystal surfaces that allow subsequent real‐time imaging of specific protein–protein binding events on these surfaces is reported. Self‐assembly of nitrilotriacetic acid terminated amphiphiles loaded with Ni²⁺ ions at aqueous‐liquid crystal interface creates a surface capable of immobilizing histidine‐tagged ubiquitin through complex formation between Ni²⁺ and histidine. When these surfaces containing immobilized histidine‐tagged ubiquitin are exposed to anti‐ubiquitin antibody, the spatial and temporal of specific protein–protein binding events trigger orientational transitions of liquid crystals. As a result, sharp liquid crystal optical switching from dark to bright can readily be observed under polarized lighting. The protein–protein binding can be observed within seconds and only requires nanogram quantities of proteins. This work demonstrates a simple strategy to immobilize proteins with well‐defined orientation on liquid crystal surfaces for real‐time and label‐free detection of specific protein–protein binding events, which may find use in biomedical diagnostics.     

阳离子表面活性剂/醇/水三元体系液晶的研究

在25℃时绘制了阳离子表面活性剂3-辛烷氧基-2-羟丙基三甲基溴化铵(R8TAB)／正丁醇／水的三元体系的相图，在偏光显微镜下发现该体系中的某些区域呈现出彩色液晶。一些绚丽的彩色照片清楚地显示了不同的液晶纹理。用。HNMR和小角X衍射与纹理照片对照．确定了该体系的液晶结构类型，用差示扫描量热法证实了液晶结构的转化。研究分析了液晶层厚度、温度和时间对液晶颜色变化的影响，结果表明．液晶膜厚度是产生颜色的关键因素。     

Large Area Self‐Assembly of Nematic Liquid‐Crystal‐Functionalized Gold Nanorods

Fascinating nematic‐ and smectic‐like self‐assembled arrays are observed for gold nanorods partially capped with either laterally or terminally attached nematic liquid crystals upon slow evaporation of an organic solvent on TEM grids. These arrays can be manipulated and reoriented by applying an external magnetic field from quasi‐planar to vertical similar to a Fréedericksz transition of common organic nematic liquid crystals. Birefringence and thin film textures of these self‐assembled gold nanorod arrays observed by polarized optical microscopy are strongly reminiscent of common organic nematic liquid crystal textures between crossed polarizers and, additionally, support the formation of ordered liquid crystal‐like anisotropic superstructures. The ordering within these arrays is also confirmed in bulk samples using small angle X‐ray scattering (SAXS).     

液晶运动图像投影仪

由产生图像的液晶显示元件，投影图像的光学机构和显示屏即构成液晶运动图像投影仪。液晶材料可将图像信息暂时储存，称为储存效应。连续图像投影方法是，在液晶材料中产生图像并暂时储存起来，将投影光源对准液晶材料，然后作为液晶透射或散射光函数的图像投影到投影屏上，可连续地产生投影图像。     

基板表面锚泊对液晶全漏导模影响的理论研究

平行排列向列相液晶盒基板表面锚泊能可以影响液晶盒内液晶分子指向矢的分布,光学上将导致液晶导模结构的变化。为了研究基板表面锚泊对液晶全漏导模的影响,首先基于液晶弹性理论推导了液晶指向矢在外加电压下满足的平衡态方程,随后由差分迭代方法数值计算液晶指向矢。最后,基于液晶多层光学理论推导了液晶导波反射率和透射率公式,并通过数值计算得到了平行排列向列相液晶全漏波导反射率Rss随内角变化的理论曲线。计算结果表明,相对于强锚泊情形(1×10~(-3) J/m~2),不同锚泊能强度(5×10~(-5) J/m~2～1×10~(-3) J/m~2)下的理论曲线会发生左移现象,移动距离与锚泊能强度有关。由曲线移动的距离可以确定液晶盒基板表面锚泊能的强度。该研究为进一步利用光导波技术测量液晶盒基板表面锚泊能强度提供了理论依据。     

一种新型液晶退偏振器的研究

为了消除入射光的偏振态变化对相干系统的负面影响,一种有效的方法就是对入射光进行退偏处理.利用液晶随着液晶分子取向的偏转,光沿z轴传播的折射率n发生变化的特性,可通过改变外加电压可以任意控制液晶各点的偏振态,从而能够实现任意偏振输出.报道了一种由两片液晶片组合而成的新型单色退偏振器,理论研究了利用液晶的偏振特性对单色光进行退偏原理.实验结果表明,这种退偏振器对入射光偏振方向不敏感,可对任意偏振态或偏振态随时间变化的连续或者脉冲入射单色光进行完全退偏.可用于惯性约束聚变激光驱动器光纤前端系统中以消除偏振变化对系统的影响.     

