一种具有空间变化的轴对称偏振特性的液晶偏振光器件

采用普通的偏振片和向列相液晶制作的夹层结构液晶盒,一个基板表面单向摩擦,另一个基板表面通过圆形摩擦或两个基板圆形摩擦实现液晶分子的同心圆对称排列。该液晶器件可获得具有空间轴对称偏振特性的线偏振光,作为一种新型的偏振光器件使用。利用琼斯矩阵分析解释了出现该偏振特性的原理和该偏振光器件的类型。     

快速测试液晶器件扭曲角和光延迟的新方法

提出了一种测试扭曲角和光延迟的新方法。该方法属于单波长测试法,具有3个特点:利用具有特殊摩擦方向(一个基板平行摩擦,另一基板环形摩擦)的液晶盒(CH-LC)作为偏振转换器件;利用扇形可变光阑和光探测器,一次性测得偏振方向从0到任意角度连续变化的线偏光通过被测液晶盒后的光强和;采用求光强比的方法消除了由于测试中仪器的吸收对光强的影响。扭曲角和光延迟作为拟合参数利用琼斯矩阵推导出的拟合方程用matlab进行曲线拟合求参数得到。实验证明采用该方法测得结果准确,操作简单快速,实验设备经济。     

液晶消色差偏振旋转器

液晶消色差偏振旋转器是一种可以改变入射偏振光状态的光学元件。为了在不移动偏振器件的情况下,实现偏振光在正交方向的转变,并在宽波段具有良好的消色差特性,本文提出了一种由3个低扭曲向列相液晶盒组成的消色差偏振旋转器,通过施加电压来控制液晶分子分布从而控制偏振光的状态。用TechWiz LCD 1D软件进行模拟,在不加电压和平行偏光片情况下,消色差偏振旋转器在450～650nm范围内的漏光率小于0.01,可见光范围内的漏光率低于4.5%,与传统的一个扭曲向列相液晶盒组成的旋转器相比漏光率较低。施加电压之后,透过率可达到97.9%以上,并且液晶盒厚度在2.2～2.5μm之间变化时,消色差特性几乎不受影响,这种结构的消色差偏振旋转器的对比度较高,消色差性能良好,响应时间快,达到了偏振旋转器件的要求。     

液晶偏振变焦透镜组合设计

具有可变焦能力的透镜在成像、传感和检测等领域扮演着重要角色。本文通过研究液晶偏振透镜的光学特性,设计出多点变焦的液晶偏振透镜变焦系统。液晶偏振透镜是一种利用液晶分子指向矢(光学各向异性轴)特定的空间排列,产生特定几何相位差从而达到波前控制效果的光学器件,对于左/右旋圆偏振光分别表现为正/负透镜效果。利用液晶偏振透镜的偏振特性及液晶分子受电场调制的性质,本文设计出由一片普通正透镜、一片可调谐液晶波片和两片液晶偏振透镜组成的液晶偏振变焦透镜组合,在特定的偏振入射光下,可以实现7个焦距的改变。同时,通过优化透镜焦距、间隔等参数,可以使变焦透镜组合实现等间隔变焦等功能。实验结果显示,在633nm圆偏振光下,利用自主制备的液晶偏振透镜组成的液晶偏振变焦透镜组合系统成功实现了7个焦距的变焦功能,同时变焦距离基本符合预期且部分焦距(前6个)实现了等间隔分布,充分验证了利用液晶偏振透镜实现多点变焦的可行性。     

非等光强正交圆偏振光对液晶偏振光栅衍射特性的影响

在实际的制备过程中,不可避免地存在非等光强正交圆偏振光制备液晶偏振光栅的情况。为了探究这种情况对制备出的液晶偏振光栅的衍射特性有何影响,本文首次从理论上,利用琼斯矩阵法推导计算出该情况下液晶偏振光栅的衍射特性。首先,计算出两束非等光强正交圆偏振光叠加后的偏振态分布。其次,利用斯托克斯参数表征叠加光场对光控取向膜的折射率响应矩阵。最后,以该响应矩阵为基础,求得液晶偏振光栅的2×2琼斯矩阵。结果表明,非等光强正交圆偏光制备的液晶偏振光栅理论上可以实现0级和1级的光强分布同时受液晶盒盒厚和入射光偏振态的调制,实现0级或±1当中任意级次衍射效率可达100%。在非等光强正交圆偏振光情况下,制备出的液晶偏振光栅依然具有良好的光学特性。     

PDLC器件显示迟滞效应的改善

目前ＰＤＬＣ器件的制作方法有多种,但器件在显示时其电压一透过率特性通常存在明显的迟滞效应,不利于灰度显示。采用在ＰＤＬＣ基板内表面涂覆液晶取向层,使取向层沿非平行方向摩擦的方法可使迟滞效应得到显著改善。     

