CN103325415A

CN103325415A - 基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器及存储方法

Info

Publication number: CN103325415A
Application number: CN2013102340573A
Authority: CN
Inventors: 项颖; 徐鸣亚; 刘忆琨
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN103325415B

Abstract

本发明公开了一种基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器。其包括液晶层（1），液晶层（1）的上表面从下到上依次设有上PI取向层（2）、上ITO电极（3）、上玻璃基板（4），液晶层（1）的下表面从上到上依次设有下PI取向层（5）、下ITO电极（6）下玻璃基板（7），所述液晶层（1）的液晶为纳米棒状ZnO颗粒掺杂的胆甾相液晶，所述纳米棒状ZnO颗粒的直径为5-10nm，长度为30-50nm，掺杂浓度为重量百分比0.1%。本发明则对记录介质进行了改进，使用半导体杂质对胆甾相液晶进行掺杂来实现光折变功能，能够对光信号灵敏地响应并记录，并利用胆甾相液晶的双稳态畴来存储光信息。本发明还公开了一种采用如上所述的光存储器进行光信号存储的方法。

Description

基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器及存储方法

技术领域

本发明属于光电信息处理的技术领域，涉及到一种能对光学信号进行存储的、基于半导体材料掺杂的胆甾相液晶的光存储器。

背景技术

当今是信息时代，需要对海量的数据进行存储。目前的存储方式主要有磁存储和光存储两种。磁存储是传统的存储方式，存储的密度小而且只能方便对电子信号进行记录。由于目前的现状是信息量非常庞大，并且信息的载体由传统的电子变成光子，越来越多的场合（比如光信号的传播、运算和存储）要求能直接对光信号处理，因此光存储作为一种新兴的存储技术越来越得到关注。光存储器件的原理主要是通过全息记录的方式，利用两束写入光（一束是携带信息的信号光，一束是参考光）在存储介质上产生干涉并记录干涉图样，在需要信息的时候通过光学系统（比如读出光的衍射）直接提取出来，因此存储介质材料的好坏直接影响光存储器的性能。

目前光存储介质主要是无机的铁电晶体和有机聚合物，其往往需要数千伏的高电压，并且记录的质量不高、稳定性差、制备困难（无法形成大面积均匀的介质），限制了该领域的发展。与此同时，基于液晶材料的存储介质则令人格外关注，因为液晶具有自组装性、较大的光学各向异性、以及能在外电场和光场下重新取向等独特优点，因此被广泛应用于显示器、存储器、空间光信号调制器、可调光栅、光开关和非线性光学器件等方面。

液晶存储器主要包括两类，基于掺杂的向列相液晶光存储器和基于纯的胆甾相液晶电存储器，两者都有各自的特色和不足。对于前者，主要是利用光折变效应来实现光信息的响应和存储。在掺杂的向列相液晶体系中，杂质在光照下生成光生载流子，在外加直流电场和浓度分布场下发生漂移和扩散，最后形成内建电场，将光信号记录下来。由于光折变是一个积累效应，因此掺杂液晶具有很高的灵敏度，能够响应非常弱的信号光。但是光折变的存储功能是依靠内建电场的，随着内建电场的逐步衰减，存储的质量逐渐变差甚至消失，并且在存储过程中一直需要外加电场。对于后者，主要是依靠胆甾相液晶在电场作用下的畴变换（场致相变）来实现对电信号的存储。胆甾相液晶在没有电场作用时处于平面织构状态，当施加比较强的电场时则转换到焦锥织构，这两种织构状态能够很好地保持，不需要外加电场，因此是双稳态，能够实现非常长时间的存储功能，并且具有很高的存储质量。如果要删除存储信息，只需要再加一个很强的电脉冲，胆甾相液晶就能从焦锥织构相变到向列相液晶再回复到平面织构的状态。虽然胆甾相存储器具有很好的存储效果，但是由于不具备光折变效应，因此只能够对电信号进行存储，无法对光信号进行存储。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，其能够实现对微弱的光信号进行高质量的存储。本发明还提供了一种存储方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，包括液晶层，液晶层的上表面从下到上依次设有上PI取向层、上ITO电极、上玻璃基板，液晶层的下表面从上到上依次设有下PI取向层、下ITO电极下玻璃基板，所述液晶层的液晶为纳米棒状ZnO颗粒掺杂的胆甾相液晶，所述纳米棒状ZnO颗粒的直径为5-10nm，长度为30-50nm，掺杂浓度为重量百分比0.08%-0.15%。

其中，所述上PI取向层和下PI取向层均经过摩擦处理，摩擦方向反向平行。

其中，所述胆甾相液晶的螺距为0.3μm -0.8μm。

其中，所述液晶层的厚度为5μm -15μm。

一种采用如上所述的光存储器进行光信号存储的方法，利用光折变效应将微弱的光信号写入到胆甾相液晶层中，使之形成与信号对应的周期结构，利用胆甾相液晶的双稳态畴实现光信号的存储和删除。

