PL223885B1 - Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K<sub>22</sub> i K<sub>33</sub> w nematycznych ciekłych kryształach - Google Patents
Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K<sub>22</sub> i K<sub>33</sub> w nematycznych ciekłych kryształachInfo
- Publication number
- PL223885B1 PL223885B1 PL407356A PL40735614A PL223885B1 PL 223885 B1 PL223885 B1 PL 223885B1 PL 407356 A PL407356 A PL 407356A PL 40735614 A PL40735614 A PL 40735614A PL 223885 B1 PL223885 B1 PL 223885B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- liquid crystal
- lens
- sub
- electro
- nematic liquid
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 29
- 239000004988 Nematic liquid crystal Substances 0.000 title claims description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 16
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 26
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 claims description 16
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 10
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- STLICVZWECVJDT-UHFFFAOYSA-N 1-(4-hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene Chemical compound C1CC(CCCCCC)CCC1C1=CC=C(N=C=S)C=C1 STLICVZWECVJDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 101150034533 ATIC gene Proteins 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K22 i K33 w nematycznych ciekłych kryształach z wykorzystaniem układu skanowania podłużnego.
Nematyczne ciekłe kryształy są materiałami anizotropowymi złożonymi z wydłużonych molekuł. Wielkościami charakterystycznymi dla poszczególnych nematycznych ciekłych kryształów jest wartość siły koniecznej do zmiany kierunku ułożenia anizotropowych molekuł. Zmiana kierunku uporządkowania prowadzi do deformacji w warstwie nematycznego ciekłego kryształu co znane jest z publikacji I. Ch. Khoo, S. T. Wu, Optics and Nonlinear Optics of Liquid Crystals, World Scientific Publ., Singapore 1993 oraz Kędzierski, Z. Raszewski, J. Rutkowska, T. Opara, J. Zieliński, J. Żmija, R. Dąbrowski, Optical investigation of the vector field of directors in the L. C., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 249, 199 (1994). Dowolne typy deformacji mogą zostać opisane jako superpozycja trzech fundamentalnych deformacji wachlarzowej, skręceniowej i ugięciowej związanymi z parametrami K11, K22 i K33 (stałymi elastyczności). Określenie wartości stałych elastyczności jest ważnym przy konstrukcji wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, ciekłokrystalicznych czujników temperatury oraz ciśnienia i ciekłokrystalicznych przełączników optycznych. W urządzeniach tych stałe elastyczności określają jednoznacznie minimalne napięcie elektryczne, które musi zostać użyte w celu zmiany średniego kierunku uporządkowania anizotropowych molekuł nematycznego ciekłego kryształu co jest podstawą ich działania. Z konstrukcyjnego punktu widzenia precyzyjne określenie wartości stałych elastyczności jest niezwykle istotne, ponieważ pozwala na optymalizację w zakresie parametrów użytych podzespołów do produkcji konkretnego urządzenia.
Dotychczas w celu pomiaru stałych elastyczności najczęściej wykorzystywane było zewnętrzne wolnozmienne pole elektryczne wytworzone pomiędzy elektrodami wbudowanymi w komórkę ciekłokrystaliczną, co znane jest z publikacji T. Toyooka, G. Chen, H. Takezoe, A. Fukuda, „Determination of twist elastic constant in 5CB by four independent light-scattering techniques, Jap. Journ. Of Applied Phys. 26, 1959 (1987), A. Srivastava, S. Singh „Elastic constants of nematic liquid crystals of uniaxial symmetry”, J. Phys.: Condens. Matter 16, 7169 (2004), czy Kędzierski, Z. Raszewski, J. Rutkowska, T. Opara, J. Zieliński, J. Żmija, R. Dąbrowski, Optical investigation of the vector field of directors in the L.C., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 249, 199 (1994).
