基于铁电向列液晶的全光开关研究要点
铁电与反铁电的比较
集成铁电体的研究
1. 铁电薄膜与半导体的集成称为集成铁电体，近年来广泛开 展了此类材料的研究。铁电存贮器的基本形式是铁电随机 存取存贮器。早期以为主要研究对象，直至年实现了的商 业化。与五六十年代相比，当前的材料和技术解决了几个 重要问题。一是采用薄膜，极化反转电压易于降低，可以 和标准的硅或电路集成；二是在提高电滞回线矩形度的同 时，在电路设计上采取措施，防止误写误读；三是疲劳特 性大有改善，已制出反转次数达5*1012次仍不显示任何疲劳 的铁电薄膜。
铁电体的研究进展
第一性原理的计算
现代能带结构方法和高速计算机的反展使得对 铁电性起因的研究变为可能。通过第一性原理 的计算，对BaTiO3、PbTiO3、KNbO3和LiTaO3等铁 电体，得出了电子密度分布，软模位移和自发 极化等重要结果，对阐明铁电性的微观机制有 重要作用。
尺寸效应的研究
随着铁电薄膜和铁电超微粉的发展，铁电尺寸 效应成为一个迫切需要研究的实际问题。近年 来，人们从理论上预言了自发极化、相变温度 和介电极化率等随尺寸变化的规律，并计算了 典型铁电体的铁电临界尺寸。这些结果不但对 集成铁电器件和精细复合材料的设计有指导作 用，而且是铁电理论在有限尺寸条件下的发展。
钛酸钡的晶体结构图和铁电相变图
典型的反铁电材料
1. NH4H2PO4型（包括NH4H2AsO4及氘代盐等 ）； 2. （NH4）2SO4型（包括NH4HSO4 及NH4LiSO4等 ）； 3. （NH4）2H3IO6型（包括Ag2H3IO6 等）； 4. 钙钛矿型（包括NaNbO3、PbZrO3、PbHfO3、Pb
新型电子全息显示器件及其驱动技术研究
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维普资讯
当前 铁 电薄 膜应 用研 究 中最 吸 引 人 的是 铁 电薄 膜 在 光 电 子 学 和集 成 光 学 中 的应 用 ］ 。随 着 现 代
信息技术的发展 ， 急切期盼高速、 大容量、 实时或准实时的光电子信息处理系统 ， 这种信息处理将电子学 技术 和光 学技 术 紧密 结合 ， 而 能克 服 全 光 学 系 统 或 全 电子 学 系统 的缺 陷 。铁 电 薄膜 除 具有 铁 电 、 从 介
电、 电、 压 热释 电性 质外 ， 还具 有重要 的 电光 特性 ， 括 电光效 应 、 包 非线 性光 学效 应 、 光折 变 效应 等 。这些
特性使铁电薄膜成为在光电子学和集成光学 中应用 的重要候选材料 。 目前在光阀、 光开关 、 光谱滤色
不 同 的是 ， 电子 全 息显 示器 可 以实 时改写 ， 再 现 的二 维全 息 图像 可 以随着 电子全 息 显示 器所 显示 的全 则 息 干涉 图像 的变化 而实 时 变化 。这 种方 法 可实 现 二维 全 息实 物 图像 再 现 ， 存取 ／ 出时 间短 ， 储 量大 ， 读 存
新 型 电子全 息 显 示 器 件 及 其 驱 动 技 术 研 究
黄海 山
（ 漳州城市 职业 学院 信 息技 术系 ， 福建 漳州 ［ 摘 ３３ ０ ） ６ ００
要 ］ 阐述 了电子全息显 示器件 所用 的铁 电材 料的 电光特性及 器件结构 ， 鉴其驱 动技 术 ， 借 并针 对
本 器件 高分 辨率的特性 ， 出了一种适合 电子 全息显 示器件 的驱动技术——分 区分块 的驱 动方法。 提 ［ 关键 词 ］ 铁 电 ； 电子 全息 ； 驱动 电路
光电信息处理论文
题目：光子信息处理技专业：电子信息科学与技术学生姓名：贾玉新学号：20121601010212光子信息处理技术（一）光子信息处理技术的定义：光子学信息处理是一门研究以光子为载体对信息进行处理的科学分支，是光子学的一个主要研究领域。
60年代初，由于发射相干光的激光器的问世以及记录和再现三维波面的全息技术的发明，使得光子不仅作为零维信息的载体而且作为多维信息的相干载体变为现实，同时也为信息的光子直接处理开辟了实质意义上的新途径，并显示出光子比电子处理的无以比拟的优点，从而开拓和迅速地发展了以图像处理为主要内容的光信息处理学科。
近十年来，由于通信和计算的需要，信息的处理从模拟量向数字量转化，信息的传递从空不变到空变交换转化；由于大批生产的微电子工艺的渗人，光学元件的制作从单个冷加工工艺向大批量复制工艺转化；由于半导体光子学器件的发展，光学分立式块结构器件向集成化微结构器件转化。
这些变化促使子信息处理技术成为研究内容广泛、目标明确并涉及光学、通信学、计算机学、微电子学、材料学、生物学等的一门交叉性高科技学科。
充分利用光子作为信息载体所具有的高速、高效率、高并行能力等，以完成信息处理的诸多功能，这是光子信息处理的主要研究内容，而数字化和微结构化是当代光子信息处理的主要技术特征。
