《液晶光学简介》PPT课件

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1、液晶光学简介Introductionofliquidcrystaloptics周凌峰2013.12.15目录Contents123本章内容概况液晶中常见的光学现象光学方法在液晶物理研究和测试中的应用1.本章内容概况近年来关于液晶的研究不断发展，但液晶最重要和最主要的应用仍然在光学方面。本章首先介绍了几种在液晶中常见的光学现象。然后对常见的几种液晶参数光学测试方法，尤其是近年发展起来的利用在液晶中所激发的光波导来研究液晶光学效应的实验技术作了相应的介绍，以使读者对液晶中的光学效应有一个较为清晰的概念。液晶中常见光学现象光学参

2、数测试方法2.液晶中常见的光学现象向列相液晶中的双折射14相长干涉和选择反射手征向列相液晶中的圆双折射2旋光性(Opticalactivity)35喀诺劈(Canowedge)6正交偏振器之间的手征向列相2.1向列相液晶中的双折射液晶（向列相、胆甾相、近晶相）最简单各向异性→双折射现象→光学位相延迟测量液晶样品的双折射的方法：测量厚度和样品的位相延迟调整液晶样品厚度d值，可以得到不同位相延迟2.2手征向列相液晶中的圆双折射手征向列相液晶（胆甾相液晶）其组成分子不具有反对称性（手征性）结构特点：指向矢在空间围绕螺旋轴自发旋转

3、对线偏振光不产生双折射现象对不同旋向圆偏振光(左旋、右旋)以不同速度通过液晶而传播，从而产生圆双折射现象圆双折射旋光性2.3旋光性(Opticalactivity)由手征向列相液晶的圆双折射现象直接引起等量的右旋和左旋圆偏振光结合→线偏振光(y分量相互抵消、x分量相互叠加)通过手征向列相液晶传播→位相延迟→仍然是线偏振光(转开θ角度)旋光度=转过的角度/样品厚度2.4相长干涉和选择反射相长干涉：入射光束反射光束样品选择反射：具有不同波长的光，入射到手征向列相液晶上，其中大部分光将以某种旋光性而透射出去，除了那些在液晶中波长

4、等于螺距的光。手征向列相液晶在反射中常呈现明亮的色彩。（由螺距确定）应用：温度计2.5喀诺劈(Canowedge)测量手征状相液晶的螺距？普通方法：波长、液晶折射率（利用发生选择反射时，波长=螺距）喀诺劈：不需预先知道液晶折射率偏光显微镜下→不等间距的圆环→计算螺距透镜平板2.6正交偏振器之间的手征向列相一般，正交偏振器之间的向列相液晶呈现亮态线偏振光→(偏振器1)线性双折射→椭圆偏振光→(偏振器2)部分透射手征相液晶：偏振镜1：确保线偏振光进入样品由于旋光性→偏振轴发生转动→某些光能通过偏振器2偏振轴转动越多→样品越明亮

5、样品中光波长=螺距时，转动最厉害一种特殊情况：手征向列相的螺距比光的波长要大得多时P>>λ0Mauguin定律沿着螺旋轴传播的波导区域，广泛应用在显示器件中，在这些TN或STN器件中指向矢被转动90°或270°引导出射光的偏振方向垂直于其入射时的偏振方向。3.光学方法在液晶物理研究和测试中的应用液晶盒中的光导波及其在液晶物理研究中的应用12液晶双折射率的测定3液晶分子预倾角的测试3.1液晶盒中的光导波及其在液晶物理研究中的应用光波导：在具有特定的光学参数构成的多层介质薄膜结构中，光波会把主要能量集中于某一薄膜而传播。20世

6、纪70年代初期发展起来的光波导理论和技术是研究和应用光电磁波在多层介质薄膜中的定向传播的问题。液晶显示器件的核心单元是液晶盒，它正好是一个光学多层介质膜系统，即是一个理想的光波导系统。从20世纪80年代以来，在液晶盒中激励起光波导，研究其传输特性及在液晶物理研究中的应用已成为波导光学和液晶物理两个领域的交叉研究热点。3.1液晶盒中的光导波及其在液晶物理研究中的应用液晶盒中的光波导及其特征完全波导、半漏波导、全漏波导光波导的生成是由于光波在多层薄膜之间多次折反射的相长干涉的结果模式结构特点：模式的偏振转换(Polarizat

7、ionConversion)或模式的偏振混合(PolarizationMixing)波导的输入输出耦合和实验装置棱镜耦合光栅耦合β'βσnpγwnc=1棱镜-耦合波导系统结构示意图3.1液晶盒中的光导波及其在液晶物理研究中的应用光波波导技术在液晶物理研究中的应用完全波导全漏波导半漏波导改进的全漏波导半漏导模技术(HLGM)——对于指向矢倾斜和扭曲的所有变化，即使小于1°也有非常好的灵敏度，可以用来监察小至0.002的光学双轴性，也能够用来详细地给出在相当接近盒边界处的指向矢构型。半漏导模技术也提供一个重要的方法去确定指向矢

8、的分布：①在一个扭曲的液晶盒中去观察向列相和近晶A相的共存②确定在一个扭曲向列相液晶盒壁上的"容易"轴(easyaxis)方向3.2液晶双折射率的测定阿贝折射计——根据折射极限法设计可以测定透明、半透明液体和固体物质的折射率αβγφ折射棱镜的折射角φ和n2均为已知，当测得临界角γ，即可换算得被测物质的折