Metody takie wymagają specjalnej konstrukcji komórek ciekłokrystalicznych, co sprawią, iż są one drogie i wymagają dużej precyzji wykonania. W celu pomiaru stałych elastyczności wszystkie znane metody wykorzystują progowy efekt Fredeericksz'a, który pozwala na wyznaczenie wartości progowego natężenia pola elektrycznego ściśle związanego wartościami K11, K22 i K33. Dokładność tych metod jest silnie uzależniona od znajomości parametru, jakim jest wartość anizotropii elektrycznej badanej mieszaniny. Wadą tych metod jest trudny pomiar wartości stałej elastyczności K22 związanej z deformacją skręceniową. Wymaga ona skomplikowanej konstrukcji komórki ciekłokrystalicznej, ponieważ zewnętrzne pole elektryczne powinno być przyłożone równolegle do powierzchni komórki ciekłokrystalicznej wykonanych ze szkła.
Inną znaną, rzadziej stosowaną metodą jest pomiar całkowicie optyczny przy stałym przewężeniu gaussowskiej monochromatycznej wiązki fali elektromagnetycznej. W tej metodzie do pomiaru stałych elastyczności wykorzystywane jest pole elektryczne będące składową liniowo spolaryzowanej, monochromatycznej fali elektro-magnetycznej o stałym przewężeniu i zmiennej całkowitej mocy optycznej fali elektro-magnetycznej, co zostało opisane w publikacji W. K. Bajdecki, M. A. Karpierz, Nonlinear optical measurements of elastic constants in nematic liquid crystals Acta Phisica Polonica A 95 (1999) oraz L. Calero, W. K. Bajdecki, R. Meucci Reorientation effect induced by a CW CO2 laser in nematic liquid crystal Opt. Comm. 168, 201 (1999)
Badana próbka jest nieruchoma i ustawiona w ognisku soczewki/obiektywu f1. W całkowicie optycznej metodzie pomiaru stałych elastyczności zmiana natężenia pola elektrycznego realizowana jest poprzez zmianę całkowitej mocy optycznej wiązki oświetlającej próbkę. Zmiana mocy oraz polar yzacji realizowana jest poprzez układ płytki fazowej (λ/2) oraz polaryzatora usytuowanymi za źródłem liniowo spolaryzowanej fali elektro-magnetycznej (laserem). Określenie progowej wartości natężenia światła ściśle związanej z progowym natężeniem pola elektrycznego odbywa się poprzez analizę s ygnału zebranego przez detektor w funkcji całkowitej mocy optycznej oświetlającej badaną próbkę. Apertura kołowa umieszczona przed detektorem zapewnia odczyt natężenia światła w centrum wiązki przechodzącej.
PL 223 885 B1
Wzrost sygnału na detektorze związany jest z liniowym zwiększeniem oświetlenia próbki przez monochromatyczną, liniowo spolaryzowaną falę elektro-magnetyczną poniżej wartości progowej. Spadek sygnału oznacza pojawienie się efektów nieliniowych (nieliniowej samodyfrakcji). Wartość progowa mocy jednoznacznie określa progową wartość natężenia pola elektrycznego wywołującego zmianę orientacji anizotropowych molekuł nematycznego ciekłego kryształu. Wadą tej metody jest jej niedostateczna dokładność. Wynika ona z konieczności bardzo precyzyjnego ustawienia próbki w ognisku soczewki lub obiektywu skupiającego monochromatyczną, liniowo spolaryzowaną wiązkę fali elektro-magnetycznej. Parametrami niezbędnymi do dokonania poprawnego pomiaru progowego natężenia pola elektrycznego są współczynniki załamania światła, zwyczajny i nadzwyczajny badanego nematycznego ciekłego kryształu dla wykorzystanej długości fali elektromagnetycznej, grubość warstwy ciekłokrystalicznej oraz wartość przewężenia wiązki gaussowskiej oświetlającej próbkę. O dchylenie standardowe względnej niepewności dla całkowicie optycznej metody przy stałym przewężeniu gaussowskiej monochromatycznej wiązki fali elektro-magnetycznej wynosi od 3% do 5%, przy założeniu iż wszystkie parametry wiązki oświetlającej, nematycznego ciekłego kryształu oraz komórki ciekłokrystalicznej są znane nieskończenie dokładnie. Jest to niepewność związana jedynie z serią pomiarów progowej mocy wiązki fali elektromagnetycznej (powtarzalności metody).
