快速响应聚合物稳定液晶光栅的研究

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近年来,随着现代光学制造和光通讯技术的进步,对高效率可调谐的光栅的需求进一步加深。液晶由于具有介电和光学各向异性,在电场作用下可以实现对入射光的相位调控,是制备高效率可调谐光栅的理想选择。然而,传统向列相液晶光栅较慢的响应速度(~5 ms)已经成为阻碍液晶光栅性能提高的关键技术问题,开发快速响应的新型液晶光栅势在必行。聚合物稳定液晶具有亚毫秒的响应速度,为研究新型液晶光栅提供了有利条件。至今,针对快速响应的聚合物稳定液晶光栅的研究取得了一系列突破性进展。但是,还存在衍射效率低、磁滞效应和驱动电压高等问题,急需进一步的深入研究。本文关于快速响应聚合物稳定液晶光栅的研究内容主要包括两个方面:1、通过光掩模分步聚合的方法制备了具有亚毫秒级响应速度的聚合物稳定液晶光栅。该光栅采用聚合物稳定球状相和聚合物稳定各向同性相混合排列结构,利用两种相态间较大的折射率差,光栅的衍射效率被同等提高5.5倍,并且垂直电场结构使光栅具有偏振不依赖的特性。基于该光栅振幅和相位共同调制的模式,建立了光栅衍射的理论模型,为进一步研究混合调制模式液晶光栅提供思路。2、聚合物稳定液晶在电场下发生电致伸缩会导致较高的磁滞效应,该效应会严重影响光栅衍射效率的精确控制。在这部分工作中,我们通过掺杂1 wt.%的γ-Fe2O3纳米粒子,实现了无磁滞的聚合物稳定液晶器件。实验表明,γ-Fe2O3纳米粒子可以有效提高聚合物网络刚性,抑制电致伸缩,进而降低磁滞效应。另外,γ-Fe2O3纳米粒子在提高聚合物网络刚性的同时抑制了锚定能的增加,相比于增加聚合物网络浓度抑制磁滞的方法,驱动电压降低~29%。
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