染料掺杂手性向列相液晶激光器的制备和研究

作者:岱钦;邬小娇;吴杰;毛有明;乌日娜 刊名:液晶与显示 上传者:黄宗凯

【摘要】设计制作了PM597染料掺杂手性向列相液晶器件,研究了其激光辐射行为。混合激光染料PM597、手性剂S-811、向列相液晶TEB30A,制成平面态织构的手性向列相液晶激光器件。采用固体Nd∶YAG倍频532nm波长激光作为抽运光,在光子禁带短波和长波边沿同时获得波长分别为571.1、615.5nm的激光输出。对于器件产生激光辐射的机理,采用光子态密度理论进行了分析,根据实际样品各成分的配比,模拟出态密度随波长的变化曲线。在器件中,光子禁带边沿处光子态密度最大,此处器件阈值较低,容易产生激光辐射。

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1引言目前随着液晶相关理论的健全,一系列基于液晶特殊光学性能的器件已被开发出来,并广泛应用于众多领域,如显示、激光器件、医学诊断、空间光调制器等[1-3]。胆甾相液晶由于其层状的周期性螺旋结构,可以看作自组装的一维光子晶体,它具有类似光子晶体的光子禁带结构。以适当比例将激光染料掺入胆甾相液晶可以制成分布反馈(DFB)式液晶激光器。这种染料掺杂液晶激光器是一种新型的激光器,具有制备简单、体积小、输出波长可调谐等优点,符合器件逐渐微型化的发展趋势。激光是现代科技不可替代的优秀相干光源,而液晶激光器件使激光器微型化、集成化成为可能。目前国内外对液晶激光器的研究发展很快,进展迅速。1973年L.S.Goldberg和J.M.Schnur提出染料掺杂胆甾相液晶激光器的方案[4]。2012年JurgenSchmidtke等人研究了掺有DCM激光染料胆甾相液晶激光器的电场调谐特性[5]。2010年苑梦尧等讨论了共面转换模式下电场对胆甾相液晶螺距的影响,为电控反射式彩色显示与电场调谐液晶激光器提供借鉴[6]。2013年张伶莉等制作了掺杂DCM激光染料具有外部谐振腔的液晶激光器,通过电压控制可在单模和多模发射间进行切换[7]。激光染料PM597具有很高的量子效率和较小的三重态吸收,是一种高效的激光染料,目前对掺杂激光染料PM597的液晶激光器研究较少,本论文主要对掺有PM597激光染料的手性向列相液晶激光器的激光辐射行为进行了研究。成功制作了染料掺杂手性向列相液晶激光器件。在532nm的Nd:YAG脉冲固体激光器泵浦下,获得了稳定的激光输出。采用光子态密度理论进行了分析,根据实际样品各成分的配比,模拟出态密度随波长的分布曲线。2实验在镀有ITO的玻璃基板上旋涂一层PI取向剂,高温(200)固化2h。摩擦处理,加40m隔垫物,制作成反平行液晶盒并做封胶处理。将向列相液晶TEB30A、手性剂S-811、激光染料PM597分别按68.6%、29.4%、2%的质量分数混合均匀并注入液晶盒,完成样品制备。用偏光显微镜观察样品的织构。利用紫外分光光度计(UV757CRT,凌光)测量器件透射谱,确定光子禁带位置。用532nm的NdYAG脉冲固体激光器(脉宽20ns,重复频率为5Hz)激发配制好的药品,获得PM597的荧光光谱。由于染料对532nm的激光吸收效果较好,所以采用532nm脉冲固体激光器作为泵浦光源。利用多通道光纤光谱仪(Avantes)测量器件的激光辐射谱线,实验及探测装置如图1所示。图1实验及探测装置示意图Fig.1Frameworkofexperimentanddetectiondevice3结果及分析手性向列相液晶可以看成许多液晶薄层重叠而成,同一薄层内液晶分子指向矢方向一致,但相邻两薄层内液晶指向矢具有一定夹角。指向矢方向随着层数的增加旋转360为一个周期,液晶分子旋转一周所经过的长度称为螺距。对液晶盒表面进行反平行摩擦处理,该摩擦方式能使液晶分子的螺旋周期延续下去,且螺旋轴垂直于样品表面形成平面态织构。图2(a)为在正交偏光显微镜下观察到的样品照片,显示了oily-streaklines织构,说明形成了平面态排列。(a)在偏光显微镜下呈平面(b)光子禁带态织构排列(a)Stateplanetextureunder(b)Photonicbandedgepolarizingmicroscope图2样品织构和透射谱Fig.2Transmissionspectrumandtextureofsample从样品的透射谱中可以清楚看到光子禁带的位置,如图2(b)所示,光

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