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研究生:杜哲全
研究生(外文):Che-Chuan Tu
論文名稱:偶氮染料液晶樣品的光致全像光柵研究
論文名稱(外文):The Study of Laser-Induced Holographic Grating Relaxation in Azo Dye-Doped Liquid Crystal Samples
指導教授:郭啟東
指導教授(外文):Chie-Tong Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:物理學系研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:擴散全像光柵偶氮染料分子向列相液晶
外文關鍵詞:diffusionholographic gratingnematic liquid crystalazo dye
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本論文採用脈衝雷射誘發全像光柵技術,藉由改變樣品的環境溫度、入射光之夾角,來研究偶氮染料-液晶樣品及偶氮薄膜-液晶樣品之動態全像光柵的形成機制。我們在不同的時間範圍觀察改變溫度與角度實驗,發現光柵繞射現象可能是受激偶氮染料分子的濃度梯度和擴散的結果,對此本論文提出樣品一階繞射現象之解釋,並以雙分子擴散理論做結果分析,藉而歸納出溫度與角度對實驗之影響。
In this study, a high power Q-switch pulse laser has been used as the writing beams. The laser-induced holographic gratings in the DR1-doped liquid crystal samples and the DR1-PMMA polymer thin films were investigated by changing the temperature of samples and the angles of two writing beams. The He-Ne cw laser has been used as a real-time probe beam to detect the first order diffraction signals. Without external field, the gratings are the results of concentrations and diffusions of azo dye isomers. The diffusion model has been utilized to analyze the first order diffraction signals in order to understand the mechanics of gratings and the effect of temperature and angle.
偶氮染料液晶樣品的光致全像光柵研究
章節索引:
中英文摘要 1
第一章 簡介
1-1 前言 2
1-2 液晶簡介 3
1-3 液晶物理 10
1-4 Dye-Doped Liquid Crystals(DDLC)薄膜簡介 17
第二章 相關理論
2-1 全像術與全像光柵 21
2-2 全像光柵的分類和特性 25
2-3 全像光柵機制 30
2-4 DDLC中的非線性效應和光柵探討 31
2-5 全像光柵鬆弛現象與擴散效應 40
第三章 實驗方法與過程
3-1 樣品的製備 45
3-2 實驗樣品的製作 47
3-3 實驗裝置 50
3-4 實驗步驟與過程 52
第四章 實驗結果與討論
4-1 DR1-PMMA與k15樣品的一階繞射訊號 54
4-2 DDLC樣品一階繞射訊號與溫度、角度之關係 60
第五章 總結與未來展望
5-1 總結 92
5-2 未來展望 93
附錄 94
參考文獻 97
圖表索引:
圖(1-2.1):液晶物質之相轉變 3
圖(1-2.2):向列相(nematics)液晶分子的排列情形 5
圖(1-2.3):cholesterics相液晶分子的排列 5
圖(1-2.4):近晶A相液晶分子的排列 6
圖(1-2.5):近晶C相液晶的分子排列 7
圖(1-2.6):鐵電性液晶SMC*分子的排列方式 8
圖(1-2.7):(a)圓盤狀圓柱相液晶分子的排列
(b)圓盤狀向列相液晶分子的排列 9
圖(1-2.8):聚合物液晶相可分為(a)主鏈型 (b)側鏈型介晶集團 9
圖(1-3.1):正單光軸晶體的折射率橢圓球 11
圖(1-3.2):nematic液晶的三種可能形變 12
圖(1-3.3):在外加電場E下,液晶導軸的體積分佈示意圖 14
圖(1-3.4):向列相液晶分子排列方式示意圖(a)水平配向
(b)垂直配向 15
圖(1-3.5):k15液晶在三種波長下的折射率對溫度關係圖 16
圖(1-3.6):order parameter S與溫度關係圖 16
圖(1-3.7):k15液晶在632.8nm光照射下之 對溫度關係圖 17
圖(1-4.1):化學樣品系統示意圖 18
圖(1-4.2):添加p型染料分子的向列相液晶薄膜在(a)無外加電場 (b)有外加電場(V>Vth)時的透光情形,(c)為上述兩情形之吸光度與波長關係圖 20
圖(2-1.1):以干涉條紋來記錄物光波前 21
圖(2-1.2):全像波前的重建 23
圖(2-1.3):兩道相干性平面波相互干涉形成光柵之情形 24
圖(2-2.1):(a)振幅光柵 (b)相位光柵 26
圖(2-2.2):透射與反射體積光柵 26
圖(2-2.3):體積光柵繞射原理 28