1, 光子信息处理的发展光子信息处理技术的主要研究内容及其发展情况可概括为以下四个领域：光信息处理，光互连技术，空间光调制器，光子系统的微型化和集成化．(1) 光信息处理:以光子为载体对信息进行加工处理，目前大体上有三种方式，即模拟光学方式、数字光学方式和光电子学处理。
模拟光学和数字光学处理都可分为对数值进行计算和对图像进行处理的两大应用领域。
光电子处理可分为光电混合处理和光互连的电子处理两大类。
A 模拟光学处理模拟光学信息处理由于具有大信息容量，并行高速等特点已在光信息处理领域获得广泛应用。
具有代表性的系统有：a, 特征识别的光学相关器原理基于光学傅里叶变换，基本结构有两种，在频谱面上直接综合的全息匹配滤波和用特征图像变换综合的光学联合变换。
实验2.8光学双稳态现象
实验2.8光学双稳态现象自1974年吉布斯(Gibbs)首先利用F—P标准具，其内充满饱和气体Na蒸汽，观察到了光学双稳态现象以来，许多科学工作者相继在许多其它介质中也观察到了光学双稳态现象，并研制了各种各样的光学双稳态器件。
它作为开关元件和储存元件，有着重要的应用前景。
作为开关元件时其开关速度在理论上可以达到10-11～10-12S，是现有电子开关的102～103倍。
光学双稳态器件与现在使用的晶体管相比，还有一个引人注意的优点，就是可以进行信号平行处理。
光波在真空中传播时，不同光束之间互不干扰，各自独立；在介质中，两束光只要分开几个波长的距离即可互不影响，因此在同一光学元件中，可以平行地通过几束光波，同一元件的不同区域可以同时分别对各光束进行运算操作。
这将对计算机科学带来一革命，使计算机的构造和算法有巨大的改变，使计算机的功能有极大的飞跃。
目前，研究光学双稳态现象的基本理论已经比较完善，需要进一步研究的内容是在一些新型材料或新型结构中实现它，并将这些材料研制成可供实用的光学双稳器件。
但是，由于强光学非线性或低阈值能量与快响应时间和低光强吸收的矛盾，使得利用光学双稳态制造以光控光的全光开关器件仍面临许多难以克服的困难。
本实验将利用液晶光阀的透光率与加在其上的电压有关这一特性，将出射光转换成电压，经放大后反馈到液晶光阀上，使其在不同的出射光强下具有不同的透光率，从而实现光学双稳态。
并对影响光学双稳态现象的几个因素作出分析、比较。
通过这个实验我们不仅能了解液晶光阀的特性，而且验证了光学双稳态现象，加深对光学双稳态的理解。
一、实验目的1.了解光电混合性光学双稳态的原理与应用；2.掌握实验仪器的调节和测量。
二、实验仪器激光器，衰减器，偏振器，分束器，液晶光阀，光功率计，示波器等。
三、实验原理1.光学双稳态的基本概念如果一个光学系统在给定的输入光强下存在着两种可能的输出光强状态，而且可以用光学方法实现两态间的丌关转换，即称该系统具有光学双稳性。
基于分子间氢键的棒状手性液晶的研究进展
基于分子间氢键的棒状手性液晶的研究进展左飞龙;吴奕环;时志强;武长城【摘要】Due to its unique optical-electro properties, facile synthesis and stimuli responsiveness to the environment, chiral supramolecular liquid crystals based on intermolecular hydrogen bonding have been becoming one of the hot topics in domain of supramolecular chemistry and been winning more application in functional materials, nonlinear optics and biomedical science, etc. This paper presents a brief review on the rod-like hydrogen-bonding chiral liquid crystals (RHCLC). The molecular structure, chiral group, substituent group, flexible chain, stability of these hydrogen-bonded supramolecular complexes and their relation to the observed liquid crystalline phases are the main topics of this review. Recent research achievements about RHCLC sorted by hydrogen bonds groups such as carboxylic acid and pyridine are introduced. At last the future development of RHCLC is prospected.