Sposób według wynalazku polega na tym, że w znanym układzie składającym się ze źródła monochromatycznej fali elektro-magnetycznej, płytki fazowej (λ/2), polaryzatora, pierwszej soczewki skupiającej o ogniskowej f1, drugiej soczewki skupiającej o ogniskowej f2, apertury kołowej i detektora umieszcza się badaną komórkę ciekłokrystaliczną wypełnioną nematycznym ciekłym kryształem, przy czym badaną komórkę umieszcza się poza ogniskową f1 pierwszej soczewki, a następnie przesuwa się próbkę skokowo wzdłuż kierunku propagacji liniowo spolaryzowanej wiązki elektro-magnetycznej przechodząc przez ogniskową f1 pierwszej soczewki, a następnie poza nią. Stosuje się monochromatyczną wiązkę fali elektro-magnetycznej o stałej mocy optycznej generowanej przez źródło monochromatycznej fali elektromagnetycznej. Detektor dokonuje pomiaru mocy wiązki przechodzącej przez nematyczny ciekły kryształ dla każdego dokonanego skoku położenia kryształu. Następnie, dokonuje się analizy sygnału zebranego na detektorze i wyznacza położenia punktów z1 oraz z2, określające położenie próbki, dla którego następuje zmiana sygnału zbieranego przez detektor. Po wyznaczeniu punktów z1 oraz z2, oblicza się wartość zth ze wzoru:
zth — Z2 Z1 2 gdzie zth - odległość od ogniska f1 pierwszej soczewki do punktów, pomiędzy którymi obserwowane są efekty nieliniowe.
Punkty z1 i z2 określane są jako położenie próbki, dla którego następuje zmiana sygnału zbieranego przez detektor. Następnie, oblicza się promień w(zth) obszaru oświetlanego przez monochromatyczną liniowo spolaryzowaną wiązkę fali elektromagnetycznej ze wzoru:
w2(ztJ = w0 2 1 + (UU) gdzie wo oznacza promień gaussowskiej wiązki fali elektro-magnetycznej w ognisku soczewki określany z wykorzystaniem metody pomiaru kąta rozbieżności λ
gdzie θ jest kątem rozbieżności wiązki wyrażonym w radianach.
Następnie, oblicza się progowe natężenie wiązki fali elektro-magnetycznej przy znanej i stałej całkowitej mocy optycznej P oraz wartości w(zth) ze wzoru:
_ P Ith ~ mv2(zth)
PL 223 885 B1 a następnie oblicza się wartość KH ze wzoru:
Fi = 2Ith d2£a n2n^c gdzie:
ii = 22, 33. ii = 22 dla próbki w konfiguracji planarnej oraz ii = 33 dla komórki ciekłokrystalicznej o orientacji homeotropowej, λ oznacza długość fali elektro-magnetycznej, c jest prędkością światła w próżni, ε0 - przenikalność elektryczna próżni, ε3 jest anizotropią optyczną charakterystyczną dla badanego ciekłego kryształu (ε.; = ne - n0).
Badaną próbkę można przemieszczać od pierwszej soczewki ku drugiej lub odwrotnie.