本发明则对记录介质进行了改进，使用半导体杂质对胆甾相液晶进行掺杂来实现光折变功能，能够对光信号灵敏地响应并记录，并利用胆甾相液晶的双稳态畴来存储光信息。本发明功耗低，在存储阶段能够长久保持存储的质量，比如读出光的衍射效率可以保持数月依然不变。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图１是基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器的结构示意图。

图２采用基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器进行光信息的记录、存储、删除的全过程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的核心在于提供一种基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，其集成传统的两种液晶存储器的优点，并巧妙地利用其互补性解决了两者的不足，能够实现对微弱的光信号进行高质量的存储。本发明能直接实现光学输入到光学输出的存储，是全光信息系统的一个重要组成部分。和以往的液晶存储器相比，具有不同的工作机理和优良的存储效果，具有很好的应用前景。

如图1所示，本发明所述的基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，其结构和传统的液晶显示器很类似，都是将液晶层夹在上下两层沿面排列的PI取向层中间，外面再加上ITO电极和玻璃基板。具体的，光存储器包括液晶层1，所述液晶层1的厚度为9μm。液晶层1的上表面从下到上依次设有上PI取向层2、上ITO电极3、上玻璃基板4，液晶层1的下表面从上到上依次设有下PI取向层5、下ITO电极6下玻璃基板7。所述上PI取向层2和下PI取向层5均经过摩擦处理，摩擦方向反向平行。所述液晶层1的液晶为纳米棒状ZnO颗粒掺杂的胆甾相液晶，所述胆甾相液晶的螺距为0.5μm，ZnO颗粒的直径的选取范围为5-10nm，长度选取范围为30-50nm。具体的，所述纳米棒状ZnO颗粒的直径为8nm，长度为40nm，掺杂浓度为重量百分比0.1%。

上述光存储器的性能如下：

1.记录电压（记录光信号）：直流电压30-50V；

2.存储电压（存储光信号）：无；

3.删除电压脉冲（删除光信号）：直流电压>70V，脉冲宽度>200mS；

4.光信号强度：5-15mW/mm²；

5.读出光的衍射效率：10-20%；

6.光信号记录时间：< 2S；

7.存储删除时间：< 3S。

本发明工作时，在胆甾相液晶光存储器的ITO电极上施加直流电压，使用两束相干的写入光（比如532nm，光强可低至5mW/mm2，对应的光强光栅周期9-20um左右）来照射器件，通过一束微弱的读出光（比如633nm）的衍射效果来展示对光学信号的存储。

本发明的工作原理如下：

全息光路保证了光折变效应的产生，而此效应正是本发明中光信号记录的机理。由于光折变效应诱导的液晶层内的内建电场与代表光信号的光强光栅是对应的，因此内建电场的形貌就记录着光信号的特征。在此必须指出，由于内建电场的出现，同时也会导致胆甾相液晶的场致相变，出现双稳态的切换，将光信号的特征通过畴的形式长久存储起来。如果要清除信息的存储，只需要外加一个高电压脉冲，将胆甾相液晶的双稳态畴翻转，从而恢复初始态。最后，信息的存储与否、存储质量的好坏由读出光的衍射效应来判断。衍射效率高，且不随时间变化表明存储器有很高的存储质量，衍射效应消失表明信息被删除。

如图2所示，采用基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器进行光信息的记录、存储、删除的过程如下：

1、初始状态：在没有写入光的照射下，无论器件是否施加电压，都不会出现读出光的衍射。很显然，器件本身没有周期结构，液晶分子的分布是均匀的；

2、记录状态：器件施加记录电压，在写入光的作用下，读出光出现衍射效应。

3、存储状态：取消写入光和外加直流电压，读出光的衍射效应依旧存在，并且衍射效率很高，形成写入光信号的存储；

4、删除过程：在存储状态下施加删除电压脉冲，则读出光的衍射效应消失，存储的光信息被删除，器件恢复到初始状态。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，包括液晶层（1），液晶层（1）的上表面从下到上依次设有上PI取向层（2）、上ITO电极（3）、上玻璃基板（4），液晶层（1）的下表面从上到上依次设有下PI取向层（5）、下ITO电极（6）下玻璃基板（7），其特征在于：所述液晶层（1）的液晶为纳米棒状ZnO颗粒掺杂的胆甾相液晶，所述纳米棒状ZnO颗粒的直径为5-10nm，长度为30-50nm，掺杂浓度为重量百分比0.08%-0.15%。

2.根据权利要求1所述的基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，其特征在于：所述上PI取向层（2）和下PI取向层（5）均经过摩擦处理，摩擦方向反向平行。

3.根据权利要求1或2所述的基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，其特征在于：所述胆甾相液晶的螺距为0.3μm -0.8 μm。

4.根据权利要求1所述的基于半导体杂质掺杂的胆甾相液晶的光存储器，其特征在于：所述液晶层（1）的厚度5μm-15μm。

5.一种采用如权利要求1至4中任一项所述的光存储器进行光信号存储的方法，其特征在于：利用光折变效应将微弱的光信号写入到胆甾相液晶层中，使之形成与信号对应的周期结构，利用胆甾相液晶的双稳态畴实现光信号的存储和删除。