液晶磁控偏光特性的研究

　　0　引言

　　液晶是一种各向异性的物质,一般的情况下,光轴与分子的长轴方向一致,光学性质类似单轴晶体.当对液晶盒加上外部磁场时,由于在不同的磁场强度作用下,会使分子的长轴发生一个不同的倾角旋转.因此在这种状态时,液晶盒的光轴与未加磁场前不同,双折射率也会受磁场影响,这就是液晶的磁控双折射效应.利用这一性质可以制成光偏转器和光调制器.目前国内外对液晶的研究主要集中于液晶应用,而对于液晶的双折射效应研究的不多,特别是,对外加磁场作用下液晶双折射效应的研究还未见报道[122,4].本文通过对磁场作用下液晶透射比的测试,研究了液晶的磁控双折射效应;得出了液晶磁控双折射率的变化规律,所得结论为新型偏光器件的设计与制作提供了依据,也为更深入的探讨液晶更广泛的应用提供了有益的参考.

　　1　理论分析

　　本文利用偏光干涉理论[3,5,7],对液晶的磁控双折射效应进行了研究.通常情况下向列相液晶的光轴与分子轴一致,当在液晶上加纵向磁场时,液晶中分子发生重排,导致光轴转动,将厚度为d的液晶盒放在起偏器和检偏器之间(如图1),其中P1,P2分别为起偏器和检偏器,其光轴相互正交,LC为液晶盒,在不加磁场时其光轴与P1、P2的光轴成45°.

　　令波长为λ的光线垂直于液晶盒表面入射,寻常光和非常光的相位差为

　　当起偏器与检偏器的透光方向相互垂直和平行时,透过光强分别为[3,5]

　　为了提高测量准确度,克服因光源起伏等多种原因给光强测量带来的误差,采用比对的方式,令I′⊥=I⊥/I0,I′∥=I∥/I0,即用透射比表示

　　通过实验数据可以确定式中的N、I′⊥和I′∥的值,由式(7)、(8)得到延迟量δ,再利用式(2)得出液晶的双折射率Δn.从而得到在温度、入射光波长一定时,液晶的双折射率Δn随磁场的变化关系,同时也可得到在施加磁场、入射波长一定时液晶的磁控双折射率Δn与温度的变化关系.

　　2　实验装置

　　整个实验装置如图2,主要由5部分组成:1)光源部分:激光器,光阑,格兰.泰勒棱镜.2)外部可调谐磁场发生设备:JG23型激光电磁铁;WWL23型直流恒压稳压电源;磁强计.3)待测液晶样品.4)旋光测量部分:格兰.汤普逊棱镜;测角仪.5)信号探测器部分:AV23117型光功率传感器;AV2494型光功率计.

　　所用仪器:光源采用1530 nm红外激光器;起偏器使用格兰.泰勒棱镜,使入射光变为沿某一方向偏振的线偏振光;JG23型电磁铁(吉林大学,2002年产)是在恒定磁场下作激光实验专用设备,它与WWL23型直流恒压稳压电源配合使用,可连续调节磁场强度的大小,能够提供连续变化的静磁场;测角仪(内置检偏器使用格兰.汤普逊棱镜),通过测量偏振面的旋转角度,间接测量液晶分子轴的偏转;光电探测器用以记录透射光的强度.