柱筒中掺杂手性剂向列相液晶的介电及挠曲电性能

在电场作用下，同心圆柱筒中的介电作用及挠曲电作用具有与平面液晶盒中不同的性质。本文在轴向强锚定边界条件下，对柱筒内添加手性剂的向列相液晶5CB施加径向电场，分别研究了介电效应和挠曲电效应对指向矢分布的影响。基于液晶连续体弹性理论和有限差分迭代方法，计算了体平衡态方程。通过数值计算发现，挠曲电系数e1、e3具有不同的取向作用。本文的模拟结果为电场作用下柱筒内手性向列相液晶指向矢结构的预测提供了更全面的理论分析，对液晶挠曲电系数的测量也具有一定的指导意义。     

向列相液晶畴壁中挠曲电效应和自发扭曲效应的理论研究

基于Landau-de Gennes理论,利用松弛迭代法,研究了电场诱导平行排列向列相液晶系统中的3种畴壁,以及畴壁中的挠曲电效应和自发扭曲效应。结果表明,畴壁存在的电压范围为0.2≤E/E_0≤1.2(E_0=1.45V/μm)。单一常数近似下,相反方向外电场的挠曲电效应对扭曲壁中扭曲角的影响关于90°对称;对混合壁中扭曲角的影响是非对称的;对展-弯壁无影响。弹性各向异性时,外电场会诱导自发扭曲效应。该效应会使展-弯壁与混合壁中指向矢均由原角度变为90°,即沿壁切线方向排列;对扭曲壁结构无影响。挠曲电效应会在自发扭曲的基础上,对畴壁中指向矢扭曲角产生叠加影响。     

向列相液晶盒挠曲电效应的理论分析

用解析的方法证明了挠曲电效应对沿面排列的向列相液晶盒的物理效应。在不考虑液晶界面离子吸附的情况下，导出了挠曲电效应引起的表面能，证明了该表面能在上下基板处具有不同的数值，从而引起液晶指向矢分布对中间层对称性破缺。这将会影响液晶盒的光学性质。通过计算机数值模拟表明，挠曲电效应引起的指向矢分布对称性破缺会随着挠曲电效应的增强而增大。     

混合排列向列相液晶盒电容特性研究

基于液晶弹性理论和变分原理,研究了强锚泊混合排列向列相液晶盒的电容特性,同时考虑了液晶挠曲电特性的影响。通过Matlab软件数值模拟得到了不同挠曲电系数下电压-电容曲线,当挠曲电系数和e11+e33≥0时,电容随电压线性增加;当e11+e33<0时,电容随电压的增加先减小后增大。并且,随挠曲电系数绝对值的增加,挠曲电效应对电容的影响亦将增大。     

挠曲电效应对液晶微波相位调制的影响

液晶微波调制器件的相位调制取决于液晶分子指向矢的分布。液晶指向矢的分布不仅会受基板表面处液晶分子预倾角和锚定能等因素的影响,液晶材料的挠曲电特性同样会影响液晶指向矢分布。基于液晶弹性理论和差分迭代方法,研究了挠曲电效应对平行排列向列相(PAN)液晶微波相位调制的影响,理论推导得到弱锚定PAN液晶盒的平衡态方程,数值模拟给出了不同的预倾角、锚定能和液晶材料的挠曲电特性条件下单位长度微波相移(MPSL)随电压的变化。结果表明MPSL随锚定能系数的减小而增大,A_0=A_d=5×10~(-5)J/m~2时,挠曲电效应e_(11)+e_(33)=5×10~(-11 )C/m对MPSL最大可调范围为20°,0°预倾角对MPSL最大可调范围为17°,MPSL差值最大增加均为9°;预倾角为3°时,MPSL可调范围随挠曲电系数的增大而增大,相对于忽略挠曲电效应情形,强锚定A_0=A_d=10~(-3)J/m~2条件下MPSL始终减小,弱锚定A_0=A_d=5×10~(-5)J/m~2条件下MPSL先减小后增大然后再减小,MPSL差值最大增加为9°。此项研究对液晶微波调制器件设计有一定的指导意义。     

液晶物理 第五章 电场对液晶的作用与液晶的光学性质

本章主要讨论电场对液晶的作用 ,包括电场下液晶的 Freedericks转变和挠曲电效应(flexoelectric effect)。然后论述了液晶的光学性质 ,寻常光和非寻常光在液晶中的传输 ,以及光散射问题。     

