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基本信息
- 項目名稱：
- 扭曲向列相液晶電光性質(zhì)的研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 本作品通過建立分層結(jié)構(gòu)模型，采用瓊斯矩陣算法，定量地解釋了扭曲向列相液晶的旋光效應(yīng)，理論計算與實驗測量結(jié)果相吻合。實驗中還觀測到在外電場作用下液晶新穎而豐富衍射效應(yīng)，及各級衍射斑偏振態(tài)的差異。通過實驗測量和液晶盒內(nèi)部相態(tài)的觀察，對衍射斑成因及其形態(tài)進行了定性的解釋。
- 詳細介紹：
- 南京大學(xué)物理實驗開設(shè)了液晶電光效應(yīng)實驗，主要內(nèi)容是實驗測量扭曲向列相液晶的扭曲角、液晶電光效應(yīng)曲線的測量.扭曲向列相液晶具有類似旋光物質(zhì)的旋光性質(zhì)，即將垂直入射的線偏振光的偏振平面旋轉(zhuǎn)過一定的角度.按照實驗所述，線偏振光經(jīng)過扭曲向列相液晶后應(yīng)該仍為線偏振光，實驗中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過出射光通過檢偏器最小光強不為零，它表明，液晶的應(yīng)該不遵從經(jīng)典的旋光性質(zhì)，或者至少不完全相同.通過分析扭曲向列相液晶的結(jié)構(gòu)，運用R. Clark. Jones的瓊斯矩陣和瓊斯向量分析構(gòu)建扭曲向列相液晶的物理模型，給出在不同條件下出射光偏振態(tài)的數(shù)學(xué)解，實驗的結(jié)果證明了我們理論的正確性，并且可以得到與 Gooch&Tarry微分方程模型同樣的結(jié)果.加電場時，在測量液晶電光效應(yīng)透過率曲線時發(fā)現(xiàn)，出射光也不是線偏振光，對不同條件下出射光的偏振態(tài)的測量和分析，給出了對液晶電光效應(yīng)曲線合理的物理解釋. 有趣的是，實驗中使用的液晶光學(xué)器件在所加交流電壓峰峰值在4.5～11.0 V之間時液晶光學(xué)器件的透明度下降，出射光會出現(xiàn)明顯的類似光柵的衍射現(xiàn)象，在屏上形成具有一定空間周期的衍射斑，且各級衍射斑間的偏振態(tài)不同.對此我們從實驗上進行了較為全面的探索與研究.
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品通過建立一種分層波片模型，采用瓊斯矩陣算法，準(zhǔn)確地解釋了扭曲向列相液晶的旋光效應(yīng)，一般情況下，線偏振光經(jīng)過液晶，出射光為橢圓偏振光，理論計算與實驗結(jié)果十分吻合，解決了簡單地將惠更斯對石英旋光效應(yīng)的解釋應(yīng)用于解釋液晶旋光效應(yīng)所產(chǎn)生的問題。同時在實驗中我們還觀測到，一定電壓條件下液晶的衍射效應(yīng)及各級衍射斑偏振態(tài)的差異。通過相關(guān)測量和液晶盒內(nèi)部相態(tài)的觀察，對衍射斑成因及其形態(tài)進行了定性的解釋。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 將薄膜光學(xué)中常用的分層概念運用于對扭曲向列相液晶偏振性質(zhì)的探討，建立分層波片模型，精確地計算出透射光的偏振態(tài)，與實驗測量十分吻合。也在一定電壓條件下觀察到了液晶衍射現(xiàn)象和各級衍射斑偏振態(tài)的差異，對此我們進行了大量的實驗探究，給予了合理的理論解釋。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本文定量地研究了扭曲向列相液晶對入射光偏振態(tài)的作用及其偏振態(tài)與電壓的響應(yīng)關(guān)系，具有很高的教學(xué)參考價值和實際應(yīng)用借鑒價值。同時關(guān)于扭曲向列相液晶的衍射現(xiàn)象也極為豐富和新穎，對液晶光柵的研究有較強的指導(dǎo)作用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 垂直入射的線偏振光經(jīng)過不加電場的扭曲向列相液晶后，出射光的偏振平面相對于入射光的偏振平面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得出射光為橢圓偏振光。原先的理論預(yù)見的是轉(zhuǎn)過90°，但只是一種近似的描述。