%分子间氢键棒状手性液晶因其兼具手性液晶奇特的光电性能和氢键液晶的便捷制备以及独特的外界刺激响应性,在功能材料、非线性光学、生物医学等领域具有潜在的应用价值,一直是超分子液晶领域的研究热点.文章按照形成氢键互补基团的不同,将其划分为3种类型,即羧酸-羧酸类、羧酸吡啶类和其他类型氢键,介绍了此三类氢键棒状手性液晶近年来的研究进展.详细归纳了氢键质子给受体的分子结构、氢键稳定性、手性中心位置、取代基、柔性链长度等对液晶性能的影响,并在此基础上,对其未来发展做了展望.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2012(027)004【总页数】10页(P456-465)【关键词】液晶;氢键;手性;棒状;超分子【作者】左飞龙;吴奕环;时志强;武长城【作者单位】天津工业大学材料科学与工程学院改性与功能纤维天津市重点实验室,天津300160;天津工业大学材料科学与工程学院改性与功能纤维天津市重点实验室,天津300160;天津工业大学材料科学与工程学院改性与功能纤维天津市重点实验室,天津300160;天津工业大学材料科学与工程学院改性与功能纤维天津市重点实验室,天津300160【正文语种】中文【中图分类】O753+.2随着近代光电技术尤其是信息显示技术的飞跃发展，世界各地研究者对于手性液晶的研究越来越深入和广泛。
第二讲液晶显示器件基础ppt课件
近晶相液晶：分子排列成层，层内分子长轴相互平行。分子排列整齐，其规整性接
近晶体，具有二维有序性。
向列相液晶：棒状分子仍保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶相液晶
的层状结构。分子的质心混乱无序。与近晶相相比，向列相液晶的粘度小，富于流
动性。分子的排列和运动比较自由，对外界作用相当敏感，因而应用广泛。
响应速度
响应速度是指信号由白到黑，由黑到白转换所需时间。
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PPI与分辨率
4.LCD的显示性能
东芝在EDEX大展发布最新研制的200PPI真正高分辨率TFT液晶显示屏。 PPI所表示的是每平方英寸所拥有的像素（Pixel）数目。 因此PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。 显示的密度越高，拟真度就越高。
胆甾相液晶：液晶分子呈扁平形状，排列成层，层内分子相互平行。不同层的分子
长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构。
2
偏振片的偏光作用
1.液晶显示器原理
光源
偏振片
光行进方向 穿 过 轴
吸收轴
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偏振片的工作原理
1.液晶显示器原理
光源
光源
垂直时不透光
平行时透光
4
液晶显示原理(长白模式）
1.液晶显示器原理
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有源矩阵
2.液晶显示器的分类
有源矩阵LCD：有有源器件，在纵列像素电极X和横列像 素电极Y交点上构成，其有源器件一侧连接数据信号，另 一侧有平行板电容，其电容间加入液晶材料构成像素。
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有源矩阵与无源矩阵对比
2.液晶显示器的分类
无源矩阵的缺点： • 存在交叉串扰现象； • 随着行列电极数目的增加 交叉效应的 程 度 会 加 剧； • 扫描行数Ｎ 很大时，会失去显示功能 ； • 显示对比度伴随显示容量的增加而迅速降低 ； 有源矩阵的优点： • 无行间串扰； • ＬＣＤ的扫描行数从理论上讲可以做到无穷，实现大容量
4-3 铁电材料与器件
用于FRAM的铁电薄膜应满足以下要求。（1）合 理的剩余极化强度，大约在5μC·cm-2左右，保证反转极 化时能出现足够多的电荷；（2）电滞回线矩形性好且 矫顽场较低，保证不发生误写误读，且工作电压低到与 半导体集成电路相容；（3）开关速度快，要在纳秒级 别；（4）疲劳特性好，在1015次极化反转后仍无明显的 疲劳；（5）加工工艺性和稳定性要好，易于集成到 CMOS工艺中去；（6）不容易退极化，数据保持能力 和持久能力要好。