楔型液晶盒对入射激光偏振态的影响

为了研究手性液晶传输距离的变化对入射激光偏振态的影响,通过连续改变入射激光在手型液晶中的传输距离,楔型手性液晶盒可以有效地改变入射激光束的偏振状态,使之从初始的线偏振状态变成了近似的圆偏振光,且同初始的入射偏振方向无关。理论计算和实验结果表明,该方法可用于液晶退偏器的理论分析和设计。     

基于二色性染料及聚合物取向的液晶光开关的制备及其性能研究

为获得一种开关效应强、响应快且结构简单的光开关,对一种基于二色性染料及聚合物取向的液晶光开关进行研究。通过在垂直配向的液晶中加入二色性染料及聚合物,并在施加偏压的情况下照射紫外光使其发生聚合物取向效应,制得了一种具有电控偏光特性的液晶盒,进而将这种液晶盒按照偏光角度为0°/90°的方式组合为液晶光开关。对所制得液晶光开关的插入损耗、消光比和响应特性进行测试,结果表明,所制得的液晶光开关的插入损耗小于0.6dB、消光比超过13dB,具有较明显的开关效应,聚合物取向的方法则可以消除这种液晶光开关的迟滞现象,使其开关时间降低到20ms以内;通过聚合物取向过程所施加偏压的控制,二选一地,可以进一步减少其插入损耗或开关时间。     

剪切液晶散射偏光玻璃的视角特性

制备出应变调光玻璃样品,利用剪切装置对样品施加剪切应力后,样品呈散射偏光态。实验观察到样品所特有的在剪切力施加方向上透光率偏高的视角特性,通过建立理论模型并测试透光率随入射角变化曲线,得到了散射偏光玻璃透光率综合表达式,以及样品中液晶微滴倾斜角度与透光率关系。模拟计算表明,本文所建立的理论表达式能基本描述剪切液晶散射偏光玻璃特性。     

棒状液晶分子相变问题的机械旋转模型研究

综述一种关于棒状液晶材料的分子结构与液晶相的相关关系的研究成果。介绍了有关液晶分子的机械旋转模型。该模型将液晶分子视作一种高速旋转的转子,通过分子参数计算,对液晶材料的相变温度和分子结构之间的关系给出了一种全新的解释。最新研究表明,含氟三苯液晶材料的分子结构中存在slim和fat现象,能够对液晶材料的相变进行合理解释。该模型能够通过简单的模型方法对新型液晶材料的分子设计与合成提供有用的信息。     

Au纳米颗粒对向列相液晶取向性能的影响

液晶分子的初始排列在液晶显示器中起着关键的作用。纳米粒子掺杂到液晶体系可扰乱液晶分子的排列,从而改变液晶的自组装特性,进而影响液晶的各项性能。将制备的Au八面体纳米颗粒掺杂到向列相液晶4-氰基-4′-正戊基联苯(5CB)中,灌入液晶盒后,通过使用偏光显微镜对液晶盒的观察发现,掺杂的八面体Au纳米颗粒诱导5CB液晶分子发生了垂直取向,而球形Au纳米颗粒不能诱导液晶分子垂直取向。这归因于八面体Au纳米颗粒的表面能比较小,液晶分子间的作用力比较大,使液晶分子易于垂直取向。随着O-Au NPs的浓度增大,液晶分子的取向效果先变好又逐渐变差。这是因为O-Au NPs的浓度越高,可诱导越多的液晶分子垂直取向排列,但随着纳米粒子浓度的增加,纳米粒子团聚,减少了与液晶分子的作用,使取向效果变差。动态过程实验显示,0.1%的八面体金纳米颗粒可诱导向列相液晶5CB在2 min内快速完成垂直取向,表明O-Au NPs具有优异的诱导5CB取向的动态效果。     