本文利用瓊斯矩陣和瓊斯向量方法，分析扭曲向列相液晶的偏振性質(zhì)，并給出定量化的數(shù)學(xué)解，并通過實驗證明了理論模型的準(zhǔn)確性。論文同時研究了外加電場作用下扭曲向列相液晶光透射特性，出射光也是橢圓偏振光，通過總結(jié)出射光的偏振態(tài)與電場的變化關(guān)系，給出了液晶電光效應(yīng)曲線的物理解釋。同時發(fā)現(xiàn)，線偏振光經(jīng)過一定電壓下的液晶，出射光會產(chǎn)生周期性衍射現(xiàn)象，各級衍射光斑的偏振態(tài)不同，且隨電壓變化而變化。同樣條件下，在偏光顯微鏡下觀察，原本均勻的液晶分子層會出現(xiàn)周期性的織狀條紋，其結(jié)構(gòu)隨所加電壓大小而改變。
獲獎情況
- 投稿論文的部分成果已經(jīng)被接收： 論文1：《扭曲向列相液晶偏振性質(zhì)的研究》已被《實驗室研究與探索》接收，作者蔣驥，朱宏宇，周進，潘永華 論文2：《液晶衍射現(xiàn)象的實驗研究》已被《物理實驗》接收，作者蔣驥，朱宏宇，甘曉，顧源，周進，潘永華
鑒定結(jié)果
- 本文內(nèi)容新穎，對將來在教學(xué)領(lǐng)域關(guān)于扭曲向列相液晶的偏振性質(zhì)的介紹和研究領(lǐng)域關(guān)于扭曲向列相液晶的衍射現(xiàn)象的研究有很好的指導(dǎo)作用。
參考文獻
- [1]. C. H. Gooch, H. A. Tarry. The Optical Properties of Twisted Nematic Liquid Crystal Structures with Twist Angles ≤90 Degrees. J. Phys. D: Appl. Phys.8 1975. [2]. H. Hurwitz. JR, R. C. Jones. A New Calculus for the Treatment of Optical System J. Opt. Soc. Am. 31, 1941: 493-495. [3]. R. C. Jones. A New Calculus for the Treatment of Optical System . J. Opt. Soc. Am. 31, 1941: 500-503. [4]. C. H. Gooch, H. A. Tarry. Optical Characteristic of Twisted Nematic Liquid-Crystal Films. Electronic Letters, 1(1), 1974: 2-4. [5]. M. Born, E. Wolf. Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light [M]. 7th Edition. Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press,1999: 25-31. [6]. R. Williams, Domains in Liquid Crystals, Journal of Chem Phys, 39, 1963: 384.
同類課題研究水平概述
- 本篇論文作品的研究內(nèi)容由三部分組成：扭曲向列相液晶的旋光性質(zhì)、扭曲向列相液晶的電光效應(yīng)曲線，以及扭曲向列相液晶中的光衍射現(xiàn)象。 第一部分，扭曲向列相液晶的旋光性質(zhì)自上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)，后經(jīng)Gooch&Tarry利用瓊斯微分模型給出定量化的解，國內(nèi)核心中文期刊上尚沒有關(guān)于此課題定量化研究的報道。本論文建立了波片模型，利用瓊斯矩陣給出扭曲向列相液晶偏振性質(zhì)定量化的解，不但糾正了Gooch&Tarry早期論文中的一些錯誤，而且我們的理論模型計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果極為吻合。 第二部分，扭曲向列相液晶的旋光性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，基于此問題的復(fù)雜性，該課題一直是國內(nèi)外研究關(guān)心的熱點。 第三部分，國外有關(guān)向列相液晶的衍射現(xiàn)象主要有兩個方向，其一是基于威廉姆斯疇中的織狀結(jié)構(gòu)；其二是特殊的液晶光學(xué)器件下的衍射現(xiàn)象，關(guān)于后者國內(nèi)相關(guān)的研究較少。
