Взаимодействие света с нематическими жидкими кристаллами в присутствии внешних электрических полей

• Автор: Будаговский, Иван Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

§1.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОТРОПНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

§1.2. САМОВОЗДЕЙСТВИЕ СВЕТА В НЖК

§1.3. ФОТОРЕФРАКТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ В НЖК

§1.4. ОРИЕНТАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ ПЕРВОГО РОДА

ГЛАВА 2. САМОВОЗДЕЙТСВИЕ СВЕТА В НЖК В

ПРИСУТСТВИИ ВНЕШНЕГО ПОСТОЯННОГО ПОЛЯ

§2.1. МАТЕРИАЛЫ. СВОЙСТВА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЫ,

ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК И ОРИЕНТАНТОВ
§2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДЫ
§2.3. АБЕРРАЦИОННОЕ САМОВОЗДЕЙСТВИЕ
§2.4. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДЛИНЫ
ВОЛНЫ, ТИПА ОРИЕНТАНТА И ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК
§2.5. ФОТОТОК В НЖК В ПРИСУТСТВИИ ПОСТОЯННОГО ПОЛЯ
§2.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. САМОВОЗДЕЙСТВИЕ СВЕТОВОГО ПУЧКА ПРИ
СЛОЖНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ВОЛНОВОГО ФРОНТА
§3.1. РАСЧЁТ АБЕРРАЦИОННОГО САМОВОЗДЕЙСТВИЯ НЖК В
ПРИСУТСТВИИ ПОСТОЯННОГО ПОЛЯ
§3.2. ИЗУЧЕНИЕ САМОВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ
АБЕРРАЦИОННОЙ КАРТИНЫ ОТРАЖЁННОГО ПУЧКА
§3.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. САМОВОЗДЕЙСТВИЕ СВЕТА В КРИСТАЛЛЕ С
ПРИМЕСЬЮ СТИЛЬБЕНОВОГО КРАСИТЕЛЯ
§4.1. СВОЙСТВА АБЕРРАЦИОННОЙ КАРТИНЫ
§4.2. ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ
§4.3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
§4.4. ОБСУЖДЕНИЕ МЕХАНИЗМА САМОВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОСНОВЕ
ОБЪЁМНОЙ ФОТОРЕФРАКЦИИ
§4.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. ОРИЕНТАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ ПЕРВОГО

§5.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПЕРЕХОДОВ ПЕРВОГО

§5.2. РАСЧЁТ БИСТАБИЛЬНОСТИ ПОЛЯ ДИРЕКТОРА В НЖК
§5.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Предмет работы и её актуальность
Предметом диссертации являются ориентационные нелинейнооптические эффекты в нематических жидких кристаллах (НЖК), находящихся под действием электрических полей.
Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой промежуточную фазу между твёрдыми телами и изотропными жидкостями. Они совмещают в себе определённую структурную упорядоченность и высокую подвижность молекул, что обуславливает их высокую восприимчивость к внешним воздействиям, в частности, к действию электромагнитных полей, и значительную оптическую анизотропию. Переориентация директора НЖК (единичного вектора, задающего преимущественную ориентацию молекул) в низкочастотных полях лежит в основе применения НЖК в устройствах отображения информации. Взаимодействие НЖК со световым полем характеризуется “гигантской” ориентационной нелинейностью, на 9 порядков превышающей керровскую нелинейность жидкостей. Добавление к жидким кристаллам малых количеств поглощающих примесей (порядка 0.1%) может ещё на 2 порядка увеличить ориентационную нелинейность.
В НЖК может наблюдаться целый ряд нелинейно-оптических эффектов, проявляющихся в относительно слабых полях непрерывных лазеров (самофокусировка и самодефокусировка световых пучков, обращение волнового фронта, формирование и взаимодействие солитонов, запоминаемая переориентация директора, наведённое полное внутреннее отражение, периодические и стохастические колебания поля директора и т.д.). При этом аберрационное самовоздействие светового пучка (самофокусировка и самодефокусировка) является чрезвычайно удобным и информативным методом исследования взаимодействия света с НЖК.
Ряд нелинейно-оптических эффектов наблюдался при дополнительном воздействии постоянного или низкочастотного электрического ПОЛЯ. К ним
относится фоторефрактивных эффект - изменение показателя преломления НЖК вследствие вращения директора в поле светоиндуцированных зарядов.
Фоторефрактивный эффект в НЖК был обнаружен в 1994 [1] году в образце нематика с примесью красителя родамин 6Ж (и находившемся под действием постоянного внешнего поля) и объяснялся генерацией зарядов при поглощении света красителем в объёме НЖК (объёмный фоторефрактивный эффект). Далее, этот эффект наблюдался и в других жидкокристаллических системах, содержащих разнообразные добавки. В 2002 [2] году проявление эффекта фоторефракции наблюдалось и в прозрачных НЖК под действием постоянного внешнего поля, и объяснялось на основе светоиндуцированного снятия экранирования (поверхностный фоторефрактивный эффект). Несмотря на значительный интерес к фоторефрактивным эффектам в НЖК, ряд важных вопросов остаётся не выясненным. В частности, не установлен окончательно механизм фоторефракции в НЖК с поглощающими добавками, необходимость внешнего постоянного поля, влияние ориентантов.
Другим нелинейно-оптическим эффектом, наблюдавшимся в присутствии дополнительного поля (низкочастотного электрического или магнитного), является эффект бистабильности поля директора в линейно поляризованном световом поле. Это явление связано с превращением перехода Фредерикса (обычно являющийся переходом второго рода) в переход первого рода. Однако, эффекты бистабильности и трансформации рода перехода изучались ранее только в прозрачных НЖК.
В то же время, представляет несомненный интерес изучение этих явлений в легированных жидкокристаллических системах. Присутствие красителя усиливает вращающий момент, при этом фактор усиления может зависеть от угла между световым полем и директором. Эта зависимость создаёт дополнительный канал обратной связи, необходимый для проявления бис табильности.

Краситель метиловый красный
Краситель родамин 6Ж

-"<^>мчОьнОь^ОьнОь

Краситель ДЭАНС Ориентант полиимид
№2 ——М=Ы —— К(С8Н17)
Краситель КД-
но- / ноос
_ГУ-0-к.
/ Ч'х—^ V—ОН
НО,5 80,1! =/

Краситель протравной чисто жёлтый
/ V I'
‘г “е ) /
I. Ч, М^о< I
СН, си,
Полимер поливинилиденфторид
Ме Ме
Ме Ме Ме
К’ 51ме
< } /X
г/ X ^
Карбосилановый дендример Рис. 2.1.1. Структурные формулы красителей и ориентантов.
Как отмечалось в литературном обзоре, первые эксперименты по фоторефракции в НЖК были проведены с использованием красителя родамин 6Ж, а максимальные значения дифракционной эффективности при фоторефрак-тивном эффекте наблюдались для красителя метиловый красный. Оба веще-