液晶含量对聚合物/液晶复合膜电光特性的影响--从正型向反型显示模式的转变

预聚物与正性液晶以适量配比合成的聚合物／液晶复合膜通常呈正型显示,即膜在关态时呈散射态,在开态时呈透射态。然而实验发现,用高的液晶配比合成的膜在适度电压驱动下能呈现反型显示,即这种膜在关态时呈透射态,在适度电压作用下呈散射态。在制膜过程中,如能将液晶做沿面取向处理,则膜的反型效应更加明显。用聚合物／液晶复合膜的反型显示机理,可开发出一系列新的光学显示器件。本实验研究了这种反型模式器件的电光特性,并建立相关的结构模型解释了实验结果。     

空间各向异性势扭曲向列液晶盒的Fredericksz转变

基于格点模型空间各向异性两体势研究扭曲向列(TN)液晶盒的Fredericksz转变。该作用势不仅是空间各向异性的并且依赖于液晶的弹性常数。理论处理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是重合的,而总自由能等于总相互作用能。分别对指向矢的倾角和方位角进行傅里叶展开,通过二阶导矩阵方法确定TN盒的阈值磁场。该磁场依赖于总扭曲角和液晶的弹性常数,并与连续体理论结果进行了比较。通过平衡态下系统自由能取最小,得到指向矢满足的平衡态方程。基于平衡态方程,对TN液晶盒中指向矢在磁场作用下的分布进行了数值计算。数值结果验证了液晶指向矢所满足的平衡态方程的正确性。进一步证实了文献中最近提出的两种从弹性能到两体作用势的映射方案之一(即模型Ⅰ)可以给出与连续体理论相一致的结果。     

一种光学状态可由电场控制的液晶复合材料的制备与表征

液晶材料对电、热、磁、光等外界物理量的变化具有不同的响应特性,向其中添加具有一定特性的化合物,可以得到具备一定响应特性的液晶复合材料。利用所制备的液晶复合材料对于电场变化具有响应特性的特点,制备出具有信息记录功能的复合材料。合成手性离子液体,按一定配比将其加入手征向列相液晶(N~*-LC)中,得到反射波段可电控的手征向列相液晶/手性离子液体复合材料。实验结果表明:材料初始状态为光透射状态;对材料施加直流电压40V时,样品表现为光散射状态,透过率低于10%;施加高频交流电压40V时,样品表现为半透明镜面反射,反射范围覆盖400～750nm,透射率为45%左右;撤去电场后,可恢复至初始状态,并且每种状态都具有一定的记忆效应。该种液晶复合材料制备简单,无需紫外辐射工艺,且具有电场响应特性,可以通过电场控制在可见光范围内表现出光透射、强烈光散射、半透明镜面反射3种不同状态,具有记忆效应,操作简单方便。     

液晶红外磁控双折射效应的研究

利用JG-3型连续可调谐磁场仪搭建实验装置，红外1350nm激光器做光源，测量了偏振光通过磁场作用下BL-009型向列相液晶的透射光强度和旋转角度，详细分析了磁场对液晶透射比和液晶旋光性能的影响，对实验结果进行了理论分析，得出了液晶透射比和旋光角随磁场方向变化的结论。同时，通过实验测试。对液晶的阈值磁场强度进行了讨论。     

手性液晶滤光片研究

本文研究了掺有手性分子的反射式液晶滤光片的光学特性以及手性液晶膜用于滤光片的可行性。利用Jones矩阵法对其透射光谱特性进行了分析和数值计算,同时制作了手性液晶盒并对其透射光谱进行了测量。从数值计算和实验结果可知,利用掺有手性添加剂的液晶材料可以反射某种特定波长的入射光,起到一种窄带滤光片的作用,利用此特性制成的液晶偏振滤光片膜可用于各种类型的光电防护。     

全息液晶/聚合物光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，以Ar^ 激光器为光源，使混合物在激光干涉光场的引发下发生光化学反应，从而导致液晶与预聚物发生相分离，形成全息液晶／聚合物相位光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器对所制样品进行测试，结果表明，当液晶含量在30％－45％范围时，所制样品具有较好的栅结构，其衍射效率具有电场可调性。