光响应蓝相液晶的研究进展

蓝相液晶作为一种新兴的软3D光子材料受到了越来越多的关注与研究,其可以自组装为具有周期性立方晶格的3D光子纳米结构,并且具有优异的光学特性,如无双折射、响应速度快和选择性反射等.刺激响应的3D纳米结构以及在可见光谱中动态控制其光子带隙是蓝相研究中最令人感兴趣的领域之一,特别是其中的光响应蓝相液晶的研究受到了广泛的关注,...     

硫醇含量对蓝相液晶弹性体性能的影响

蓝相液晶弹性体(BPEs)是一种集三维光子晶体结构与橡胶软弹性于一身的功能材料,在液晶光子学领域具有广泛的应用前景,但是新型BPEs的制备方法及其弹性性能有待进一步研究.本文在原位光聚合的基础上,引入硫醇(ED-DET)和丙烯酸酯之间的点击化学反应制备了不同EDDET含量的BPE薄膜,系统研究了 EDDET含量和光固化...     

短周期超晶格AlP／GaP能带结构的转变及其带间的光跃迁

介绍了间接跃迁的半导体ＡｌＰ与ＧａＰ形成的超晶格，由于零折叠效应，实现了能带由间接带隙向直接带隙的转变，从而增加了带间的光跃迁几率，并推导了该几率的表达式。     

分子束外延生长Al_xGa_(1-x)As/GaAs超晶格及结构、光学特性研究

报道了分子束外延生长80个周期的Al_xGa_(1-x)As/GaAs超晶格,X射线衍射和透射电镜的结果表明超晶格样品有良好的结构特性,光反射光谱观察到阱内的电子跃迁过程,其结果与理论计算相符。     

底发射VCSEL片上点阵结构光投影装置设计

为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题,提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构,并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐标变换,在无准直透镜情况下利用基于瑞利-索末菲衍射积分的Gerchberg-Saxton改进算法获得片上衍射光学元件的相位分布,并最终对该点阵投影装置的投影效果进行评估。结果表明:在衍射光学元件设计过程中采用高斯光束作为光源时,该结构能更好地抑制零级衍射,获得光强分布更加均匀的投影点阵。此外,该结构不仅可省去透镜的安装,减小投影装置尺寸,还可通过流片工艺实现光源和衍射光学元件一体化集成。     

光码分多址的关键技术及应用

简要介绍了光码分多址(0CDMA)通信技术的基本原理、分析了OCDMA系统编码码字序列、编/解码器、具有旁瓣和底噪抑制功能的窄脉冲接收机等关键技术,最后提出了基于0CDMA技术的隐匿通信、IP over OCDMA、OCDMA over PON应用的主要技术考虑.     

一种基于光学集成芯片的紧凑型结构光产生系统

过去的几十年中,结构光照明在三维立体成像和计算机视觉有着重要的应用。然而,传统结构光产生系统结构复杂、体积庞大,这严重限制了它的潜在应用价值。提出了一种用于产生结构光的紧凑型的光电集成芯片,这种芯片基于绝缘体上的硅（SOI）材料。该方法具有结构简单、输出稳定、设计灵活等优势。不同于传统的结构光发生系统,该方法中,光束的强度及相位调制以及光束间的相互干涉都是由片上系统操控的。这有效避免了外界扰动对光斑质量的影响,同时提升了系统的便携性。实现了全片上调控的红外结构光产生系统。该结构光芯片大小仅为0.5*0.5毫米,可以产生约200*200微米的结构光照明区域。芯片照明区域的大小和结构光的单元结构周期与光栅的结构设计和光源波长相关。此外,通过设计合理地设计芯片上的元件布局,我们可以得到多种不同结构的照明图样。     

近晶相液晶超结构的多元外场调控

利用液晶的自组装和刺激响应特性,实现近晶相液晶多层级超结构的灵活构筑、动态操控和多功能应用对于激发更多前沿的创新性功能器件并推动液晶超结构的实用化进程具有重要意义。本文从近晶相液晶超结构的生长制备、多元外界刺激对缺陷结构的调制方法和动态调控规律等方面进行系统研究。首先,探究了图案化取向场和旋涂条件对近晶相液晶拓扑超结构的形态与大小的操控;然后,验证了焦锥畴超结构的微透镜成像功能,并通过材料复合优化和引入聚合物稳定策略,实现了正方焦锥畴阵列在35℃下（向列相）的电刺激动态调控性能;最后,研究了手性、光场和热场对双相态液晶超结构带来的多维度调控。本研究充分利用光取向场、聚合物网络、电场、手性、光场等多元外场刺激,实现了对近晶相液晶多层级超结构的多维度调控。     

