圆偏振和波长选择性基于全息光栅胆甾型液晶模板

文摘

再充填胆甾型液晶(CLC)模板与圆偏振光栅波长选择性,双重操作模式是第一个证明。光栅模板和nontemplate地区通过双光束干涉photo-polymerization,洗好的衣服晾出去,再充填过程。的再充填CLC有不同的手性构型(左或右)和反射带(绿色和红色区域)。当探测光束的波长内填充CLC反射群nontemplate地区以来的设备是一个振幅光栅模板和nontemplate地区样本反映出不同的颜色。此外,光栅的衍射强度可以电动控制。因此,这个CLC-based设备可能用于可控光学衍射元素。

1。介绍

胆甾型液晶(CLC)是一种软物质自发的螺旋结构,可以被看作是一维光子晶体(1]。它有多个响应在不同外界刺激,因此可以应用于可调光子设备,如可调滤光器(2],衍射光栅[3],mirror-less激光器[4),显微镜头(5),和眼睛保护装置(6]。clc可以表现出不同的纹理,包括平面(统一站螺旋),指纹(均匀躺螺旋),和焦圆锥,取决于在clc螺旋轴的方向。指纹clc展览的折射率调制横向发展中光纤光栅和适合使用。通过嵌入的光敏半个或掺杂一些添加剂与光敏性指纹CLC,指纹的螺旋节距CLC可以被光照射和压缩或扩展可以作为一个光学可调谐的衍射光栅(7]。

光可调的衍射光栅可以用于光束控制、宽领域光谱扫描应用程序(7- - - - - -9]。指纹CLC可以有可调光栅的功能(10]。然而,基于指纹的光栅clc现在没有圆偏振选择性,clc的这是一个有吸引力的特性。因此,基于平面光栅衍射圆偏振光clc是近年来发展起来的(11- - - - - -13]。使用全息干涉或一个面具来生成一个周期性分布的光在感光平面CLC-based材料导致的周期性变化CLC取向,因此光衍射(14,15]。例如,CLC光栅可以捏造通过垂直的空间布置和安排CLC分子的平面性干涉(11]。表面photo-induced救援阶段光栅可以实现在一个光敏CLC聚合物薄膜通过减少分子秩序的光异构化参数(12]。Polarization-selective CLC聚合物光栅周期相位调制的因为phototunable螺旋节距也被证明(13]。然而,平面CLC光栅基于光敏材料稳定性问题。改进的稳定性和功能平面CLC光栅,必须开发一种新型的CLC光栅。

在这项工作中,光纤光栅制作的干涉和制造技术的基础上CLC模板(冲刷/更新)(16- - - - - -18]。再左或右撇子CLC(分别LCLC和RCLC)成一个右撇子光栅CLC聚合物模板,填充CLC模板光栅可以用特定波长衍射光。此外,填充CLC模板光栅显示不同的衍射效率具有左、右旋圆偏振(分别连结控制协定和RCP)的反射和传输模式。衍射强度也可以电控制。光束转向装置展览电气可控性和圆偏振和波长选择性双重操作模式。

2。材料和方法

混合物用于制造CLC模板由E7(缴送工作,从Fusol-Material) R811(右手手性掺杂剂,从Fusol-Material) R1011(右手手性掺杂剂,从Fusol-Material) RMM691(手性单体,从默克公司),RMM257(非手性丙烯酸单体制成,从默克公司),和Irg184(光,从Pufeng)。这些材料的重量比是66.8:13:2:15.5:2.5:0.2。均匀的混合物注入一个PVA-rubbed空细胞与细胞的38μm。两个紫外激光束从氦镉激光器(从Kimmon)调整构造和治疗样品的干涉图样,导致空间周期性的聚合和nonpolymerized区域内的样本。治愈的样本是在丙酮浸泡一天逃学,不反应的材料。丙酮蒸发后,干和空间周期性光栅模板和nontemplate地区。最后,另一个CLC材料然后加到光栅完成填充CLC模板光栅的制造。在这篇文章中,四种类型的填充CLC材料组成的缴送工作(从Fusol-Material htw114200 - 100)和手性掺杂物(从Fusol-Material S811 R811,),如表所示1,准备补充样本。四个加CLC贴上RCLC-red, RCLC-green, LCLC-red, LCLC-green,“R”和“L”面前的CLC的意思是正确,左撇子的手性,分别和“红色”和“绿色”标签反射的乐队在红色和绿色区域,分别。

