掺杂甲基红的向列相液晶中离散空间光孤子的研究

论文摘要

向列相液晶是目前广泛应用的一种液晶材料,通过掺杂甲基红等染料,材料的性能大为改良,取向光折变的阈值大大降低,在液晶器件和液晶显示领域具有广泛的应用。向列相液晶中的离散空间光孤子是指在液晶波导中无衍射地向前传播的光束,产生离散空间光孤子所需要的能量阈值低,光束的传输可以通过波导和一些外界条件进行灵活操控,在全光开关,全光路由,光信息处理,集成光学,光互联等领域有诱人的应用前景。本文主要对掺杂甲基红的向列相液晶中的离散空间光孤子进行了理论分析和实验研究。首先,总结并分析了研究人员对离散空间光孤子的研究情况,根据液晶的连续体理论建立了一维波导模型,从非线性薛定谔方程出发,利用边界条件及非局域条件分析了液晶中的离散非局域非线性薛定谔方程。根据此方程模拟了掺杂甲基红的向列相液晶波导阵列中光束由离散衍射到形成离散空间光孤子的过程。我们的实验采用两束光波相干涉在液晶盒中记录光栅,以此形成波导阵列结构。在实验中我们制作了掺杂甲基红(MR 1wt%)的向列相液晶E7液晶盒,利用波长为532nm的绿光在液晶盒中记录了一维光栅结构,实验中我们不断摸索,在平行和垂直的液晶盒中成功记录了质量较好的光栅。在获得了一维波导结构以后,我们又搭建光路进行离散空间光孤子的观察,在记录有波导阵列结构的掺杂甲基红的向列相液晶盒中观测到了光束的离散衍象和离散空间光孤子现象。研究了掺杂甲基红浓度,入射光的波长,偏振态,光强,液晶盒中光栅的间距,液晶盒的厚度等对离散空间光孤子的影响,对离散空间光孤子的性质进行了总结和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 离散空间光孤子的研究概况
• 1.3 本论文的动机和目的
• 1.4 本论文的研究内容和结构
• 第2章 离散空间光孤子的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 向列相液晶中的离散空间光孤子理论
• 2.2.1 向列相液晶中一维波导结构的理论模型
• 2.2.2 向列相液晶的离散空间光孤子
• 2.3 离散空间光孤子的数值模拟
• 2.3.1 一维线性波导结构中光的离散传播的数值模拟
• 2.3.2 一维非线性波导中的离散空间光孤子的模拟
• 2.4 本章小结
• 第3章 掺甲基红向列相液晶中波导阵列的制备
• 3.1 引言
• 3.2 液晶盒的结构及制作
• 3.2.1 样品简介
• 3.2.2 液晶盒的结构及制作过程
• 3.3 甲基红分子的光致异构动力学过程
• 3.3.1 掺杂甲基红的液晶性质简介
• 3.3.2 甲基红分子的光致异构动力学过程
• 3.4 光栅记录的机理
• 3.5 光栅的记录结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 向列相液晶中离散空间光孤子的实验观测
• 4.1 引言
• 4.2 离散空间光孤子的实验观测
• 4.2.1 探测光的选择
• 4.2.2 观测方法及仪器的选择
• 4.2.3 离散衍射现象的实验观测
• 4.2.4 离散空间光孤子的实验观测结果
• 4.3 离散光孤子的产生条件
• 4.3.1 光强对离散空间光孤子的影响
• 4.3.2 光的偏振态对离散空间光孤子的影响
• 4.3.3 液晶盒厚度对离散空间光孤子的影响
• 4.4 实验中的其他现象
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