垂直排列的向列相液晶中空间光孤子的研究

摘要

向列相液晶中的空间光孤子是指在向列相液晶材料中无衍射地向前传播的光束。它的产生是由于液晶的重取向非线性引发的自聚焦效应与光束的线性衍射发散作用相互平衡。因为这种光孤子可以在毫瓦量级下形成，可以通过改变入射光的偏振态来控制，不需要施加很高的电压，并且空间光孤子有着广泛的潜在应用价值，它可以被应用于全光开关、光波导、新型激光谐振腔以及平行的信号传输等领域。
　　本文对垂直排列的向列相液晶中的空间光孤子进行了系统的研究。首先总结了向列相液晶中空间光孤子的国内外研究进展。理论上从麦克斯韦方程组和液晶的弹性理论出发，介绍了垂直排列的向列相液晶中孤子演化方程的建立过程。制作出了符合本实验要求的垂直取向液晶盒，独立设计实验光路，通过不断摸索选择合适的实验参数终于在实验中观察到了空间光孤子。实验中，使用非吸收型向列相液晶纯E7，分别用He-Ne激光器、半导体固体泵浦激光器作为光源。入射光为单色线偏振光。在没有外加电压的条件下，在低功率光波入射的情况下观察到了光束的自聚焦现象，以及空间光孤子的形成。并观察到了长度约为2.9mm，直径约为70的孤子波。μm
　　最后探索了入射光的偏振方向、光功率、波长，以及液晶盒厚度这四个方面因素对向列相液晶中空间光孤子的产生和演变造成的影响。并对其相应的物理微观机制进行了分析解释。研究发现在毫瓦量级光功率下，向列相液晶中孤子产生的主要物理机制是液晶分子的重取向非线性。入射光的偏振方向是向列相液晶中空间光孤子产生的主要因素。当入射光偏振方向角为4060时会产生明显的会聚，甚至产生孤子现象。继续增大这个角度直至90，孤子宽度达到最细，轮廓最清晰。入射光功率从几十微瓦到几十毫瓦的变化，会使光束等比例的变化，而不会对光束的形状有太大影响。在纯向列相液晶E7中，在可见光范围内，波长不同的入射光传播规律基本相同，均能产生空间光孤子。液晶盒厚度对孤子产生有一定的影响，过小过大都不利于孤子的产生。

目录

垂直排列的向列相液晶中空间光孤子的研究

THE STUDY OF SPATIAL SOLITONS IN HOMEOTROPICALLY ALIGNED NEMATIC LIQUID CRYSTALS

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 本论文的动机和目的

1.3 本论文的研究内容和结构

第2章 垂直排列向列液晶中空间光孤子的理论描述

2.1 引言

2.2 向列相液晶的基本理论

2.3垂直排列的向列相液晶盒中空间孤子的演化方程

2.4 本章小结

第3章 垂直排列的向列相液晶盒的制备与孤子观测

3.1 引言

3.2 样品与液晶盒的准备

3.3空间光孤子的实验观测

3.4本章小结

第4章 垂直排列的向列相液晶中空间光孤子特性的研究

4.1引言

4.2入射光对孤子形成的影响

4.3液晶盒厚度对孤子形成的影响

4.4 孤子的崩溃现象

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