如图1,一个连续波探测光束( 或633 nm)和右旋或左旋圆偏振通常是一致的,这一系列的调查CLC模板光栅样品。两个光电探测器是用来测量一阶衍射效率的反射和衍射光束的传输模式。

3所示。结果与讨论

3.1。加光栅样品各种填充CLC CLC模板材料

如前一节所述,模板光栅被邻桌的CLC伪造材料(如表所示1)到全息治愈样本光栅间距约为7.3μm。两个不同的地区形成后再充填CLC材料样本,模板,和nontemplate地区,建设性和破坏性干扰区域相对应,分别。自从CLC不能完全填满模板的纳米孔区域,填充模板区域的反射带blue-shifts从原来的状态。nontemplate反射带的地区是归因于填充CLC的反射。因此,这两个地区可以反映不同的颜色区域。换句话说,如果与一个特定的波长探测器探测光束光栅样品,样品可以被视为一个振幅光栅。鉴于CLC的反射是特定的圆偏振,填充CLC模板光栅可以反映的灯光设计一个特定的波长和圆偏振给CLC注入不同的构型和反射。用于描述光栅的圆偏振选择性填充模板,一个参数值被定义为(19] 在哪里和分别代表左旋和右旋圆偏振衍射效率。一个积极的值表明,衍射效率与连结控制协定比与RCP。因此,一个大的绝对的g值附近2意味着一个好的圆偏振选择性填充CLC模板的光栅。

图2显示模板的圆偏振选择性光栅加CLC材料反射红光(RCLC-red LCLC-red,反射区:590海里−650海里)。nontemplate地区RCLC-red填充材料时,可以反映出红色RCP光但模板区域反映出蓝色的RCP,可以观察到通过反射光谱图所示2(一个)。在反射模式下,RCP红色光的衍射效率大于连结控制协定的红光( )(图2(一个)]。相反,传输方式的影响是相反的反射模式( )(图2 (b)]。如果探测光束的波长为532 nm,然后不能反射的光通过模板或nontemplate地区,因此不应该经历一个振幅光栅。然而,折射率不同的模板和nontemplate地区导致了轻微的相位光栅的影响。因此,绿灯也可以衍射,但是绝对的值小于的红光。这种情况代表没有圆偏振选择性绿灯在这个示例。当LCLC-red作为补充材料,填充CLC模板光栅样品展览两反射带蓝色和红色区域,如图2 (c)。填充材料的性质类似于RCLC-red,除了相反的手性。在反射模式下,RCP红色光的衍射效率小于连结控制协定的红光( ),如图2 (c)。相反,传输方式的影响是相反的反射模式( ),如图2 (d)。绝对绿色地区g值小于在红色区域,不定期为绿灯圆偏振选择性发生反射或传输模式。换句话说,光栅的偏振选择性填充CLC时只对红光反射红光。

