Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Основные характеристики нелинейности НЖ вблизи полосы собственного поглощения 16
I. Динамические голографические решетки на СПМ 18
2. Методика эксперимента 24
3. Экспериментальные результаты исследования основных характеристик нелинейности МББА вблизи полосы поглощения 27
4. Исследование зависимости времени жизни фотопревращенных молекул от толщины кюветы 38
5. Определение тензора нелинейной кубической восприимчивости МББА для СПМ-нелинейности 42
б. СПМ-нелинейность в нематических смесях 58
7. Сравнение характеристик СПМ-нелинейности с характеристиками других видов нелинейности в НЖ 60
Глава 2. Светоиндуцированные примеси в нематических жидких кристаллах и их проявление в оптической нелинейности 65
I. Основные свойства кристаллов в СПМ 66
2. Проявление СПМ в оптической нелинейности . 74
3. Экспериментальные результаты 82
4. Анализ возможных механизмов фотопревращений МББА . 95
Глава 3. Возможное практическое применение СПМ- нелинейности 107
1. Запись динамических голограмм и обращение волнового фронта в МББА 109
2. Безаберрационные линзы в НЗКК при использовании СПМ-нелинейности 122
Заключение 131
Приложение 135
Литература 138
- Динамические голографические решетки на СПМ
- Основные свойства кристаллов в СПМ
- Запись динамических голограмм и обращение волнового фронта в МББА
class1 Основные характеристики нелинейности нематических жидких кристаллов
вблизи полосы собственного поглощения class1
Динамические голографические решетки на СПМ
Первая обычно связана с временами жизни центров, ответственных за локальное изменение показателя преломления (релаксация свободных электронов в полупроводниках /59-60/, возбужденной примеси в щелочно-галоидных кристаллах /61/ и т.д.). Вторая определяется диффузионными процессами (теплопроводности /62, 63/, самодиффузии /59-60/ и т.д.), которые приводят к уменьшению модуляции показателя преломления и, следовательно, дифракционной эффективности решетки при неизменном среднем значении АУ) . Понятно, что время релаксации второго типа зависит от периода решетки и поэтому исследование частотно-контрастной характеристики позволяет изучать механизмы нелокальности нелинейности диффузионного типа.
Следует заметить также, что в случае записи "тонких" голограмм /2/, регистрация самодифракции производится на нулевом фоне, что обуславливает исключительную чувствительность методики. При дифракционной эффективности = /Х0= 1% уверенно могут быть зарегистрированы изменения показателя преломления в 4-м знаке после запятой.
Проведем расчеты интенсивностных, спектральных, частотно-контрастных и временно-контрастных характеристик голограмм, механизмом записи которых является, светоиндуцированное возбуждение примесей в HIK.
Основные свойства кристаллов в СПМ
Проведем расчет основных характеристик примесных НЖ и свяжем их с изменением, показателя преломления нематика при появлении в нем СПМ. Для этого, нам необходимо определить значение параметра порядка 3 примесного кристалла и его температуру фазового перехода Тс, связав их с энергией взаимодействия отдельных молекул нематика и СПМ. Анализ довольно обширной библиографии, касающейся связи свойств примеси с параметрами НЖ /38-46/ показал, что к настоящему времени основные свойства примесных жидких кристаллов установлены. К ним. относятся: слабая зависимость S (Т/Тс) от вида примеси /38-41/, появление двухфазной области (чистый Ж и Ж с примесями) вблизи температуры Тс /43-44/ и рост сдвига Тс с концентрацией примеси /42, 45, 46, 48/. Показано также, что в зависимости от соотношения между силами взаимодействия пар "собственная молекула - собственная молекула" и "собственная молекула - примесь" знак сдвига температуры фазового перехода может быть различным /45, 46, 79/.
Однако проделанные теоретические исследования носят либо феноменологический характер /40, 43/, либо в них использованы упрощенные физические модели. Так, в цикле работ /39, 41, 44/, где была развита теория примесных нематиков HJ L, (по заглавным буквам фамилий авторов), предполагалось, что- примесный НЖ характеризуется двумя; невзаимодействующими параметрами порядка «$, и р , соответствующими собственным и примесным молекулам. В действительности же примесный НЖ обладает единственным параметром порядка , существенно, зависящим от координат вблизи примесного) центра А 5/, и такая, модель далека от физической реальности. В других работах /43, 46/ принимаются во: внимание лишь стерические силы отталкивания между молекулами, а дисперсионным взаимодействием пренебрегаетая.
Проведем боле последовательное исследование необходимых для описания СПМ-нелинейности характеристик НЖ. Прежде всего, получим выражение для макроскопического параметра порядка примесно-га НЖ, включающее в себя, как параметры поляризуемости молекул не-матика и его фотопревращенной формы.
Запись динамических голограмм и обращение волнового фронта в МББА
Как уже указывалось во Введении, одной из причин пристального интереса многочисленных исследовательских групп к изучению нелинейно-оптических свойств мезофазы НІК являются гигантские значения параметров нелинейности этих сред. Значения z позволяли надеяться на широкое применение НЖК в системах оптической обработки информации, динамической голографии и коррекции волновых фронтов в схемах 4-волнового взаимодействия при рекордно низкой мощности используемого излучения. Однако для ответа на вопрос о конкурентоспособности нематиков с известными нелинейно-оптическими средами необходимо было провести подробные исследования всех характеристик нелинейности НЖК. К таким характеристикам относится не только чувствительность материала, но и времена записи, хранения и считывания информации, передаточная функция, частотно-контрастная характеристика соотношения сигнал-шум, эффективность записи и др. /бб/. К настоящему времени такие характеристики для ориентацион-ного механизма,в основном,установлены /96/. Результаты показывают, что, несмотря на рекордные значения параметра нелинейности , область прикладных задач, в которых ориентационная нелинейность может быть применена, весьма невелика. Это связано,в основном,со следующими причинами.
Во-первых так как используемые кюветы обычно имеют толщину 100 мкм, а частотно-контрастная характеристика имеет крутой спад при периодах Л Ь (длина когерентности нематика), то запись объемных голографических решеток оказывается практически невозможной. Это обстоятельство ограничивает максимальную эффективность голографических решеток на ориентационном механизме значением я для тонкой решетки 33$ /бб/ и уменьшает эффективность обращения волнового фронта при 4-волновом взаимодействии.
Во-вторых, разрешающая способность материала низкая ( Ам;и 10 мкм) и принципиально ограничивается длиной когерентности нема тика.
В-третьих, так как времена записи и стирания информации определяются временем переориентации директора, то они весьма велики -ін (I - 10) с в зависимости от толщины кюветы и периода решетки.
В-четвертых, запись голограмм и вообще информации возможна только в определенной геометрии эксперимента.
В-пятых, максимальные значения г достигаются при наклонном падении необыкновенно-поляризованной волны /16/. Это приводит,как было показано нами в работе /97/, к появлению значительного светорассеяния без поворота плоскости поляризации, сечение рассеяния которого существенно больше обычного рассеяния с поворотом плоскости поляризации. Расчеты показывают, что значение еедля; традиционных НЖ достигает 250 см , то есть около 50$ интенсивности падающего света в 50-микронной кювете рассеивается /98/. При этом, так как te j)3 , рассеяние приводит к ухудшению соотношения сигнал-шум на низких пространственных частотах, где эффективность записи информации максимальна - эффективность рассеяния, соответствующая периоду решетки А = 50 мкм, может достигать единиц процентов, то есть быть сравнимой с эффективностью голографической решетки.