纤维素衍生物胆甾相液晶体系的结构及光学性能

以乙基氰乙基纤维素／丙烯酸[(E—CE)C／AA]胆甾型液晶相体系为对象，通过紫外可见光谱和广角x光衍射等方法，研究了纤维素衍生物／烯类溶剂所形成的胆甾相液晶体系的结构和光学性能及光聚合对它们的影响，发现在光聚合溶剂AA后，胆甾相的结构和光性能都很好地保持在乙基氰乙基纤维素／聚丙烯酸[(DCE)C／PAA]复合物中。由于聚合过程中的溶剂收缩，λmax、P和d都有相应的减小。     

超晶格(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(110)的电子能带结构

采用紧束缚的重整化方法计算了超晶格(Al_xGa_1 xAs)_m/(GaAs)_m(110)的电子能带结构(1≤m≤10)。讨论了电子能带结构随超晶格层厚m及合金组分x的变化情况。计算结果表明,对于不同的合金组分x,超晶格可以处在三个不同区域:A区,直接能隙结构,Ⅰ-型超晶格;B区,间接能隙结构,Ⅰ-型超晶格;C区,间接能隙结构,Ⅱ—型超晶格。     

蓝相液晶材料与光子学器件研究进展

蓝相液晶是一种三维手性自组装软超结构材料,具有光学各向同性,选择性反射波长,快速响应等优秀特性,无论在显示还是光子器件的应用上都具有良好的发展前景,吸引了研究人员的大量关注。近十年关于蓝相液晶显示领域的研究与工程或应用发展迅猛,于此同时催生了其在光子学这个后显示领域的研究。面对来自国际上其他先进国家的竞争与压力,中国大陆的学者们奋勇迎接,经过短短数年的发展获得了一批有显示度的成果,在国内外的优秀期刊上报道了一系列富含学术性和实用性的工作。具备高热稳定性与显著电光调制特性的新型蓝相液晶材料及其光子学器件,如衍射光栅、相位调制器、透镜、激光以及光衰减器等,相继被开发出。本文追逐这些前辈留下的脚印,从材料制备、性能到光子器件设计、应用进行了概括性的回顾,旨在通过此综述激发出蓝相液晶在非显示光子学应用领域更多的研究灵感;若能起到进一步促进该领域发展的作用,笔者将感到幸甚之至!     

胆甾相与蓝相液晶的布拉格反射和旋光能力研究

采用时域有限差分法(FDTD)研究了胆甾相液晶与蓝相液晶的旋光能力。首先计算了圆偏振光在平面态胆甾相液晶与蓝相液晶中的布拉格反射现象,从晶格结构和分子排列的角度对模拟结果做了讨论,研究了液晶折射率和螺距对布拉格反射现象的影响。其次研究了胆甾相与蓝相液晶夹在两正交偏振片间的漏光情况,用液晶的旋光能力对二者的相似和不同的现象进行了解释。     

聚合物稳定蓝相液晶用单体研究进展

聚合物稳定蓝相液晶(PS-BPLC)由于其具有相对宽的温域,亚毫秒的灰度响应速率,并且无需取向层等特点在平面显示和光学方面引起越来越多的关注。本文简要回顾了目前应用在聚合稳定蓝相液晶方面的聚合物单体的发展情况,主要从单体结构,单体的浓度,交联剂的使用这3个方面研究了这些因素对聚合物稳定蓝相的性能影响。其中对单体结构的影响进行了更为详细的讨论,包括特殊基团如氟原子、手性中心的引入,端烯的甲基化等因素对聚合物稳定蓝相液晶在驱动电压、迟滞效应和响应时间等性能的影响。并在此基础上,对聚合物稳定蓝相液晶所用单体的结构设计提出新的构想。     

基于浮置电极的高透过率蓝相液晶显示器件设计

传统平面内扭转(In-Plane Switching,IPS)模式的聚合物稳定蓝相液晶显示器件由于死区(Dead Zone)的存在,导致了透光率较低的问题。通过引入浮置电极(Floating Electrodes),增强死区上方的横向电场强度,可以解决这一问题,提高蓝相液晶显示器件的总体透过率。引入浮置电极的蓝相液晶显示器件的电光特性由Techwiz3D程序仿真予以分析。我们定量计算了电极尺寸、工作波长和电极错位对电光特性的影响。仿真结果表明,引入浮置电极的IPS模式蓝相液晶显示器件的透过率提高了约15%,对显示应用中常见的3种可见光波长(450nm,550nm,650nm)的总体透过率都达到了约90%。该新型器件结构能够显著提升蓝相液晶显示器件的透过率,使之在新一代显示技术发展和竞争过程中获得更大的优势地位。     