通过给RCLC-green注入反射带绿色地区(反射区:510 - 570 nm),填充CLC模板光栅引起的圆偏振选择性绿灯。在反射模式下,RCP绿色光的衍射效率大于连结控制协定的绿灯( ),如图3(一个)。相反,传输方式的影响是相反的反射模式( ),如图3 (b)。LCLC-green补充材料时,填充CLC模板光栅样品展览两反射带蓝色和绿色区域。填充材料的性质类似于RCLC-green,除了相反的手性。在反射模式下,RCP绿色光的衍射效率小于连结控制协定的绿灯( ),如图3 (c)。相反,传输方式的影响是相反的反射模式( ),如图3 (d)。图4展示了反射偏振光学显微图像(交叉偏振器)中讨论的填充模板光栅数字2和3。在数据4(一)和4 (b)的红色条纹是由于填充红色CLC的反射材料,RCLC-red LCLC-red。同样的,绿色条纹如图4 (c)和4 (d)是由于填充绿色CLC材料的反射。

因为光栅的工作由干涉捏造,折射率和透光率的空间分布光栅正弦函数可以表示。即可以被视为正弦光栅透射光栅或正弦相位光栅,这取决于实验条件。如果入射光可以反映CLC模板或填充CLC,样例是一个正弦透射光栅。相反,样本可以被视为一个正弦相位光栅的波长或偏振入射光的反射乐队或偏手性不匹配或填充CLC CLC模板。正弦透射光栅,一阶衍射效率变化量的平方正弦摆动的透光率调制 ,并给出的公式 。因为最大的价值是0.5,最大值的衍射效率是6.25%的理想(20.]。低于实验值的最大理论价值,因为透光率调节加CLC模板光栅是小于0.5。正弦相位光栅,一阶衍射效率可以表示一阶贝塞尔函数的相位调制的光栅 ,也就是说, 。这意味着一个正弦相位光栅的衍射效率可以从0到33.8%不等,这取决于价值 ,这是有关光栅的折射率和厚度的变化(20.]。由于折射率的变化的光栅,从而填充CLC模板非常小,衍射效率不高。此外,光的散射从填充CLC模板光栅衍射效率低的是另一个因素。

3.2。填充CLC模板的电控衍射光栅样品

考虑到填充CLC的安排可以改变通过应用电场,填充CLC模板的衍射光栅可以控制的交流电场(1 kHz)。作为显示在图5,当电场,CLC nontemplate地区可以从刨床焦圆锥状态转换21]。加过CLC nontemplate地区将返回从焦圆锥状态刨床电场的释放状态。样品的CLC分子nontemplate地区进入焦圆锥状态当电场与30 V。焦圆锥的强散射状态逐渐降低透光率,如图6(一)。电场被移除时,透射率逐渐上升恢复到初始状态,如图6 (b)。电控制散射和透射率导致衍射强度与电场的变化(22]。因此,填充CLC模板光栅的衍射强度可以控制与电场减少和增加,如图6 (c)和6 (d),分别。在这部作品中,探测器和样品之间的距离为30厘米。电切换衍射的对比度可以更高的如果不接收散射光检测器,它可以通过增加探测器之间的距离和示例。

4所示。结论

本文用于制备衍射全息干涉是设备基于CLC与圆偏振光栅波长选择性聚合物模板。加过CLC模板光栅可以在反射和传输模式下操作。的衍射反射和传输模式表现出不同的圆偏振。通过替换填充CLC,设备可以与特定的圆偏振和衍射光的波长。最后,电气设备的可控性是演示了通过切换之间的CLC纹理刨床焦点电场圆锥州。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

Hsien-Kuo下巴和Hui-Ying郭同样对本文亦有贡献。

确认

本研究为临床研究经费资助从高雄军队总医院,台湾[不。105 - 14],台湾的科学技术部(合同编号。大多数103 - 2112 m - 006 - 012 - my3)。