扭曲向列相LCoS显示模式的优化设计分析

由偏振分光棱镜、向列相液晶层、金属反射镜组成的LCoS投影微显示器件可以通过向列相液晶层的旋光效应、双折射效应而实现对入射偏振光的强度调制。为了提高光利用率,文章用Muller矩阵推导出了线偏振光经过扭曲向列相液晶层之后转变为偏振态不同的线偏振光或者圆偏振光的条件,设计了偏振转换效率为100%的常黑或常白LCoS显示模式,有效提高了光利用效率。     

极性自组装单层膜取向铁电液晶器件

采用极性自组装单层膜和摩擦的方法制备了非对称的液晶盒.在铁电液晶相变的过程中不施加电场,得到了排列均一的铁电液晶器件.实验表明:极性自组装单层膜极性越大器件的对比度越高.经过分析得出该器件液晶分子取向机理为:基板附近的铁电液晶通过偶极和极性自组装膜的作用,使得靠近自组装膜表面处的偶极和靠近摩擦表面的偶极的指向相同,通过分子的相互作用使得体内分子排列方向一致.     

液晶消色差偏振光开关

为了实现全可见光波长范围内的偏振光偏振方向正交变化的可控性,我们研究了由液晶盒构成的消色差偏振光开关。研究了液晶波片的偏光旋转特性及响应特性,并与传统波片的偏光旋转效果进行对比,然后参考组合式消色差波片的设计,设计出了由多片液晶盒构成的消色差偏振光开关。使用Tech Wiz LCD 1D软件对两种结构的消色差偏振光开关进行模拟,得到其偏光旋转效果以及响应特性,并得到不同波长偏振光的对比度。模拟结果表明:本文中提出的两种结构的液晶消色差偏振光开关可以实现在较大波长范围内的偏振光方向的正交变化,同时出射偏振光具有较高的偏振度。在20V驱动电压下,偏振旋转的上升时间0.3ms,下降时间4.5ms,符合实际器件中对于消色差偏振光开关的响应速度要求。     

偏振特异的聚焦和波前保持的双模超表面

设计出一种对左旋和右旋圆偏振光产生各向异性相位调制的双模超表面器件。该器件在改变硅纳米柱尺寸进而调控传输相位的同时,改变了其面内旋向获得附加的几何相位。由于两种相位的结合,入射到超表面器件的右旋圆偏振光实现了44.8%的聚焦效率,而对于入射左旋圆偏振光,则保持其平面波前透射。该超表面器件作为小型化偏振器件可应用于信息加密传输等领域。     

栅状表面液晶盒的光学特性

栅状表面基板对液晶分子有特殊的锚定作用,其锚定的强度和易取方向与栅状表面的几何参数相关。两块预先处理的栅状表面基板可以制成液晶显示器件,其光学特性也与栅状表面的几何参数相关。文中基于Frank弹性理论和栅状表面基板的等效锚定能公式研究了外加电压下此种液晶盒的光学特性,并通过计算机模拟得到了不同栅状表面液晶盒的电光曲线,且与栅状表面液晶盒的闽值电压进行了比较。     

高温环境下液晶显示器件偏光特性的测试方法

温度会改变液晶材料偏光特性,液晶材料偏光特性的改变会直接影响液晶显示器件的显示性能,因此获得高温下液晶器件的偏光特性就可以预测其在高温环境中使用时显示特性的变化。提出一种适用于高温环境下液晶显示器件偏光特性的测试方法:首先将背光式LED和偏振片放入高低温试验箱中进行高温测试,利用面成像仪测量线偏光通过高低温试验箱玻璃门后的偏振态,以此获得玻璃门的偏振特性;然后将液晶器件放入高低温试验箱,测试得到通过玻璃门后的Stokes矢量,用玻璃门的温度-偏振特性进行补偿后,即可得到液晶显示器件在高温状态下的温度-偏光特性。     

时序正交偏振光影像分割法双路显示

提出了一种时分法立体显示和偏振光立体显示相结合双路显示方案.在液晶显示器或投影机(DLP,3-LCD,LCOS)前设置了一层旋光液晶,在成像器件上交替轮流播放左右2路视图,同时旋光液晶对液晶显示器或投影机出射的偏振光的偏振方向进行0°或90°交替变换,当观看者戴上相应的偏振镜便可以实现双路或立体显示.     

