光折变液晶材料的研究进展

第30卷　第3期

2008年6月光　学　仪　器OP TICAL INSTRUM EN TS Vol.30,No.3　J une ,2008 文章编号:100525630(2008)0320083205

3收稿日期:2007210209

作者简介:白俊霞(19812),女,山西汾阳人,硕士研究生,主要从事新型材料的研究。

光折变液晶材料的研究进展3

白俊霞,郝　伟

(北京工业大学,北京　100022)

摘要:介绍了液晶材料光折变效应的基本概念及基本机理及特性,根据光折变液晶材料的发展,分别对掺杂染料的液晶、聚合物分散液晶、掺杂铁电材料液晶等几种液晶材料的光折变效应的各个发展过程及其存在的问题和研究现状作了较为详细的阐述,并展望了其今后的实际应用及发展方向。

关键词:光折变;液晶材料;光电效应;液晶聚合物

中图分类号:O 43 文献标识码:A

The developing of photorefractive liquid crystal material

B A I J unx i a ,H A O W ei

(Beijing University of Technology ,Beijing 100022,China )

Abstract :This paper int roduced t he basic conception ,mechanism and character of p hotoref ractive liquid crystal material ,according to p hotorefractive t he develop ment of liquid crystal materials ,respectively ,in dye 2doped liquid crystal ,polymer dispersed liquid crystal and ferroelectric liquid crystal material separately ,and laid out t he problem of different liquid crystal and research on t he stat us of it at t he same time ,we prospected t he application and develop ment direction of liquid crystal material.

K ey w ords :p hotorefractive ;liquid crystal material ;p hotoemission ;polymer liquid crystal

1　引　言

光折变效应(p hotoref ractive effect )是光致折射率变化效应(p hoto 2induced refractive index change effect )的简称[1],当照射到非线性光学材料上的光发生变化时,物质内部电荷发生非均匀的重新分配,使得物质的折射率发生变化的现象。它在高密度光学信息储存、多媒体技术、相共轭、全息图象加工、中性网络的模拟、畸变图像的复原以及程序互联等方面具有重要的潜在应用价值。

2　液晶材料光折变效应的基本原理及特点

液晶材料的光折变效应可分为四个过程,如图1所示:(1)在非均匀光照射下,物质见光区域产生可移动的电荷;(2)产生电荷的输运;(3)捕获中心俘获移动的电荷,形成非零的空间电场;(4)在空间电场作用下,物质折射率发生变化[2]。

光折变效应主要有两个显著的特点,其一是光折变效应的大小只与入射光子的能量有关系,与光强没

光　学　仪　器第30卷　关系,其二是对光强的非空间定域响应,折射率光栅与入射的光强分布之间存在一个相位差,这个相位差的存在是光束发生耦合作用的原因所在

。

图1　光折变效应的基本机理

Fig.1　Mechanism of photoref ractive

光折变效应先后在某些铁电和非铁电氧化物中发现,在一些半导体材料、量子阱材料、电光陶瓷材料中也发现了光折变效应[2]。直到上世纪90年代初,光折变材料主要集中在无机晶体材料上。这使得人们对光折变效应及其应用的研究受到很大的限制。

相对于晶体,聚合物材料的掺杂和人为设计、改性是非常容易的,而且聚合物还可以很容易地制备成各种结构,同时聚合物的非线性可以通过掺杂非线性声色团在外场极化下产生。另外,光折变效应对材料所要求的光电导特性可以由光电导聚合物来提供。由此,人们通过这种理论来应用具有光折变效应的聚合物[3,4]。

自从1991年Ducharme [5]等在聚合物系统中首次发现了光折变效应以来,人们对有机聚合物光折变效应的研究在光折变效应机理方面取得了很大的进展。由此,有机光折变的研究工作迅速发展起来,原因是高分子材料非常易于掺杂多种功能组分,化学方法将功能组分接到高分子结构上也较容易实现,但这些

材料一般需要外加高的直流电场(50～100V/μm ),如果一个器件膜厚50

μm 的话,就需外加3～6kV 的电压,这样既不安全又不是很方便。

前期,主要也是进行光折变聚合物的研究,但随着实验的进展,现发现其主要的三个缺点:

(1)光折变聚合物的玻璃转变温度难以把握;(2)聚合物的工作电压过高;(3)聚合物的系统稳定性很差。目前报道的高性能光折变聚合物大多是玻璃转变温度低多组分掺杂体系,它们往往由于某一组分的结晶而造成相分离.那些含有大量掺杂小分子的聚合物体系,通常在样品合成后的几天到几个月内就发生相分离和析晶现象,严重影响了材料的电学和光学性质。

3　几种液晶材料的研究进展及其存在的问题

液晶的种类有很多种,如向列相、胆甾相、近晶相等[6]。由于液晶的独特结构和分子排列,液晶材料本身就是良好的非线性生色团,具有很强的双折射性,故并不需要非线性光学掺杂就能观察到明显的取向光折变效应;另外,由于液晶分子产生非线性效应的电压要求要比聚合物材料低很多,响应时间比聚合物快,故液晶分子可在较宽的波长范围内获得光折变效应,最主要的是向列相液晶。液晶分子倾向于平行排列,

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