Структура та електрооптичні властивості індукованих холестеричних рідких кристалів

Розроблений стабілізатор потужності лазерного випромінювання з використанням ефекту ХНП в індукованих холестериках описано в підрозділі 6. 3. Задаючи положення робочої точки на кривій залежності оптичного пропускання від величини прикладеного поля, ми отримаємо стабілізатор потужності малогабаритного He-Ne лазера типу ЛГН-207Б в межах 0, 5... 2%.

В шарі рідкого кристала під дією електричного поля можна сформувати фазові та амплітудні решітки з керованим періодом дифракційної структури і на їх основі створити дефлектори лазерного випромінювання (підрозділ 6. 4).

Створення оптично керованих елементів (підрозділ 6. 5) на дистальному кінці волоконного світловоду дає можливість одержати набір діаграм направленості у вигляді сфери, циліндра, конусу тощо. Рідкокристалічна комірка, в якій сформована конфокальна текстура, є в нашому випадку оптичним елементом, розміщеним на дистальному кінці світловоду для формування певного типу індикатриси розсіювання. Мутною речовиною служить індукований холестерик. Використання зміни конфокальної текстури під дією електричного поля в процесі ХНП дає змогу змінювати мутність речовини за рахунок зміни розмірів конфокальних доменів, причому основну роль у визначенні індикатриси розсіювання буде відігравати вигляд залежності оптичного пропускання від напруги, прикладеної до зразка, насамперед тієї її частини, яка характеризує перехід від холестеричної конфокальної текстури до гомеотропної нематичної.

В підрозділі 6. 6 описано один з прикладів застосування польового гістерезису ефекту ХНП в просторово-часовому модуляторі світла (ПЧМС) на структурі фотопровідник – рідкий кристал (ФП-РК).

Принцип дії ПЧМС на ефекті польового гістерезису ХНП (рис. 6) полягає в зміні провідності фоточутливого шару під впливом джерела інформації, що приводить до виникнення електрооптичного ефекту в шарі рідкого кристала. Збереження інформації в ПЧМС при вимкненні джерела інформації забезпечується бістабільністю залежності оптичного пропускання від прикладеної до зразка напруги для ефекту ХНП.

 

Рис. 6. Принцип роботи запропонованого ПЧМС.

 

В наступному підрозділі наведена розроблена схема низькочастотного оптичного автогенератора, в якому РК модулятор на основі індукованих холестериків використано як основний часозадавальний елемент автогенератора (задає тривалість та період світлових імпульсів).

Електронна схема керування працює в ключовому режимі, в залежності від освітленості фотоприймача і здійснює логічну операцію НЕ.

 

 

Методом малокутового рентгенівського розсіювання досліджено структуру індукованих холестериків на основі широкого класу нематичних матриць з домішками оптично активних речовин та трансформацію структури під дією електричного, магнітного полів та температури.

Показано, що малокутові рефлекси, які визначаються формою надмолекулярного утворення від орієнтованих індукованих холестериків, можуть бути трьох типів: меридіальний “штрих”, розмита “чотириточка”, “чотириточка”. Як і в нематичних матрицях, їм відповідають структури рідкокристалічних речовин, а саме, пряма сиботактична структура, скошена сиботактична структура і суміш цих структур. Перехід структури від прямої до скошеної сиботактичної означає формування досконалішої псевдошарової структури.

Встановлено, що для індукованих холестериків на основі нематичних матриць, які характеризуються прямою сиботактичною структурою, домішка, введена в матрицю, не змінює форми надмолекулярного утворення. Однак, структура індукованого холестерика є досконалішою, ніж структура матриці.

Для індукованих холестериків на основі нематичних матриць зі скошеною сиботактичною структурою (або сумішей структур) введення в якості домішок верхніх членів гомологічного ряду ефірів холестерину, приводить до зміни форми рефлексу, а відповідно і форми надмолекулярних утворень: “чотириточка” переходить у розмиту “чотириточку”. Структура індукованих холестериків є менш досконалою, ніж структура матриці. Якщо в якості домішки виступає нижній член гомологічного ряду, то вигляд малокутового рефлексу не змінюється, зростання ж інтенсивності та кореляційної довжини свідчать про формування досконалішої структури, ніж структура матриці.

Для індукованих холестериків, які характеризуються скошеною сиботактичною структурою, підвищення температури приводить до зміни форми малокутового рефлексу, а саме, “чотириточка” трансформується у штриховий рефлекс. Така трансформація свідчить про зміну форми розсіюючих областей та досконалості структури, а саме, підвищення температури приводить до дріблення флуктуаційно виникаючих шарових структур.

Якщо ж індукований холестерик має пряму сиботактичну структуру, то температура не змінює форми рефлексу, однак зменшення інтенсивності та кореляційної довжини свідчать про розупорядкування псевдошарової структури.

Показано, що критичні показники кореляційних довжин не залежать як від концентрації холестеричної речовини в межах 0... 2% в нематичній матриці, так і від роду домішок і визначаються нематичною матрицею.

Визначено структуру мутних рідкокристалічних середовищ, які розсіюють світло, а саме, індукованих холестериків у процесі ХНП під дією поля за допомогою малокутового розсіювання світла. Показано структуру конфокальних доменів, їх розміри, трансформацію цих параметрів під дією електричного поля.

Встановлено, що при текстурному переході при збільшенні величини поля до значення критичного поля фокально-конічної деформації розміри розсіюючих центрів збільшуються, причому середовище переходить з монодисперсного стану в полідисперсний. Максимальне розсіювання зразком досягається за рахунок сумарного вкладу розсіювання на розсіюючих центрах та дифракційних решітках фазового типу, утворених спіральними структурами. Безпосередньо процеси ХНП супроводжуються зворотним процесом, а саме, зменшенням розмірів розсіюючих центрів та переходом системи з полідисперсного стану в монодисперсний і, відповідно, зменшення інтенсивності світла, розсіяного індукованим холестериком.

Показано, що незалежно від структури нематичної матриці, в якій індукується спіраль, закручуюча здатність зменшується з ростом номера ефіру холестерину в гомологічному ряді, що є наслідком як зменшення анізотропії здатності до поляризації холестеричних