【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液晶的电光应用，具体涉及一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法。
技术介绍
1、液晶既具有晶体的各向异性又具有液体的流动性，被广泛的应用于显示、相位调制、信息存储、光开关和光通信等领域，并对自适应光学、集成光学的发展起到极大的促进作用。但是，传统的向列相液晶电光器件，响应时间较长，通常在毫秒量级，甚至长达秒量级，同时所需要的驱动电场也较大。这大大的限制液晶型电光器件的进一步发展。随着光通信技术的迅速发展，人们对光信息的存储、传输的要求日益提高，对光通信的速度、质量以及能耗等各种要求的提高，传统高电场毫秒级的液晶电光响应速度已经无法满足人们的需求。
2、传统的液晶的电光响应是使用向列相液晶，通过施加电场来改变液晶的指向矢方向实现的，然而因为液晶的粘滞系数，使得电场关闭后液晶分子恢复到初始状态的时间较慢，约为毫秒级。此前，本领域技术人员已经提出了多种方法来加速向列相液晶的电光响应，例如在双向场切换模式下的亚毫秒电光响应，以及通过在具有高预倾角的特殊几何结构中使用双频向列相液晶来在1.15×108v/m的电场强度下实现0.1ms的响应时间。还通过在向列相液晶中引入聚合单体以减少开关时间，它们被聚合形成聚合物稳定型液晶(pslcs)，其中向列相液晶的指向矢可以在大约0.1ms内重新定向。
3、基于这一现象，本申请基于freedericksz效应，采用铁电向列相液晶rm734，探索其电光响应的能力。目前，对铁电向列相液晶的研究才刚起步，但它自被发现以来，便吸引了国内外众多学者的研究热情
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的在于提供一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，通过使用特殊的铁电向列相液晶材料，同时运用特殊的加电方式使得液晶中freedericksz效应的电光响应时间显著增快的同时降低响应所需的驱动电场。
2、技术方案：一种液晶低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，包括如下步骤：
3、步骤一、设计带有电极的玻璃基板：在玻璃基板上设计能实现预设电场方向的电极，所述电极为ito透明导电涂层；
4、步骤二、制备液晶盒：制备的液晶盒由两块玻璃基板组成，其中一块玻璃基板为所述步骤一中设计的带有电极的玻璃基板；另一玻璃基板不带有电极；两块玻璃基板的内表面上涂有取向剂；在各向同性相下，将铁电向列相液晶注入液晶盒中；
5、步骤三：利用电光响应检测装置，搭建检测铁电向列相液晶电光响应的光路；
6、步骤四、对电光响应检测装置中的液晶盒同时施加水平方向和竖直方向的电场，调控液晶分子的指向矢方向，并测定电光响应的表征。
7、进一步的，所述步骤一中：玻璃基板上涂有四个长方形电极，且四个长方形排列成十字形；位于同一直线上的两个导电涂层之间的间距为2.3mm；所述导电涂层的电阻率为10-50ω/sq。
8、进一步的，所述步骤二中：取向剂为聚酰亚胺nc-m-4220；所述铁电向列相液晶为rm734；所述铁电向列相液晶是在各向同性相，175℃时注入液晶盒中的，其向列相-各向同性相的相变温度为tni＝(170±0.1℃)。
9、进一步的，所述步骤三中：
10、所述电光响应检测装置，包括从左至于右依次设置的绿光激光器、聚光透镜、第一交叉偏振器、液晶盒、第二交叉偏振器、光透镜和光电探测器；所述液晶盒为上述制备的液晶盒，所述液晶盒置于恒温热台上；所述绿光激光器发出的绿光激光束顺次通过聚光透镜、第一交叉偏振器、液晶盒、第二交叉偏振器、光透镜形成光路，进入光电探测器；
11、所述绿光激光器发出的绿光激光束通过聚光透镜和第一交叉偏振器后，以垂直液晶盒玻璃基板的角度射入液晶盒；液晶分子的指向矢平行于液晶盒的入射平面，并且与第一交叉偏振器的偏振方向平行；所述第二交叉偏振器，其偏振方向与第一交叉偏振器正交。
12、进一步的，所述步骤四中，对电光响应检测装置中的液晶盒同时施加水平方向和竖直方向的电场，具体的方式包括：
13、1)在液晶盒的水平方向施加固定电场，在液晶盒的竖直方向施加变化电场；
14、2)在液晶盒的水平与竖直方向均施加变化电场。
15、进一步的，所述绿光激光器的绿光激光束的波长为532nm；所述光电探测器的型号为tia-525；所述恒温热台的型号为linkamlts350。