曲线摩擦TNLCD显示特性的模拟计算

本文提出了一种新的TN型液晶器件扩大视角的方法,即对玻璃基板上的取向层沿一特定的曲线摩擦,以这样的基板构造液晶屏。我们称这种方法为CR—TNLCD（Curvature Rubbing TN—LCD）,本文用模拟计算的方法,研究了CR—TNLCD的显示特性和视角特性,结果表明,CR—TNLCD的电光特性与普通的TNLCD相似,而视角和灰度显示能力有明显改善。     

太赫兹液晶可调谐功能器件

介绍了不同液晶材料在太赫兹(THz)波段的光学各向异性和外场调制特性。在此基础上,综述了几种基于液晶与人工电磁微结构相结合的THz功能器件,该器件可实现对THz波的调谐滤波、电磁诱导透明、相位调制以及偏振控制功能等;系统地分析了液晶与人工电磁微结构的相互作用机理、THz波长尺度下液晶的外场调控规律与表面相互作用。此外,还对THz液晶光子器件的研究发展趋势进行了展望。     

光敏自组装单层膜用于液晶光控取向的研究

用丁二酸酐和7-羟基香豆素合成了含有脂肪族羧酸基团的光敏化合物，利用脱水反应使它在玻璃(或石英)基板表面形成自组装单层膜。用偏振紫外光照射光敏性自组装膜，与光矢量方向匹配的香豆素基团发生[2 2]周环反应，反应产物沿辐照光的偏振方向分布，形成表面张力各向异性的薄膜。用它作为向列相液晶取向膜制成平行液晶器件，在偏光显微镜下观察，发现取得了均一、稳定的取向效果。并且该取向膜有良好的热稳定性。     

基于液晶光电特性的静电测量

传统静电测量仪器存在成本高、精度低及使用复杂等难题,本文提出了一种利用液晶材料的光电特性进行静电测量的简易方法.测量所使用的液晶器件采用多层基板叠加分压结构,多层叠加基板的分压作用实现了对高压的测量和连续性测量.该静电测量装置可以实现高低压测量范围在器件的不同区域上同时测量.首先介绍了实现这种方法的器件和系统,然后基于...     

深紫外光栅反常偏振器件的设计与分析

为实现金属光栅偏振器件在光刻机偏振照明系统中的应用,基于共振域光栅的反常偏振效应,提出一种以二氧化硅为基底、铝与氟化镁作为栅线材料的介质-金属光栅偏振器。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比,该偏振器的光栅周期接近入射波长(0.19～0.20μm),表现出透射TE偏振光、反射TM偏振光的反常特性。由时域有限差分算法(FDTD)的数值模拟结果可得,当波长为0.193μm的光垂直入射时,该光栅偏振器对TE偏振光的透过率大于60%,偏振消光比大于180。与具有相同结构参数和栅线材料的单层金属光栅偏振器相比,该介质-金属光栅偏振器在深紫外波段具有良好的偏振性能,TE偏振光透过率提升了约10%,偏振消光比提升了4.5倍左右(在0.193μm波长下)。     

一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法

提出了一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法。根据Jones矩阵推导出了Stokes矢量与液晶盒参数的关系,其原理是通过确定经过液晶盒之后偏振光的偏振特性来求解液晶盒盒厚和扭曲角。该方法在测量一个Stokes矢量时,在液晶盒后依次放两种波片,目的是改变经过液晶盒后的光的偏振态,再置一偏振分光棱镜分开水平Ip和垂直Is线偏振分量,测得两组光强,根据公式算得该Stokes矢量,从而求解液晶盒盒厚以及扭曲角。实验中我们用该方法测量了不同盒厚、扭曲角度的TN液晶盒。实验结果证明该方法可行,结果准确,并且可以测量盒厚较小的液晶盒。最后,我们理论分析了实验误差。     

纤维素纳米晶手性液晶膜研究进展

纤维素是丰富的可再生聚合物资源,通过强酸水解可得到结晶度较高的纤维素纳米晶（CNCs）。在合适的浓度下,CNCs悬浮液能够进行蒸发自组装,干燥后形成CNCs胆甾相液晶薄膜。CNCs手性液晶膜具有优异的圆偏振光性能,因此在光电子技术等领域十分重要。本文概述了CNCs的液晶性质和制备方法;着重探讨了CNCs手性液晶膜的结构色特性,以及通过物理和化学手段对CNCs膜的螺距进行调控的方法。同时,综述CNCs手性液晶膜的圆偏振光性能,对其圆偏振光反射性能和圆偏振荧光发射性能的研究进展和应用技术进行了总结和展望。CNCs手性液晶膜左旋和右旋圆偏振光性能的差异,使其在液晶显示器、光学防伪、传感器件等领域具有广阔的应用前景。此外,通过多种方法（添加荧光分子或金属等）制备的具有圆偏振荧光性能的CNCs膜材料,可作为检测激发态的手性探针,在一系列光学应用中具有潜在的应用价值和发展空间。