Структура та електрооптичні властивості індукованих холестеричних рідких кристалів

Показано, що чим досконаліша структура нематичної матриці, тим істотніше зростання констант пружності при низьких температурах. Аномальний ріст констант пружності спостерігається в сумішах зі смектичною фазою, причому характер зростання задається характером зростання кореляційної довжини в нематичній матриці.

П’ятий розділ дисертаційної роботи присвячено гістерезисним властивостям холестерико-нематичного переходу та модуляції світла з використанням ефекту ХНП.

В підрозділі 5. 1. проаналізовано залежність оптичного пропускання від величини напруги, прикладеної до зразка і показано, що форма цієї характеристики може суттєво змінюватися в залежності як від параметрів рідкокристалічного матеріалу (констант пружності, відношення d/P0), так і від параметрів керуючого сигналу (швидкості наростання та спадання керуючої напруги, частоти тощо). Якщо не створювати особливих умов на поверхні (за рахунок обробки), то вид початкової текстури буде залежати від відношення d/P0. Так, при d/P0>2... 2, 5 початкова текстура є конфокальною, при d/P01 маємо текстуру Гранжана, при d/P0>2…3 можна одержати текстуру “відбитків пальців”. В залежності від характеру початкової структури збільшення величини поля, прикладеного до зразка, проводять до одержання різних форм цих залежностей. В найпростішому випадку, якщо перехід іде від текстури Гранжана, то утворюється конфокальна текстура, текстура відбитків пальців і нарешті гометоропна квазінематична текстура. Однак текстурні перетворення під дією електричного поля не завжди супроводжуються утворенням конфокальної текстури. Розглядаючи процес ХНП в рамках математичної моделі Кавачі-Когуре, відсутність конфокальної текстури буде мати місце, якщо ЕСС<ECN.

Якщо початкова текстура є конфокальною, або структурою “відбитків пальців”, то при збільшенні величини поля, прикладеного до зразка, здійснюється перехід від цих текстур до гомеотропного нематичного стану.

Питанню польового гістерезису в індукованих холестериках при холестерико-нематичному переході присвячено підрозділ 5. 2. Вже при перших дослідженнях характеристики оптичного пропускання від величини прикладеної до зразка напруги при ХНП виявлено бістабільність його характеристик і показано залежність діапазону гістерезису як від швидкості зміни напруги, так і від відношення d/P0. Для оцінки гістерезисних властивостей використовувалась відносна величина петлі гістерезису

де UCN і UNC – порогові напруги прямого та зворотного переходів відповідно.

У товстих шарах РК, коли впливом поверхні на порогові поля можна знехтувати, величину відносної петлі гістерезису можна записати у вигляді:

е величини порогових полів прямого та зворотного переходів взяті згідно з роботами Греубела i Гусенса.

При умові d/P01, отримаємо вираз:

де і, таким чином, величина відносної петлі гістерезису не залежить від d/P0, величини і лінійно залежить від.

У тонких шарах при врахуванні впливу обмежувальних поверхонь, використовуючи вирази Кавачі та Когуре для порогових полів, одержуємо вираз:

Суттєвим є те, що величина U не залежить від анізотропії діелектричної проникності. Залежність відносної величини петлі гістерезису від відношення d/P0 має дві характерні області. В першій області зростання d/P0 приводить до стрімкого зростання U, а в другій області зі збільшенням d/P0 величина U залишається незмінною. Характерна точка, яка розділяє ці дві ділянки, залежить від відношення констант пружності і розділяє межі переважаючої дії поверхневих та об’ємних ефектів. За рахунок дії поверхневих сил можна змінювати U на першій ділянці, а на другій ділянці гістерезисні властивості визначаються виключно пружними параметрами РК матеріалу.

Температурну залежність відносної величини польового гістерезису розглянуто в підрозділі 5. 3. Аналіз математичної моделі температурної залежності відносної величини петлі гістерезису показує, що:

переважаючий вплив на температурну залежність відносної величини петлі гістерезису має температурна залежність кроку індукованої спіралі;

врахування передперехідних явищ, пов’язаних зі смектичними флуктуаціями, які приводять до росту констант пружності при низьких температурах, приводить до стрімкішого зростання U;

запропонована математична модель задовільно описує експериментальні результати з температурної залежності U.

Аналіз експериментальних результатів показує, що:

збільшення концентрації ефіру холестерину в суміші приводить до зменшення величини U. Константи пружності К22 та К33 не залежать від концентрації в досліджуваному інтервалі, переважаючий вплив має величина кроку індукованої спіралі;

зростання номера гомолога ефіру холестерину, який індукує спіраль, приводить до зростання величини U;

ріст смектичних флуктуацій при низьких температурах приводить до різкого зростання U.

В шостому розділі дисертації розглянуто питання використання ХНП в пристроях оптоелектроніки.

В підрозділі 6. 1 описані низькочастотні модулятори лазерного випромінювання. Зміна прозорості зразка під дією електричного поля, що має місце в процесі холестерико-нематичного переходу, дозволяє використати даний ефект для модуляції випромінювання, а невисокі керуючі напруги і відсутність поляризаційної оптики обумовлюють особливий інтерес до проблеми створення пристроїв на базі даного ефекту.

Створені низькочастотні модулятори лазерного випромінювання видимого діапазону на основі індукованих холестериків. Показано, що величина глибини та граничної частоти модуляції залежить від двох основних факторів: величини контрасту та часових параметрів матеріалу. Збільшення концентрації ОАД приводить до зростання глибини модуляції та величини граничної частоти, а збільшення вмісту сильнополярної компоненти в нематичних матрицях – до зменшення як глибини модуляції, так і граничної частоти.

В наступному підрозділі проаналізовано особливості модуляції лазерного випромінювання ІЧ-діапазону, які полягають насамперед у тому, що рідкокристалічні речовини мають багато смуг поглинання в ІЧ діапазоні.