16、进一步的，所述步骤四中，电光响应的幅度通过光电探测器将激光的光强信号转换成电信号再由示波器测得，并通过labview上位机程序获取示波器的具体数据，再利用mathmatica代码进行数据的处理。
17、进一步的，所述步骤四中，在电光响应的测定过程中，用到的电压信号由信号发生器产生。
18、进一步的，所述步骤四中，电光响应的快慢与液晶分子指向矢的转动速度有关，用光电探测器探测到的光强信号变化的速度进行表征；
19、1)光强的变化与指向式的转动夹角的变化关系如下式：
20、i1＝i0*sin2θ*cos2θ
21、式中，i1为绿光激光光束透过第二交叉偏振器后的光强，i0为绿光激光光束透过第一交叉偏振器的光强，θ为液晶分子指向矢方向与第一交叉偏振器偏振方向的夹角；
22、2)电光响应的快慢，用场开时间τon和场关时间τoff来表示；τon为i1随着电压脉冲由i1min～i1max的10％变化到90％所需时间，i1min和i1max分别代表响应光强的最小值和最大值；τoff为i1随电压脉冲由i1max～i1min的90％变化到10％所需时间。
23、有益效果：
24、1)本专利技术基于freedericksz转变效应，通过设计玻璃基板上特殊的电极和施加脉冲电压，改变液晶的指向矢方向，以铁电向列相液晶的特殊性质，实现了电光响应驱动电场的显著降低，相比其他通过改变液晶分子指向矢方向实现的电光响应，本专利技术在保持了微秒级响应速度的同时大大降低了驱动电场。
25、2)本专利技术基于液晶分子freedericksz转变效应的电光响应可以在铁电向列相下液晶(rm734)中实现，响应时间为微秒级。
26、3)本专利技术实现了液晶中微秒级电光响应驱动电场的大幅降低，有望为液晶在电光应用领域的良性发展提供更为有益的助力。
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1.一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤一中：玻璃基板上涂有四个长方形电极，且四个长方形排列成十字形；位于同一直线上的两个导电涂层之间的间距为2.3mm；所述导电涂层的电阻率为10-50Ω/sq。
3.根据权利要求1所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤二中：取向剂为聚酰亚胺NC-M-4220；所述铁电向列相液晶为RM734；所述铁电向列相液晶是在各向同性相，175℃时注入液晶盒中的，其向列相-各向同性相的相变温度为TNI＝(170±0.1℃)。
4.根据权利要求1所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤三中：
5.根据权利要求4所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤四中，对电光响应检测装置中的液晶盒同时施加水平方向和竖直方向的电场，具体的方式包括：
<...【技术特征摘要】
1.一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤一中：玻璃基板上涂有四个长方形电极，且四个长方形排列成十字形；位于同一直线上的两个导电涂层之间的间距为2.3mm；所述导电涂层的电阻率为10-50ω/sq。
3.根据权利要求1所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤二中：取向剂为聚酰亚胺nc-m-4220；所述铁电向列相液晶为rm734；所述铁电向列相液晶是在各向同性相，175℃时注入液晶盒中的，其向列相-各向同性相的相变温度为tni＝(170±0.1℃)。
4.根据权利要求1所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤三中：
5.根据权利要求4所述的一种铁电向列相液晶内低驱动电场微秒级电光响应的实现方法，其特征在于，所述步骤四中，对电光响应检测装置中的液晶盒同时施加水平方向...
【专利技术属性】
技术研发人员：李炳祥，李子扬，叶家耀，孙路瑶，储著芳，吴俊杰，尚小虎，刘娇，马玲玲，谢晓晨，陆延青，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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