基于光流控技术的动态可重构液晶光学器件研究

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光流控是微流控和光学相结合的一门新兴技术,通过在微纳尺度下对光或流体进行操控,进而实现系统光学性能的调节。传统固体光学器件存在成本高、.体积大、难以调谐等问题,在实际应用中仍然存在诸多限制。与传统的固体光学器件相比,光流控器件体积小、成本低。特别地,由于液体成分的可选择性使得光流控器件能够实现光学性能的动态调控,满足了现代光学系统对可调谐性的需求。液晶作为兼具各向异性和液体流动性的软物质,其独特的光学性质和物理性质成为了目前人们探索多元化响应及可调谐器件的重要材料。本课题设计并制备了两类兼具光流控和液晶两者优势的动态可重构液晶光学器件。其中包括,基于光流控技术的胆甾相液晶反射型光学器件、基于光流控技术的向列相液晶光学器件。本文对液晶光流控器件的光学性能展开研究,主要内容包括:1、在胆甾相液晶掺杂反应性液晶单体和光引发剂,并先后通过光照聚合、有机溶剂浸洗制备胆甾相液晶聚合物模板,将胆甾相液晶聚合物模板集成进软光刻技术制备的PDMS微通道内,制备胆甾相液晶反射型光流控芯片。本文利用胆甾相液晶独特的螺旋结构所具有的布拉格反射特性以及液晶聚合物薄膜的“浸洗-再填充”特性,通过调控“再填充”进液晶聚合物网络的流体,实现了宽带可调的胆甾相液晶反射型光流控器件。本文进一步对流速、微通道宽度尺寸对反射带移动的影响展开了深入的研究。2、实验过程中,通过引入向列相液晶聚合物体系,采用了干涉曝光的制备方法,制备了具有交替周期结构的分布布拉格反射薄膜和向列相液晶偏振光栅。进一步将两个液晶聚合物薄膜与光流控技术相结合,通过操控流体,实现了动态可调的向列相液晶反射型光流控芯片和向列相液晶偏振光栅光流控芯片。最后,本文探究了流体成分和流速对两者的反射特性和衍射特性的影响。
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