Zaproponowana całkowicie optyczna metoda pomiaru stałych elastyczności K22 i K33 w nematycznych ciekłych kryształach z wykorzystaniem układu skanowania podłużnego pozwala na szybszy, prostszy i dokładniejszy pomiar parametrów związanych z deformacjami typu skręceniowego i ugięciowego. Nowatorskim rozwiązaniem w tej metodzie jest sposób określenia progowego natężenia pola elektrycznego fali elektro-magnetycznej o polaryzacji liniowej prostopadłej do początkowego ułożenia anizotropowych molekuł nematycznego ciekłego kryształu. W układzie skanowania podłużnego zmiana natężenia pola elektrycznego realizowana jest poprzez przesuw próbki wzdłuż kierunku propagacji liniowo spolaryzowanej rozbieżnej wiązki fali elektro-magnetycznej o stałej całkowitej mocy optycznej. Układ złożony z płytki fazowej (λ/2) oraz polaryzatora wykorzystywany jest w celu zadania polaryzacji i mocy wiązki, która w dalszej części eksperymentu nie jest zmieniana. Soczewka f 1 skupia wiązkę fali elektro-magnetycznej na próbce. Zmiana natężenia fali elektro-magnetycznej realizowana jest za pomocą przesuwu próbki wzdłuż kierunku propagacji liniowo spolaryzowanej wiązki elektromagnetycznej. Zbliżenie próbki do ogniska soczewki f1 powoduje zmniejszenie oświetlanego obszaru co dla stałej mocy wiązki prowadzi do zwiększenia natężenia fali elektro-magnetycznej. Dodatkowym parametrem niezbędnym do poprawnego pomiaru stałych elastyczności w proponowanej metodzie jest znajomość pojedynczego kroku przesuwu. Dla wiązki gaussowskiej wartość tego kroku jednoznacznie określa wielkość oświetlanego obszaru. Przekroczenie wartości progowej obserwowane jest jako zmiany sygnału rejestrowanego przez detektor. Zmiany te spowodowane są pojawieniem się efektów nieliniowych takich jak nieliniowa samodyfrakcja oraz nieliniowe samoogniskowanie. Całkowicie optyczna metoda pomiaru stałych elastyczności K22 i K33 w nematycznych ciekłych kryształach z wykorzystaniem układu skanowania podłużnego wykorzystuje jedynie dwie podstawowe konfiguracje komórek ciekłokrystalicznych: homogeniczną i homeotropową bez konieczności wbudowywania dodatkowych elektrod. Zaletą tej metody jest duża powtarzalność obrazująca się podczas wyznaczania niepewności względnych. Odchylenie standardowe względnej niepewności dla całkowicie optyc znej metody przy stałym przewężeniu gaussowskiej monochromatycznej wiązki fali elektromagnetycznej wynosi poniżej 1,4% przy założeniu, iż wszystkie parametry wiązki oświetlającej, nematycznego ciekłego kryształu oraz komórki ciekłokrystalicznej są znane nieskończenie dokładnie. Wartość ta jest około 2-3 razy dokładniejsza niż dla metody całkowicie optycznej przy stałym przewężeniu wiązki fali elektro-magnetycznej co świadczy o większej powtarzalności zaproponowanej metody pomiarowej. Jest to niepewność związana jedynie z serią pomiarów progowej mocy wiązki fali elektromagnetycznej.
W celu normalizacji wyników do układu pomiarowego może zostać dodany dzielnik wiązki fali elektro-magnetycznej oraz drugi detektor w celu normalizacji sygnału.
Przedmiot wynalazku został zilustrowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat stosowanej aparatury, fig. 2 przedstawia przykładowy sygnał zarejestrowany przez detektor dla P = 140 mW, w0 = 25,7 pm, f1 = 125,0 mm i f2 = 200 mm dla komórki homeotropowej o grubości d = 50 pm (z1 = 7,89 mm, z2 = 17,37 mm) wyliczone K33 = 9,53 pN, fig. 3 przedstawia przykładowe sygnały zarejestrowane przez detektor dla P = 140 mW, komórki homeotropowej o grubości d = 50 pm oraz różnych soczewkach skupiających wiązkę fali elektro-magnetycznej na badanej próbce f1 = 125,0 mm (z1 = 7,89 mm z2 = 17,37 mm, wyliczone K33 = 9,53 pN) oraz f1 = 125,0 mm (z1 = 8,07 mm, z2 = 15,85 mm, wyliczone K33 = 9,56 pN), fig. 4 przedstawia w celach porównawczych wykres dla metody całkowicie optycznej ze stałym przewężeniem wiązki monochromatycznej fali elektro-magnetycznej - na osi pionowej
PL 223 885 B1 przedstawiono wartość natężenia światła zarejestrowaną przez detektor umieszczony za aperturą kołową w funkcji całkowitej mocy wiązki elektro-magnetycznej.