圖(2-2.4):薄膜光柵繞射原理 28
圖(2-2.5):Bragg繞射成立條件是入射光與多層的光柵條紋起干涉作用 29
圖(2-2.6):Raman-Nath繞射情形 30
圖(2-3.1):光場引發物質特性改變的幾種過程 31
圖(2-4.1):同素異構化的能階躍遷示意圖 32
圖(2-4.2):DR1分子順式與反式之結構 33
圖(2-4.3):染料分子的光激發誘導力矩之Janossy model示意圖35
圖(2-4.4):液晶分子往光行進方向旋轉示意圖 36
圖(2-4.5):液晶分子受偶氮染料分子的吸附錨定力矩而旋轉 37
圖(2-4.6):光折變效應 39
圖(2-5.1):雷射誘發空間折射率光柵與振幅光柵 41
圖(2-5.2):A、B同號時,訊號強度與時間之關係圖 43
圖(2-5.3):A、B異號時,訊號強度與時間之關係圖 44
圖(3-1.1):k15液晶的吸收光譜圖 46
圖(3-1.2):k15液晶分子的結構式 46
圖(3-1.3):DR1分子的吸收光譜 47
圖(3-2.1):染料-液晶樣品cell的製造與封裝過程 49
圖(3-3.1):全像光柵實驗裝置圖 51
圖(4-1.1):黑線為密封的25μm空cell之結果,紅線為單片ITO玻璃(0.7mm)之結果,綠線為單片載玻片(1mm)之結果,藍線為DR1均勻混於水中製成的25μm樣品之結果,紫線為25μm空cell之結果 55
圖(4-1.2):探討DR1是否和k15作用之特製樣品 56
圖(4-1.3):2%DR1-PMMA薄膜的一階繞射訊號圖 57
圖(4-1.4):探討DR1與k15作用之特製薄膜樣品的一階繞射訊號圖
58
圖(4-1.5):2%DR1-PMMA薄膜-液晶樣品受光後在偏光顯微鏡下之結果 59
圖(4-2.1):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=2°,power為270mW,一階繞射效率之完整動態曲線圖 64
圖(4-2.2):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=3°,power為270mW,一階繞射效率之完整動態曲線圖 65
圖(4-2.3):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=4°,power為270mW,一階繞射效率之完整動態曲線圖 66
圖(4-2.4):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=5°,power為270mW,一階繞射效率之完整動態曲線圖 67
圖(4-2.5):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=6°,power為270mW,一階繞射效率之完整動態曲線圖 68
圖(4-2.6):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=2°,power為270mW,一階繞射效率極短時間之動態關係圖 69
圖(4-2.7):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=3°,power為270mW,一階繞射效率極短時間之動態關係圖 70
圖(4-2.8):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=4°,power為270mW,一階繞射效率極短時間之動態關係圖 71
圖(4-2.9):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=5°,power為270mW,一階繞射效率極短時間之動態關係圖 72
圖(4-2.10):1%DR1+K15的DDLC樣品,cell厚度25μm,兩寫入光夾角θ=6°,power為270mW,一階繞射效率極短時間之動態關係圖 73
圖(4-2.11):peak1、peak2、peak3指示圖 74
圖(4-2.12):32℃以下與32℃以上一階繞射訊號比較圖 75
圖(4-2.13):peak1的繞射效率與溫度、角度之關係圖 76
圖(4-2.14):peak2的繞射效率與溫度、角度之關係圖 77
圖(4-2.15):peak3的繞射效率與溫度、角度之關係圖 78
圖(4-2.16):peak1達最大強度之時間與溫度、角度之關係圖 79
圖(4-2.17):peak2達最大強度之時間與溫度、角度之關係圖 80
圖(4-2.18):peak3達最大強度之時間與溫度、角度之關係圖 81
圖(4-2.19):以雙分子擴散理論擬合所得結果(一) 82
圖(4-2.20):以雙分子擴散理論擬合所得結果(二) 83
圖(4-2.21):peak1繞射效率與光柵間距之關係圖 84
圖(4-2.22):peak2繞射效率與光柵間距之關係圖 85
圖(4-2.23):peak3繞射效率與光柵間距之關係圖 86
圖(4-2.24):32℃以下之一階繞射訊號總比較 87
圖(4-2.25):32℃以上之一階繞射訊號總比較 88
附錄圖(一):DDLC樣品在32℃時之一階訊號繞射強度與時間關係圖
94
附錄圖(二):32℃之peak2以雙分子擴散理論擬合圖 95
附錄圖(三):peak2之tmax實驗值與理論值之比較圖 95
附錄圖(四):peak2隨溫度變化關係圖 96
表(4-2.1):以雙分子擴散理論擬合液晶k15在isotropic溫度之結果 63
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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