引用

1. p·g . de坚涅和j·普罗斯特液晶的物理,牛津大学出版社,1993年。
2. m . Mitov和n . Dessaud“超越的胆甾相液晶反射限制,”自然材料,5卷,不。5,361 - 364年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. s . p . Palto l . m . Blinov Barnik,诉诉?纳扎勒夫,b . A . Umanskii和n·m·Shtykov“光子学的液晶结构:一个评论,”晶体学报告卷,56号4、622 - 649年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. h·科尔斯和s . Morris”液晶激光”,自然光子学,4卷,不。10日,676 - 685年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. p•波波夫l . w . Honaker m . Mirheydari e·k·曼和a . Jakli“手性向列液晶微透镜,”科学报告,7卷,不。1,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. w·张,l .张x梁et al .,“非常规的高性能激光保护系统基于二向色性染料掺杂的胆甾相液晶,”科学报告,7卷,不。1,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. H.-C。李Jau, y。李et al .,“Light-driven宽量程nonmechanical光束控制和基于自组织液晶光栅光谱扫描通过手性分子开关,“先进的光学材料,3卷,不。2、166 - 170年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. Gvozdovskyy, o . Yaroshchuk m . Serbina r .山口,“光诱导的螺旋反转与homeotropic锚定胆甾型液晶细胞,”光学表达,20卷,不。4、3499 - 3508年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. H.-C。Jau,郭宏源。林,R.-X。Fung, S.-Y。黄,黄永发。刘,a . Y.-G。,“Optically-tunable光束控制基于光栅n掺偶氮苯胆甾型液晶,”光学表达,18卷,不。16,17498 - 17503年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. l l。妈,w .段蔡明俊。唐et al .,“Light-driven旋转和自组织形成胆甾型光栅的音调调优半自由电影,”聚合物,9卷,不。7,295年,页2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. a . Ryabchun a . Bobrovsky y Gritsai, o . Sakhno诉Shibaev和j . Stumpe“稳定选择性LC聚合物光栅的光诱导的螺旋灯,”ACS应用材料&接口,7卷,不。4、2554 - 2560年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. P.-Z。太阳,z . Liu王w . et al .,“Light-reconfigured waveband-selective衍射装置通过micro-patterning光敏自组织螺旋的上层建筑,“《材料化学C,4卷,不。39岁,9325 - 9330年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 刘,c·w·m·Bastiaansen j . m . j .窝Toonder d·j·kg,“光致形成的动态和永久表面拓扑chiral-nematic聚合物网络,”大分子,45卷,不。19日,8005 - 8012年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. l . De Sio s Serak n . Tabiryan s Ferjani a . Veltri和c . Umeton”合成全息光栅包含light-responsive液晶为可见bichromatic切换、”先进材料,22卷,不。21日,第2319 - 2316页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. h .叶g·陈,c·李,t·莫”光可切换的双光子光栅基于染料胆甾型液晶的电影,”应用物理快报,卷90,不。26日,第261103页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. j .郭h .曹魏j . et al .,“聚合物稳定液晶电影反映出两个,左右圆偏振光,”应用物理快报,卷93,不。20,201901年,页2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. j。林,C.-L。楚,H.-Y。林et al .,“宽带可调谐光子带隙基于nematic-refilling胆甾型液晶聚合物模板样本,”光学材料表达,5卷,不。6,1419 - 1430年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j。林,H.-L。林,H.-Y。林et al .,“广泛可调光子能带和激光发射对映异构的胆甾型液晶模板”《材料化学C,5卷,不。13日,3222 - 3228年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. a . Bobrovsky k . Mochalov诉Oleinikov et al .,“光和电控制圆偏振发射从胆甾型液晶材料掺杂半导体量子点,”先进材料,24卷,不。46岁,6216 - 6222年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. a·本顿和v . m . Bove全息成像约翰·威利& Sons Inc .霍博肯,新泽西,美国,2008年。视图:出版商的网站
21. c . Wang和t .林,“双稳态反射polarizer-free基于染料的光开关胆甾型液晶(邀请),“光学材料表达,1卷,不。8,1457年,页2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 研究。郑,ircular-polarization和波长选择性光栅全息胆甾型液晶聚合物模板的基础上(主人,论文)国立成功大学,2017。

版权

版权©2018 Hsien-Kuo下巴等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。