P r z y k ł a d
W układzie skanowania podłużnego składającym się ze źródła światła monochromatycznego 1, płytki fazowej (λ/2) 2, polaryzatora 3, pierwszej soczewki skupiającej 4 o ogniskowej f1, drugiej soczewki skupiającej 6 o ogniskowej f2, apertury kołowej 7 oraz detektora 8 umieszczono komórkę ciekłokrystaliczną wypełnioną nematycznym ciekłym kryształem 5. W celu pomiaru użyto nematycznego ciekłego kryształu 6CFIBT (4-/trans-4’-n-heksylocykloheksyloizotiocyjanianobenzen) o współczynnikach załamania światła zwyczajnym n0 = 1,52 oraz nadzwyczajnym ne = 1,67 i grubości d = 50 pm. Badaną próbkę 5 umieszczono pomiędzy dwiema soczewkami skupiającymi 4 i 6 w pozycji różnej od położenia ogniska pierwszej soczewki 4. Monochromatyczna wiązka fali elektro-magnetycznej o długości λ = 532 nm i stałej mocy optycznej P generowana przez źródło monochromatycznej fali elektromagnetycznej 1 przechodzi przez układ płytki fazowej (λ/2) 2 oraz polaryzatora 3. W tej części układu następuje kontrola całkowitej mocy optycznej oraz polaryzacji liniowej wiązki fali elektro-magnetycznej wykorzystanej w badaniu. Następnie, wiązka przechodzi przez pierwszą soczewkę 4 o ogniskowej f1, która skupia ją na komórce ciekłokrystalicznej 5. Promień gaussowskiej wiązki fali elektro-magnetycznej w0 w ognisku pierwszej soczewki 4 określany jest z wykorzystaniem metody pomiaru kąta rozbieżności:
w0 λ
πθ gdzie θ jest kątem rozbieżności wiązki wyrażonym w radianach. Badana komórka ciekłokrystaliczna 5 przesuwana jest w sposób jednostajny wzdłuż kierunku propagacji wiązki w taki sposób, by na drodze przesuwu przechodziła ona przez położenie ogniska pierwszej soczewki skupiającej 4 o ogniskowej f1. Wiązka po prześwietleniu badanej próbki 5 pada na drugą soczewkę skupiającą 6 o ogniskowej f2 skupiającej ją na detektorze 8. Pomiędzy pierwszą soczewkę skupiającą 4 o ogniskowej f2 i detektor 8 wstawiono aperturę kołową 7, dzięki której mierzymy moc wiązki przechodzącej przez nematyczny ciekły kryształ 5 w jej środku. Na detektorze 8 zbierana jest charakterystyka mocy wiązki przechodzącej przez badaną próbkę 5 w funkcji jej położenia. Analiza sygnału zebranego na detektorze 8 prowadzi do określenia położenia punktów z1 oraz z2, które definiują odległość zth od ogniska pierwszej soczewki 4 do punktów, pomiędzy którymi obserwowane są efekty nieliniowe.
zth —
Z2 Z, 2
Punkty z1 i z2 określane są jako położenie próbki 5, dla którego następuje zmiana sygnału zbieranego przez detektor 8. Znajomość wartości zth jest niezbędna do określenia promienia w(zth) obszaru oświetlanego przez monochromatyczną liniowo spolaryzowaną wiązkę fali elektro-magnetycznej.
w2(zth) = wg ^zth nwg
Znajomość całkowitej mocy optycznej P oraz wartości w(zth) jednoznacznie definiuje progowe natężenie wiązki fali elektro-magnetycznej.