4.3.2 铁电材料 有重要实用价值的铁电材料主要有以下几种类型，钙
钛矿型、铌酸锂型、钨青铜型、铋层状型、氢键型以及含 甘氨酸的铁电体。 （1）钙钛矿结构铁电陶瓷
钙钛矿结构的钛酸钡晶体结构
钙钛矿结构是由钛酸钙（CaTiO3）得名的，其通式为 ABO3，有A2+B4+O3和A1+B5+O3两种。BO6形成氧八面体， O在顶角，B在八面体的中心，B离子偏离氧八面体中心 相对位移产生自发极化，每个O都是两个氧八面体的顶角， 因此，钙钛矿结构可以看成是许多氧八面体BO6共点连接 而成，八面体之间配位数为12的位置则由A离子占据。理 想钙钛矿结构中离子半径之间存在如关系：
去除电压 源极
金属电极 删极
铁电层 漏极
对某个单元施加正或负电压，当电压达到矫顽电压时， 极化即被反转，完成写入操作，当移去电场后，电极化状态 仍然保持，因此可以检测极化电荷对数据进行读取。由于铁 电薄膜畴的翻转需要电压不高，所以不需要高压来写入擦出 数据，而且写入速度快不会导致擦写延迟，在掉电后也能够 保留数据，所以也是一种兼具动态随机存储器RAM和静态存 储器ROM性能的非易失存储器。铁电存储器具有功耗小、读 写速度快、抗辐照能力强的优点，在需要快速存储和低功耗 的仪表、汽车电子系统、通讯、消费电子产品、计算机、医 疗设备以及在军用宇航需要抗辐照性能的场合有很多应用。
VO2材料研究进展
VO2材料最新研究进展摘要：VO2是一种具有特殊相变性能的功能材料。
随着温度的变化，该晶型会发生半导体态与金属态的可逆变化，同时，电阻和红外透射率等物理性质也发生突变，其相变点在68"C附近。
这些优异的特性使得VO2材料在新型热敏器件、光敏器件、光电开关和红外探测等领域都有着广阔的应用前景。
关键字：VO2 相变特性热敏电阻辐射探测Abstract：VO2 is a kind of functional phase changing material．With the change in temperature, its structure will appear the irreversible semiconductor-metal state transition, at the same time，the mutations of resistance，infrared transmission, and other physical natures will occur, the phase transition point is in the vicinity of 68℃．Moreover, it is discovered that VO2 phase transition can also be induced by changing applied electric field. The excellent transition feature brings series of valuable applications to VO2 in new thermal and photosensitive devices, photoelectric switches and infrared detector areas.Key words: VO2phase changing the mutations of resistance infrared detector1. 引言1958年，科学家F．J．MorinⅢ在贝尔实验室发现钒和钛的氧化物具有一种特殊的现象：随着温度的降低，在一定的温区内材料会发生从金属性质到非金属性质的突然转变，同时还伴随着晶体向对称程度较低的结构转化。
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武汉轻工大学毕业设计（论文）设计(论文)题目：基于铁电向列液晶的全光开关研究姓名黄婧学号 101204402院（系）电气与电子工程学院专业电子信息科学与技术指导教师李鸣2014年6 月3 日目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1光开关的发展背景与现状 (1)1.1.1光开关的发展背景 (1)1.1.2 光开关技术的发展现状 (2)1.2 本文研究的目的和工作 (4)第二章光开关原理及分类 (6)2.1 光开关原理 (6)2.1.1 液晶盒原理 (6)2.1.2 偏振分光型液晶光开关原理 (7)2.2光开关的技术参数 (8)2.3 光开关的分类 (10)2.3.1按光参量与工作域分 (10)2.3.2按工作特性分 (10)2.3.3按控制方法分 (11)2.4 本章小结 (12)第三章铁电向列相液晶 (13)3.1 液晶的物理性质 (13)3.2 液晶的光学性质 (15)3.3 掺杂铁电粒子的向列液晶 (18)3.4 本章小结 (19)第四章铁电液晶全光开关研究 (20)4.1 双折射型全光开关结构 (20)4.2 铁电向列液晶的特性分析 (22)4.2.1 铁电向列液晶盒的制备 (22)4.2.2 实验 (22)4.2.3 结果与讨论 (23)4.2.4 总结 (25)4.3 本章小结 (26)结束语 (27)谢辞 (28)参考文献 (29)摘要光开关是对光信号进行开关转换的器件。