基于多重掺杂的高科尔常数聚合物稳定蓝相液晶

聚合物稳定蓝相液晶具有亚毫秒级响应速度,光学各向同性及无需配向工艺等特点,在显示及光子器件领域有广泛的应用。本文研究了一种基于聚合物稳定蓝相液晶的多重聚合物材料掺杂系统。聚合物稳定蓝相液晶的驱动电压可以通过掺杂N-乙烯吡咯烷酮(NVP)和聚苯胺氧化石墨烯(G-PANI)得到大幅度的降低。经过优化掺杂物的配比,多重掺杂的聚合物稳定蓝相液晶材料的科尔常数被提高了68%,并且不会对材料的响应时间、磁滞及残留双折射产生负面影响。     

基于几何相位超表面的Ince-Gaussian矢量涡旋光场聚焦

为了实现电介质超表面的聚焦功能和对光场相位的调控,采用几何相位调制原理设计微元结构及空间分布,以SiO₂为基底、亚波长TiO₂椭圆柱的六边形晶胞为基本结构,设计了一种相位突变呈抛物线梯度分布的聚焦超表面,适用于480nm～580nm波段。基于此结构进行了理论分析和实验验证,发现该结构对线偏振光聚焦,其归一化后的半峰全宽约为428nm,而对矢量光聚焦约为258nm,获得了更出色的聚焦效果。研究了3阶和4阶Ince-Gaussian矢量光场通过该超表面后的聚焦特性,得到了聚焦场能保持入射矢量光场的基本空间结构,但中心结构信息会有损失的结果,即Ince-Gaussian矢量涡旋光场由于涡旋相位的存在,聚焦后会呈现破缺的空间结构。结果表明,超表面结构和入射光场矢量结构之间的匹配程度是影响聚焦特性的重要因素。该研究为理解复杂矢量光场的超表面聚焦机理提供了参考。     

基于菱形电极结构的高对比度平面内扭转模式蓝相液晶显示器件设计

以往研究发现平面内扭转(In-Plane Switching,IPS)模式蓝相液晶显示器件的图像显示对比度明显低于理论预期。本文对导致这一问题的物理原理进行理论分析和实验验证,据此提出改进的菱形电极结构设计以解决这一问题。实验证明,调整走向后的IPS电极结构能使蓝相液晶显示器件的暗态漏光减小2/3,使其显示对比度提升至10 000∶1以上。基于这一实验发现,本文提出了全新的菱形电极结构设计,以求获得高对比度显示效果。除此以外,采用Techwiz仿真分析改进后的菱形IPS电极蓝相液晶显示器件的电光特性,发现其伽玛偏移和灰度反转可分别减小3/4和2/3,并且其驱动电压和透过率与传统IPS模式蓝相液晶显示器件相仿。可见,基于改进的菱形IPS电极结构的蓝相液晶显示器件相较传统蓝相液晶显示器件具备更好的显示性能和市场竞争力。     

制作光纤光栅用相位掩模的衍射行为研究

利用严格耦合波理论对用于光纤光栅制作的相位掩模的衍射特性进行了深入的研究.研究发现,在紫外写入波长(248 nm)下,为了使零级衍射效率＜5%,且±1级的衍射效率＞35%,相位掩模的刻槽深度必须控制在230～280 nm,占宽比必须控制在0.48～0.65.同时,与标量衍射理论的结果进行了分析对比.这些都为相位掩模的实际制作提供了有意义的结果.     

用于光盘系统的位相光栅

本文设计出一种用光盘系统的位相光栅，介绍了设计原理方法，采用傅里叶变换分析了衍射光束的空间频谱及光强分布。     

Quantitative analysis of small amounts of cubic GaN phase in GaN films grown on sapphire

Thin GaN films, grown by metal organic chemical vapor deposition on the basal plane of sapphire substrates, were characterized by x-ray pole figures, high-resolution x-ray diffraction and transmission electron microscopy. This combination was found sensitive to small amounts (down to 0.1%) of cubic GaN phase in specimens subjected to surface nitridation treatment prior to epitaxial growth. The presence of the cubic phase and its orientation relations to the hexagonal GaN matrix was established by means of pole figures and selected area electron diffraction. The amount of cubic phase was determined by comparing the integrated x-ray diffraction intensities of the (311) cubic GaN and the (11.2) hexagonal GaN reflections. Optimum nitridation duration was found, which corresponds to almost complete suppression of the cubic phase formation.