液晶物理

本章主要讨论电场对液晶的作用，包括电场下液晶的Freedericks转变的挠曲电效应（flexoelectric effcet)，然后论述了液晶的光学性质，寻常光和非寻常光在液晶中的传输，以及光散射问题。     

同心柱筒中混合排列向列相液晶中的挠曲电效应

本文研究径向电场作用下同心柱筒中混合排列向列相液晶的指向矢分布,重点研究挠曲电效应对指向矢分布的影响。向列相液晶处于同心圆柱构成的薄层间,内表面径向锚定、外表面轴向锚定以及内表面轴向锚定、外表面径向锚定构成两种同心柱筒混合排列模型。基于向列相液晶Frank弹性理论,通过差分迭代方法,分别在强锚定及弱锚定边界条件下,研究了两种模型中挠曲电效应对指向矢分布的影响。研究结果表明:挠曲电效应在薄层内边界、外边界以及薄层内部对指向矢分布有着不同的影响;同心柱筒中指向矢分布由柱对称性、边界锚定作用、介电耦合作用、挠曲电效应的综合作用所决定。     

平行排列液晶盒的挠曲电效应及一级Fréedericksz转变

基于液晶弹性理论研究了平行排列液晶盒中的挠曲电效应,通过变分理论得到了液晶指向矢满足的微分方程及边界条件。应用差分迭代方法进行了数值求解,得到了液晶指向矢随不同的参数变化的曲线。增大液晶盒厚度、上下基板锚定能系数以及增大预倾角这3种方法,在考虑挠曲电效应对液晶指向矢分布的影响时是等效的。研究了介电效应和挠曲电效应同时作用下的一级Fr啨edericksz转变问题。当|Δ<ε|较大、A较小时,将会发生一级Fr啨edericksz转变。     

平行排列液晶盒的挠曲电效应及一级Fr(e)edericksz转变

基于液晶弹性理论研究了平行排列液晶盒中的挠曲电效应,通过变分理论得到了液晶指向矢满足的微分方程及边界条件.应用差分迭代方法进行了数值求解,得到了液晶指向矢随不同的参数变化的曲线.增大液晶盒厚度、上下基板锚定能系数以及增大预倾角这3种方法,在考虑挠曲电效应对液晶指向矢分布的影响时是等效的.研究了介电效应和挠曲电效应同时作用下的一级Fréedericksz转变问题.当|Δ＜ε| 较大、A较小时,将会发生一级Fréedericksz转变.     

不同初始分布向列相液晶电容特性的相场法研究

液晶盒内的液晶分子在不同的外加电场作用下重新排布,其极化指向发生改变,从而影响液晶盒整体的电学特性。本文考虑液晶材料的挠曲电效应,分析液晶盒的整体自由能表达式,包含弹性形变自由能密度、介电自由能密度和挠曲电自由能密度。基于液晶弹性理论和相场方法,构建描述液晶核指向矢分布及演化的相场方程,并运用离散方法推导出液晶盒约化电容的表达式。讨论边界强锚定的混合液晶盒(HAN)和平行液晶盒(PAN)表面电荷密度对液晶核指向矢偏转角的影响。进一步分析了挠曲电系数、表面电荷密度以及液晶盒厚度对两种不同初始指向分布液晶盒电容性能的影响。数值分析结果表明,表面电荷密度越大、挠曲电系数越小,液晶核指向矢偏角越大。在混合液晶盒中,约化电容随着表面电荷或液晶厚度的增加而增加,最终趋于饱和;而在平行液晶盒中,当表面电荷密度或液晶盒厚度达到某个临界值时,液晶核的指向矢才发生改变,液晶的约化电容才有明显的变化。随着表面电荷密度增加,液晶核指向矢发生偏转的临界厚度减小。     

Polarized infrared and Raman spectroscopy studies of the liquid crystal <Emphasis Type="Italic">E</Emphasis>7 alignment in composites based on grooved silicon

Alignment of liquid-crystal filler molecules and the electro-optical effect in composite photonic crystals based on grooved silicon are studied. It is found that the nematic liquid crystal molecules that fill the grooves are predominantly aligned in a planar configuration with respect to the silicon walls. The liquid crystal molecules are realigned homeotropically with respect to the groove walls under the influence of an electric field. The effect detected can be used to adjust the photonic band gap of a one-dimensional photonic crystal.     

