胆甾相液晶光子晶体效应的研究

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1、DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofTheoreticalPhysicsSTUDYONTHEPHOTONICCRYSTALEFFECTSOFCHOLESTERICLIQUIDCRYSTALByYangLeiSupervisor:Prof.FanZhixinDecember2012原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其

2、他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工

3、业大学硕士学位论文胆甾相液晶光子晶体效应的研究摘要胆甾相液晶在空间上具有天然的周期性结构，具有液晶光学特性的同时还具有明显的光子晶体特性，因此胆甾相液晶光子晶体材料将会在光信息领域发挥重要作用。本文结合液晶理论和光子晶体理论对胆甾相液晶的光子晶体效应进行了研究，主要内容如下：首先，详细介绍了光子晶体理论和液晶理论，进而总结出液晶光子晶体基本理论，包括现今常用的研究液晶光子晶体的方法；通过麦克斯韦方程组推导液晶光子带隙产生机理；理论解释了液晶光子晶体的各种光学特性以及介绍了计算平面态胆甾相液晶的传输矩阵的方法。其次，在文中详细介绍了在研究胆甾相液晶光子晶体效应实验时

4、发现的新现象——贝纳德效应，也可称之为温度场致方格栅效应。本文发现实验室制备的平面态胆甾相液晶样品在温度场中的织构呈现二维规则的方格栅图形，并通过对比观测得到其周期结构的单元大小为10μm。这种实验现象说明了在温度场中胆甾相液晶分子产生对流最终形成分子指向矢周期变化，从而入射光产生双折射现象，这样才能通过偏光显微镜观察到贝纳德效应。之后本文利用流体力学中的Rayleigh-Bénard对流理论，解释说明了处在贝纳德花纹的液晶具有二维光子晶体的结构，并通过对比电致方格栅理论，解释温度场致方格栅形成机理。最后，针对与蓝相液晶的三维光子晶体效应类比，推测这种具有二维光子

5、晶体结构的液晶贝纳德效应的应用前景。同时在实验室制备了平面态胆甾相液晶一维光子晶体样品，并研究其光子晶体特性，随后对一维光子晶体的应用进行了实验尝试。本文意义在于对胆甾相液晶贝纳德效应的原创性发现，并证实了这种现象具有二维光子晶体结构，以及定性解释了这种现象的产生机理。进而能够系统的阐述了胆甾相各种光子晶体效应，拓宽了液晶物理实验内容，丰富人们对胆甾相液晶材料的认识，为以后的科研和应用奠定基础。关键词：胆甾相液晶，光子晶体，贝纳德效应，蓝相，织构i胆甾相液晶光子晶体效应的研究STUDYONTHEPHOTONICCRYSTALEFFECTSOFCHOLESTERIC

6、LIQUIDCRYSTALAbstractCholestericliquidcrystalsaretheonesofanaturallyformingperiodicstructure,andtheyhavethecharacteristicsofphotoniccrystals.Itwillbeplayasignificantruleinopticalcommunication.Inthispaper,wedidsomeresearchonthephotoniccrystaleffectofcholestericliquidcrystals,suchas:Fir

7、stly,westudiedthetheoryofphotoniccrystalsandliquidcrystalstointroducethebasicphotoniccrystaltheoryofliquidcrystals.Itcontainsthemethodsofsimulatingtheliquidcrystalswithperiodicstructure,thetheoryofformingphotonicbandgapbyMaxwellequations,theopticalpropertiesofthephotonicliquidcrystals

8、andth