伴随着光通信产业的迅猛发展，作为其中核心器件之一的光开关也得到了广泛的应用。
向列相液晶是一种重要的非线性光学材料，在液晶中掺入少量的杂质可以有效提高它的电光特性。
本文基于全光开关的发展前景，以及这种纳米颗粒-液晶复合体系做出如下研究。
本论文采用将少量铁电纳米粒子掺杂到5CB向列液晶中的方法，制成一种纳米颗粒-液晶复合体系的液晶盒，将此种液晶盒与纯5CB液晶盒一起在外电场作用下进行电光特性分析。
可以得到如下结论：铁电纳米粒子悬浮在向列相液晶母体中，可以改善液晶材料的特性,提高液晶的光电性能，增强介电各向异性，而且对施加光信号敏感。
基于这种复合体系液晶的特性，本文将此种液晶盒运用于双折射型全光开关中，在液晶盒上预加一定电压，使得液晶的双折射更易实现，达到改善全光开关性能的目的。
关键词：光开关；液晶；铁电液晶；向列液晶IAbstractOptical switch is a device switching on the light signal. With the rapid development of optical communication industry, as a light switch which is one of the core devices are also used widely. Nematic liquid crystal is an important kind of nonlinear optical materials, in the liquid crystal doped with small amounts of impurities can effectively improve the electro-optical properties of it. In this paper, the development prospects of all optical switch based on the nano - crystal composite system to make the following research.This paper will be doped a small amount of ferroelectric nanoparticles in 5CB nematic liquid crystal, made liquid crystal box of a nano - crystal composite system, this liquid crystal box and the liquid crystal box with pure 5CB will under an external electric field of electro-optic characteristic analysis. We can draw the following conclusions: ferroelectric nanoparticles suspended in nematic liquid crystal matrix, can improve the characteristics of liquid crystal materials, improving the photoelectric properties of liquid crystals, enhanced dielectric anisotropy, and sensitive to the electric signal is applied.Properties of this composite system based on liquid crystal, this liquid crystal box used in birefringent optical switch, pre voltage in the liquid crystal box, the birefringence of LC is more easily achieved, to improve the performance of the optical switch..KeyWords: Optical Switch; Liquid Crystal; Ferroelectric Liquid Crystal; Nematic Liquid CrystalII1第一章 绪论光开关是对光信号进行开关转换的光学器件。
