ZnO掺杂液晶的光折变性质
液晶的光折变效应由于在信号加工方面的潜在应用而得到了广泛的研究,而杂质的掺杂可以极大地提高液晶的光折变效应.本论文主要采用ZnO作为杂质在液晶5CB中掺杂,研究了体掺杂液晶盒与面掺杂液晶盒的光折变性质,得到了一些新的现象,并对其中一些现象进行了分析与讨论:
第一章是绪论,主要介绍了液晶的基本性质,光折变效应的发展和应用,以及光折变效应的表征.
第二章从理论方面介绍了光折变效应的机制,描述了光折变效应的几个组成要素:载流子的产生,输运,俘获以及折射率随空间电场的变化;以数学形式描述了光折变效应产生的机理;并介绍了液晶光折变的机理,得出了液晶折射率发生变化的数学表达式.
第三章介绍了液晶样品的制作过程,强制光散射实验的原理和实验装置.ZnO棒比ZnO粉掺杂的液晶盒衍射效率要大得多,我们对ZnO粉和ZnO棒进行了PL谱测量,发现二者在500-900nm之间都有一个很宽的发光峰,且ZnO棒的发光比ZnO粉要强很多,据此我们对二者掺杂衍射效率的不同做出了解释;我们研究了ZnO棒掺杂样品衍射效率同光栅间距的关系,发现最大衍射效率对应的光栅间距与外加直流电压有关;研究了衍射效率同绿光偏振和样品指向矢之间的关系,发现绿光的偏振方向在入射平面内时衍射最为明显;另外我们还在实验中观察到了一种衍射峰现象,我们认为这是由于锚泊条件周期改变并需要较长的时间来恢复导致的.
第四章介绍了液晶光学的基础,主要是偏振和双折射的相关内容;介绍了阈值电压实验的原理和实验装置;在面掺杂的样品阈值电压实验中,观察到了ZnO掺杂对液晶盒阈值电压的影响,ZnO在正极一侧掺杂会增大阈值电压,而ZnO在负极一侧掺杂会降低阈值电压,我们采用内建电场模型对实验现象进行了解释,并提出一种平板模型;在强制光散射实验中测到了衍射峰,测量了预加电压对其产生的影响,预加电压会使衍射峰逐渐减弱并消失,我们用内建电场的模型进行了解释;在阈值电压实验中,用低频交流电压代替直流电压,观察到了探测光透射功率随交流电压的共振现象,这种现象只在交流电压频率低于2Hz时才会出现.
第五章主要介绍了面掺杂样品在正向电压和反向电压下衍射效率的不同,具体表现在两个方面:一是正向电压下衍射效率要比反向电压下大很多;二是正向电压下衰减时间常数要比反向电压下小很多.基于以上两个实验现象,我们提出了一个新的模型:即在正向电压下ZnO产生的自由电子主要沿横向移动;而在反向电压下ZnO产生的自由电子主要沿纵向移动.我们采用一个实验验证了提出的模型:采用10μm和30μm两种不同的光栅间距,如果自由电子主要沿横向移动,则衰减时间常数在两种条件下应该差别较大;如果自由电子主要沿纵向移动,则二者差别不大.本章还介绍了体掺杂样品和面掺杂样品的记忆效应,我们在只有激发光存在的条件下保持红光衍射大约5分钟的时间.我们还测量了红光的衍射效率与红光偏振方向的关系,研究表明在激发光偏振方向和液晶指向矢都沿水平方向时,探测光偏振沿竖直方向时有最大的衍射效率.
- 作者：
- 郭玉冰
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 材料物理与化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 陈涌海
- 关键词：
- 光折变效应；折射率光栅；掺杂液晶；记忆效应
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