P
KW2(zth)
W powyższym wzorze wszystkie wielkości poza lth oraz Kii są wielkościami stałymi. Przekształcenie tego wyrażenia prowadzi do końcowej zależności, która umożliwia wyznaczenie parametrów KH:
PL 223 885 B1
Ku = 2Ith d2£a n2n^c gdzie:
ii = 22, 33. ii = 22 dla próbki w konfiguracji planarnej oraz ii = 33 dla komórki ciekłokrystalicznej o orientacji homeotropowej, c jest prędkością światła w próżni, ε0 - przenikalność elektryczna próżni, εα jest anizotropią optyczną charakterystyczną dla badanego ciekłego kryształu (εα = ne -n0). Wykonano serię trzydziestu pomiarów dla nematycznego ciekłego kryształu 6CHBT w układzie skanowania podłużnego dla całkowitej mocy optycznej P = 140 mW, w0 = 25,7 pm, f1 = 125,0 mm i f2 = 200 mm. Wyniki pomiarów zamieszczono w tabeli 1.
T a b e l a 1
| NLC | ea | K22 [pN] | AK22/K22 | K33 [pN] | AK33/K33 |
| 6CHBT | 0,8 | 3,54 | 0,01 | 9,58 | 0,01 |
Odchylenie standardowe przy założeniu, że wszystkie parametry stałe (grubość warstwy nem atycznego ciekłego kryształu „d”, anizotropia optyczna badanej mieszaniny ε3, przenikalność elektryczna próżni ε0, prędkość światła c oraz współczynniki załamania światła n0 i ne) znane są nieskończenie dokładnie zaprezentowane zostało w tabeli jako AKj/Kn.
Na wykresie (fig. 2) pokazano przykładowy sygnał zarejestrowanych przez detektor dla P = 140 mW, w0 = 25,7 pm, f1 = 125,0 mm i f2 = 200 mm dla komórki homeotropowej o grubości d = 50 pm (z1 = 7,89 mm, z2 = 17,37 mm), wyliczone K33 = 9,53 pN.
Pomiar tej samej próbki z wykorzystaniem metody optycznej przy stałym przewężeniu wiązki dla serii trzydziestu pomiarów wykazał dużą zbieżność wyników, K22 = 3,56 pN oraz K33 = 9,60 pN, jednak niepewność względna dla tej metody była zdecydowanie większa i wynosiła AK22/K22 = 0,05 oraz AK33/K33 = 9,56 pN.
Badanie powtórzono wykorzystując różne soczewki skupiające wiązkę na komórce ciekłokrystalicznej. Wyniki i niepewności względne zaprezentowano w tabeli 2.
T a b e l a 2
| f [mm] | w0 [pm] | 6CHBT | |||
| K22 [pN] | AK22/K22 | K33 [pN] | AK33/K33 | ||
| 100,0 | 18,3 | 3,52 | 0,01 | 9,56 | 0,01 |
| 125,0 | 25,7 | 3,55 | 0,01 | 9,49 | 0,01 |
| 250,0 | 40,9 | 3,58 | 0,01 | 9,55 | 0,01 |
Wyniki te potwierdzają założenie, iż metoda jest niewrażliwa na dobór soczewki skupiającej wiązkę fali elektro-magnetycznej na komórce ciekłokrystalicznej wypełnionej nematycznym ciekłym kryształem.
Wartości niepewności względnych zostały zapisane z dokładnością do pierwszej cyfry znaczącej, a maksymalna wartość niepewności względnej wynosiła 0,014 (1,4%).
Na wykresie fig. 3 pokazano przykładowe sygnały zarejestrowane przez detektor dla P = 140 mW, komórki homeotropowej o grubości d = 50 pm oraz różnych soczewkach skupiających wiązkę fali elektro-magnetycznej na badanej próbce f1 = 125,0 mm (z1 = 7,89 mm, z2 = 17,37 mm, wyliczone K33 = 9,53 pN) oraz f1 = 125,0 mm (z1 = 8,07 mm, z2 = 15,85 mm, wyliczone K33 = 9,56 pN).
Następnie, dokonano serii trzydziestu pomiarów stałych elastyczności z wykorzystaniem różnych mocy optycznych. Wyniki zaprezentowano w tabeli 3 wraz z niepewnościami względnymi.