一般的光学器件改变的是光波参量，例如，光放大器改变的是光强度；光参量放大器改变的是光频率。
对光信号而言，光开关必须是对其参量的改变是可逆的或是可恢复的，因光放大器等光学器件对光信号参量的改变都不符合光开关的要求，所以这些光学器件都不是光开关，除此之外，光开关还应该做到能使光信号参量发生快速转换。
所以对于光开关，我们可以将其定义为能使光信号参量发生可逆的、快速转换的器件。
1.1 光开关的发展背景与现状1.1.1 光开关的发展背景图1.1为光子学发展路线图。
回顾光学的发展历史：18世纪，从物理学中发展形成了传统光学。
1960年激光器发明后，光学发展进入了现代光学时代。
和传统光学相比，现代光学主要研究光子行为。
集成光学自20世纪70年代诞生后，光纤通信技术迅速发展起来。
现代光通信所用的光子器件其尺寸一般为微米级，这表明光子学进入了微米光子学阶段，“以电控光”器件是这个阶段的主要光子器件，如电致发光的激光器(LD)、电控光开关等。
纳米光子学是光子学的前沿研究方向，其研究内容包括近场光学、纳米光子材料、纳米光子器件、纳米加工技术。
纳米光子学重点研究“以光控光”器件，其中的关键器件是全关开关，它是实现全光通信、全光电脑和全光传感系统的基础[1]。
相较于电子学，光子学因没有“以光控光”的器件，使其应用受到很大限制，无法实现全光通信、全光电脑和全光传感等。
因此，21世纪光学物理的一项重要任务就是研究出全光开关，把光子学推向以光控光的高级阶段。
由光子学的发展可见，光子技术的发展趋势主要有以下两个方面： （1）光子技术将从“以电控光”向“以光控光”的方向发展。
（2）21世纪的光子技术与电子技术将实现真正的融合。
物理学传统光学 现代光学（光子学）微米光子学 （光电子学） 纳米光子学 18世纪~ 1960年激光器激光物理学非线性光学信息光学量子光学 1970年光纤、LD 、集成光路 近场光学 纳米光子材料 纳米光子器件 纳米加工技术 21世纪~221世纪，信息技术进入光子信息技术阶段。
在电子学方面，怎样提高计算机的速度已经遇到瓶颈，而发展光电脑就成为一条可能的出路。
然而光电脑可能是由快速全光开关以及芯片内外的光互联构成，因此，光开关的研究是发展光电脑的关键。
在通信方面，为了满足人们日益增长的通信容量需求，光纤通讯正逐渐取代电子有线通讯，目前，光纤通讯在信号传输方面已经实现全光化。
图1.2是由全光开关列阵构成波分复用光通信系统的光交换器。
图1.2可见，光开关阵列可以构成光分插复用器(OADM)光交换器件和光交叉连接设备(OXC)，因此，光开关是全光交换的基础。
光开关在信息光子技术中的应用还有很多，总的来说，全光开关是光子技术领域的关键技术，是实现以光控光的基本手段。
1.1.2 光开关技术的发展现状光开关作为光通信等光信息系统的关键器件之一，能够实现在时间、波长、空间上光束的切换[2]。
自光开关被研制成功后，人们对其的研究历史已有二三十年之久。
在这二三十年中，人们不断对各种光学器件工作原理、材料以及加工工艺进行研究，创新和改进，使得光开关的发展趋势呈现出多元化的发展。
图1.2 由全光开关列阵构成的用于波分复用光通信系统的光交换器 (a)由12个2×2光开关构成的8×8光学交叉连接器(b)由多个2×2光开关组成的分插复用器(b) 下路 … 解复用 复用 输入 输出 … … N 上路 解复用复用输入 输出 (a) 光开关1、机械式光开关虽然机械式光开关开关时间量级大，体积大，但由于其损耗小、易于实现锁定的特点，现在仍被广泛应用。
目前应用最为广泛的是传统式的1×2和2×2机械光开关。
近几年来，由于光开关器件的发展偏向于小型化，微光机电系统光开关和毛细管效应光开关成为机械式光开关研究的重点。
2、波导型光开关波导型光开关根据物理效应和所用材料的不同，可分为热光开关、电光开关和声光开关等。
热光开关和电光开关是近年来研究较多的两类波导型光开关，对于这两类波导型光开关，在结构方面它们可以是相同的，但在工作原理方面却是完全不同的。
例如热光开关，其折射率的调制利用的是波导材料的热光效应。
因为每种材料都有不同的热光系数和导热系数，所以对于使用不同材料制作的光开关，其开关时间也不同。
在SiO2热光开关阵列的研究中，网状结构的8×8马赫-曾德尔(M-Z)型热光开关阵列模块已经被使用在商业中，例如NTT公司将传统的单M-Z开关单元用双M-Z串联的开关单元代替，仅使用16级双M-Z开关单元便可构成无阻塞的16×16开关矩阵，这样做不仅可以有效地减小波导长度，还可以降低开关损耗[3]。