基于摻雜C60向列相液晶取向光折變的動態(tài)全息存儲.pdf

1、向列相液晶(NLC)材料具有獨特的光學特性，向列相液晶的非線性現(xiàn)象及其應用已在科學研究領域開拓出新的方向。這其中的原因在于其成本低、制備方法簡單、高敏感性和較大的取向非線性，且通過摻雜或外加電場可使向列相液晶的非線性響應得到很大的改善。但目前來看向列相液晶中很難形成穩(wěn)定的永久光柵，且分辨率較低，因此不適于大密度數(shù)據(jù)存儲領域的應用，但是隨著對向列相液晶中全息光柵形成機制的不斷深入研究、光柵響應時間和分辨率的不斷改進、衍射效率的不斷提高，這

2、種新近發(fā)現(xiàn)的全息記錄材料有望成為動態(tài)全息領域的理想材料。本論文以摻雜 C60向列相液晶為研究對象，通過理論、實驗和數(shù)值模擬的方法對液晶中記錄的光折變全息光柵的衍射、耦合放大特性進行了詳細系統(tǒng)地研究，以此為基礎研究了基于摻雜 C60向列液晶取向光折變效應的動態(tài)全息存儲和空間自相位調制現(xiàn)象。
　　首先，在傳統(tǒng)的光折變效應的基礎上，給出了表面電荷調制的物理模型。認為表面電荷調制分布在界面附近，在加載外加電壓后，載流子的注入將在電極和液晶

3、薄膜之間的界面處形成一雙電荷層。調制的光強照射到樣品之后，由于電荷的解吸附作用將在表面產生調制的電場。表面電場存在兩個分量，一是平行于光柵波矢方向(與調制光強分布有/2π的相移)，另一個分量則垂直于液晶盒的表面(與調制光強分布同相位)，且以指數(shù)形式衰減。
　　利用二波耦合(TBC)實驗研究了自行制備的摻雜 C60垂直排列的向列相液晶(5CB)樣品中形成光折變全息光柵的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)衍射特性，包括時間響應特性、非對稱光束耦合特性以及外加

4、電壓的影響等。在20μm厚的摻雜C60的向列液晶中記錄的光折變全息光柵(光柵間距24μmΛ≈)中獲得了高達40％的一階衍射效率，且衍射強度分布極不對稱。通過與衍射理論結果比較，發(fā)現(xiàn)該20μm厚的液晶樣品中產生的薄光折變全息光柵的衍射特性與正弦形純相位薄光柵給出的衍射特性相差甚遠。我們認為薄光折變全息光柵的高一階衍射效率來源于 NLC中非正弦調制的空間電荷場，這種不對稱空間電荷場產生的光折變全息光柵將會使得衍射能量向0階衍射的一側轉移。向

5、列相液晶中非正弦調制的空間電荷場與界面性質及表面電荷分布有著密切關系。
　　基于取向光折變效應，對自制樣品的動態(tài)全息存儲現(xiàn)象進行了研究。提出了一種新的動態(tài)全息圖像的存儲和再現(xiàn)方法，即低電壓記錄，高電壓再現(xiàn)。通過這種方法實現(xiàn)動態(tài)全息圖像的存儲和再現(xiàn)。實驗發(fā)現(xiàn)，全息再現(xiàn)過程中外加電壓可以使隱藏光柵瞬間衍射效率增強。利用向列相液晶取向光折變效應體機制的Carr-Helfrich效應和表面電荷調制機制對此現(xiàn)象給出了解釋，認為體電壓的增強是

6、表面電荷調制的結果。通過數(shù)值模擬方法進行了研究，數(shù)值模擬結果與實驗測量的吻合也證實了所提出物理機制的正確性。
　　最后，對向列相液晶中空間自相位調制現(xiàn)象進行了研究。遠場衍射圖樣主要有兩種類型的衍射圖樣，即衍射圖樣為中心亮斑的較細同心圓環(huán)，中心暗斑的較粗同心圓環(huán)。利用Kirchhoff- Fraunhofer衍射積分進行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，衍射圖樣的結構主要由光束結構和附加相移兩個參數(shù)確定。利用二波耦合實驗可實現(xiàn)有對稱缺口的各向異性遠場衍