染料掺杂手性向列相液晶激光器的制备和研究

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 ４０μm 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 SＧ８１１、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 Nd∶YAG 脉冲固 体 激 光器(脉宽２０ns,重 复 频 率 为 ５ Hz)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
Abstract:DyeＧdopedchiralＧnematicliquidcrystallaserwasdesignedand manufactured,andthelaser radiationwasresearched．ThechiralＧnematicliquidcrystallaserdeviceofplanartexturewasprepared bydopinglaserdyePM５９７andchiralcompoundSＧ８１１intonematicliquidcrystalTEB３０A．Byusinga secondharmonicQＧswitched Nd∶YAG pulsedlaser (λ＝５３２nm)aspumpingsource,thelaserof ５７１������１,６１５������５nmareobtainedattheshortＧwaveandlongＧwaveofthephotonicbandedges．Thetheory ofdensityofopticalstateisusedtopreparedyeＧdopedcholestericliquidcrystallaser．Accordingtothe properproportionofdevicecomponent,thecurveofdensityofstatevarying withthe wavelengthis simulated．Inthedevice,densityofopticalstateismaximumatthewaveofthephotonicbandedge, thresholdislowerandlaserradiationisobtainedeasily． Keywords:chiralＧnematicliquidcrystal;dyeＧdopedliquidcrystallaser;densityofopticalstate;phoＧ
采用光子态密度理论加以研究产生激光辐射
的机理.态密 度 (DOS)可 以 看 成 群 速 度 的 倒 数,
表示单位体 积、单 位 角 频 率 内 波 数 的 密 度.其 公
式表示为 DOS＝dk/dω,即 群 速 度 取 极 小 值 处 光
Hale Waihona Puke 子态密度最大.这可以理解为该处阈值最低易产
生激光辐射,而 其 他 位 置 阈 值 则 大 得 多.若 忽 略
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 .
及探测装置如图１所示.
图 １ 实 验 及 探 测 装 置 示 意 图 Fig．１ Frameworkofexperimentanddetectiondevice
３ 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 oilyＧstreaklines 织 构 ,说 明 形 成 了 平 面 态 排 列 .
岱 钦,邬小娇,吴 杰,毛有明,乌日娜∗
(沈阳理工大学 理学院,辽宁 沈阳１１０１５９)
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 SＧ 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 . 关 键 词 :手 性 向 列 相 液 晶 ;染 料 掺 杂 液 晶 激 光 器 ;光 子 态 密 度 ;光 子 禁 带 中 图 分 类 号 :TN２４１;O７５３＋ ．２ 文 献 标 识 码 :A doi:１０．３７８８/YJYXS２０１４２９０６．０９２２
收 稿 日 期 :２０１４Ｇ０４Ｇ２９;修 订 日 期 :２０１４Ｇ０５Ｇ１３．
∗ 通 信 联 系 人 ,EＧmail:wurina２００７＠１２６．com
第６期
岱 钦 ,等 :染 料 掺 杂 手 性 向 列 相 液 晶 激 光 器 的 制 备 和 研 究
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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 子 禁 带 的 两 个 边 沿 分 别
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液晶与显示
第 ２９卷
位于５８５������５nm 和６３２������５nm.胆甾相液晶具有选 择反射特性,能选 择 性 地 反 射 与 液 晶 分 子 相 同 旋 向的圆偏振光.由于实验采用的自然光同时包含 左旋和右旋光,因 此 禁 带 位 置 的 透 射 率 为 总 强 度 的５０％ 左 右. 样 品 选 择 反 射 中 心 波 长 可 以 用 λ０＝‹n›p 计 算,其 反 射 带 宽 为 Δλ＝Δnp. 其 中 ‹n›＝ (ne ＋no)/２,Δn＝ne －no (ne ＝１������６９２,no ＝ １������５２２),p 为螺距.
PreparationandresearchofdyeＧdopedchiralnematicliquidcrystal
DAIQin,WU XiaoＧjiao,WUJie,MAO YouＧming,WU RiＧna∗
(SchoolofScience,ShenyangLigong University,Shenyang１１０１５９,China)
tonicbandedge
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 . [１Ｇ３] 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
将激光染料 PM５９７掺入手性向列相液晶中, 其光致激发产生的荧光光谱如图３所示.该荧光 虽为非偏振光,但 大 部 分 光 谱 正 好 落 入 手 性 向 列 相液晶的光子禁带中.荧光中与手性向列相液晶 旋向一致的圆偏 振 光 会 被 多 次 反 射,并 被 束 缚 在 光子禁带内 部.在 多 次 反 射 中 获 得 反 馈 放 大,并 最终产生激光.
(a)在 偏 光 显 微 镜 下 呈 平 面 (b)光 子 禁 带 态织构排列