掺杂碳纳米管的向列相液晶中的空间光孤子的研究

论文摘要

对于空间光孤子的研究,向列相液晶是比较理想的材料,但在研究中发现纯液晶在观测空间光孤子时也存在着不足,为了弥补纯液晶的缺点,科研工作者发现在液晶中掺入其他的材料会改善液晶的不足。碳纳米管是由石墨烯片卷成的具有螺旋周期的管状结构,在其管壁周围仍然有大量的未成对电子游动,因而碳纳米管具有光学活性。由于其较好的光学及电学性质,本文将从理论与实验两个方面分析讨论掺入碳纳米管的液晶中空间光孤子。理论上,分析了掺入碳纳米管的向列相液晶中重新取向角的影响因素,对向列相液晶中的光波演化方程进行了适当的简化和修正,推导出了掺杂碳纳米管的液晶中的空间光孤子的演化方程并给出了亮、暗空间光孤子的解和孤子宽度的表达式;另外,根据上述的方程模拟了不同参数时孤子的横截面光强分布。实验中,配制了不同浓度碳纳米管掺杂的液晶样品,制备了不同厚度的平行取向的液晶盒,搭建了观测空间光孤子的实验光路,使用532 nm的DPSS激光器作为光源观测了空间光孤子的形成过程以及变化不同因素时对空间光孤子的影响,使用CCD拍摄了全部的实验结果,并将实验中观测的空间光孤子与纯液晶中的空间光孤子进行了对比。最后,详细地分析了液晶盒的厚度、入射光的功率、碳纳米管的掺杂浓度、外加电压以及入射光的偏振方向对空间光孤子的影响,对掺杂碳纳米管的向列相液晶中空间光孤子的性质进行了分析和总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液晶中空间光孤子的国内外研究进展
• 1.2.1 向列相液晶中空间光孤子的研究进展
• 1.2.2 掺杂向列相液晶中空间光孤子的研究进展
• 1.3 本论文的动机和目的
• 1.4 本论文的研究内容与结构
• 第2章 向列相液晶中空间光孤子的理论
• 2.1 引言
• 2.2 纯净的向列相液晶中空间孤子的理论
• 2.2.1 向列相液晶的形变自由能
• 2.2.2 向列相液晶分子重新取向的非线性
• 2.3 掺杂碳纳米管的向列相液晶中空间光孤子的理论
• 2.4 掺杂碳纳米管的向列相液晶中空间光孤子的模拟
• 2.4.1 对空间光孤子横截面光强分布的模拟
• 2.4.2 对空间光孤子宽度的模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 掺杂碳纳米管的液晶中光孤子的产生及探测
• 3.1 引言
• 3.2 实验的初期准备工作
• 3.3 实验样品介绍
• 3.4 实验过程
• 3.4.1 液晶盒的加工
• 3.4.2 液晶与碳纳米管的混合及注入
• 3.4.3 实验光路的搭建
• 3.5 空间光孤子的产生及探测
• 3.5.1 纯液晶中观测到的空间光孤子
• 3.5.2 掺杂碳纳米管的液晶中空间光孤子的形成过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 掺杂碳纳米管的液晶中空间光孤子的特性
• 4.1 引言
• 4.2 掺杂碳纳米管的向列相液晶中空间光孤子的偏振特性
• 4.3 掺杂碳纳米管的向列相液晶中空间光孤子的电压响应特性
• 4.4 液晶盒的厚度对空间光孤子的影响
• 4.5 入射光的功率对空间光孤子的影响
• 4.6 碳纳米管的掺杂浓度对空间光孤子的影响
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