基于向列相液晶弹性各向异性偏振光栅结构方位锚定能的理论研究

通过设计上下基板向列相液晶分子排列构建偏振光栅结构模型,并根据向列相液晶Frank弹性理论计算其方位锚定能,其理论结果可为实验测量提供有力的理论指导作用。本文根据弹性理论,考虑弹性各向异性计算了偏振光栅结构的方位锚定能,得到了方位锚定能与光栅条纹宽度关系的解析解。弹性各向异性对方位锚定能有着显著影响。由于液晶具有各向异性,考虑弹性各向异性研究方位锚定能是必要的,其结果更具有普遍性。     

向列相液晶在电场作用下的第一类弗雷德里克兹转变

本论文针对向列相液晶,从自由能的角度出发,分弹性形变和电场作用两个部分,在理论上分析了其在电场作用下的第一类弗雷德里克兹转变,得到了阈值电场与液晶材料物理性质之间的关系,并与磁场作用下的第一类弗雷德里克兹转变进行了比较。阈值电压的结论可用于测定液晶材料的展曲弹性系数。     

Modeling of Weak Anisotropic Anchoring of Nematic Liquid Crystals in the Landau–de Gennes Theory

The anisotropic anchoring effect of a treated solid surface on a nematic liquid crystal is described in the Landau-de Gennes theory using a power expansion on the tensor-order parameter and two mutually orthogonal unit vectors. The expression has three degrees of freedom, allowing for independent assignment of polar and azimuthal anchoring strengths and a preferred value of the surface-order parameter. It is shown that in the limit for a uniaxial constant-order parameter, the expression simplifies to the anisotropic generalization of the Rapini-Papoular anchoring energy density proposed by Zhao et al. Experimentally measurable values with a physical meaning in the Oseen-Frank theory can be scaled and assigned to the scalar coefficients of the tensor-order- parameter expansion. Results of numerical experiments comparing the anchoring according to the study of Zhao et al. in the Oseen-Frank theory and the power expansion in the Landau-de Gennes theory are presented and shown to agree well.     

全息液晶/聚合物光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，以Ar^ 激光器为光源，使混合物在激光干涉光场的引发下发生光化学反应，从而导致液晶与预聚物发生相分离，形成全息液晶／聚合物相位光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器对所制样品进行测试，结果表明，当液晶含量在30％－45％范围时，所制样品具有较好的栅结构，其衍射效率具有电场可调性。     

Analysis of tunable photonic crystal devices comprising liquid crystal materials as defects

The tuning properties of two-dimensional dielectric and metallic photonic crystals, which contain nematic liquid crystal materials as defect elements or layers, are thoroughly analyzed using appropriate formulations of the finite difference time domain (FDTD) method. Our methodology correctly incorporates the anisotropy introduced by the liquid crystal materials together with the dispersive properties of the metallic elements; it is used for calculating both the dispersion diagrams of the defect-free photonic crystal as well as the device response in the presence of the defect elements. Numerical simulations reveal that defect states originating from the liquid crystal impurities can be effectively tuned by the application of a local static electric field. Indeed, tuning ranges up to almost 100 nm can be achieved requiring operating voltages lower than 4 V. It is also concluded that the placement of a defect mode relative to the bandgap edges greatly influences both its linewidth as well as its tuning range.     

光子晶体液晶光纤的光波导特性

在光子晶体光纤芯区的圆空气柱中填充向列相液晶,用电场控制液晶分子的排列方向,构成了一种光子晶体液晶光纤.用阶跃有效折射率模型研究了电场、工作光波长及光纤结构参数对可调光子晶体液晶光纤的双折射和模式截止特性,并用E7液晶进行了数值计算.结果表明这种光纤的双折射值随电场增大而增大,增大电场和减小光波长可使光纤由单模传输变成多模传输,减小包层中空气孔的相对孔径引起光纤中单模与多模界面向短长波方向移动,包层的相对孔径小于0.14左右时光纤出现无截止单模传输,此值小于没有液晶填充PCF出现无截止单模传输时的包层相对孔径,电场的变化不会对无截止单模传输产生影响.