PL 223 885 B1
T a b e l a 3
| P [mW] | K22 [pN] | AK22/K22 |
| 35 | 3,62 | 0,01 |
| 50 | 3,54 | 0,01 |
| 100 | 3,54 | 0,01 |
Wyniki zamieszczone w tabeli 3 potwierdzają brak znaczącego wpływu całkowitej mocy optycznej na wynik badania.
Claims (3)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K22 i K33 w nematycznych ciekłych kryształach w znanym układzie składającym się ze źródła monochromatycznej fali elektro magnetycznej, płytki fazowej (λ/2), polaryzatora, pierwszej soczewki skupiającej o ogniskowej f1, drugiej soczewki skupiającej o ogniskowej f2, apertury kołowej i detektora, polegający na umieszczeniu badanej komórki ciekłokrystalicznej wypełnionej nematycznym ciekłym kryształem, znamienny tym, że badaną komórkę umieszcza się poza ogniskową f1 pierwszej soczewki (4), a następnie przesuwa się próbkę (5) skokowo wzdłuż kierunku propagacji liniowo spolaryzowanej wiązki elektromagnetycznej przechodząc przez ogniskową f1 pierwszej soczewki (4), a następnie poza nią, a ponadto stosuje się monochromatyczną wiązkę fali elektro-magnetycznej o stałej mocy optycznej generowanej przez źródło monochromatycznej fali elektro-magnetycznej (1) i dokonuje się pomiaru mocy wiązki przechodzącej przez nematyczny ciekły kryształ (5) dla każdego dokonanego skoku położenia kryształu, po czym dokonuje się analizy sygnału zebranego na detektorze (8) i wyznacza położenia punktów z1 oraz z2, określające położenie próbki (5), dla którego następuje zmiana sygnału zbieranego przez detektor (8) i po wyznaczeniu punktów z1 oraz z2 oblicza się wartość Zth ze wzoru:„ _ Z2 - Zl %th Q gdzie zth - odległość od ogniska f1 pierwszej soczewki do punktów, pomiędzy którymi obserwowane są efekty nieliniowe i kolejno oblicza się promień w(zth) obszaru oświetlanego przez monochromatyczną liniowo spolaryzowaną wiązkę fali elektro-magnetycznej ze wzoru:w2(zth) = w2 λζ.2' m, gdzie wo oznacza promień gaussowskiej wiązki fali elektro-magnetycznej w ognisku soczewki określany z wykorzystaniem metody pomiaru kąta rozbieżności:λ gdzie θ jest kątem rozbieżności wiązki wyrażonym w radianach, po czym oblicza się progowe natężenie wiązki fali elektro-magnetycznej przy znanej i stałej całkowitej mocy optycznej P oraz wartości w(zth) ze wzoru:_ P Ith ~ mv2(zth) a następnie oblicza się wartość Kii ze wzoru:PL 223 885 B1 gdzie:ii = 22, 33. ii = 22 dla próbki w konfiguracji planarnej oraz ii = 33 dla komórki ciekłokrystalicznej o orientacji homeotropowej, λ oznacza długość fali elektro-magnetycznej, c jest prędkością światła w próżni, ε0 - przenikalność elektryczna próżni, ε3 jest anizotropią optyczną charakterystyczną dla badanego ciekłego kryształu (ε.; = ne - n0).
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że badaną próbkę (5) przemieszcza się od pierwszej soczewki do drugiej.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że badaną próbkę (5) przemieszcza się od drugiej soczewki do pierwszej.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407356A PL223885B1 (pl) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K<sub>22</sub> i K<sub>33</sub> w nematycznych ciekłych kryształach |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407356A PL223885B1 (pl) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K<sub>22</sub> i K<sub>33</sub> w nematycznych ciekłych kryształach |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL407356A1 PL407356A1 (pl) | 2015-08-31 |
| PL223885B1 true PL223885B1 (pl) | 2016-11-30 |
Family
ID=53938592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL407356A PL223885B1 (pl) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K<sub>22</sub> i K<sub>33</sub> w nematycznych ciekłych kryształach |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL223885B1 (pl) |
-
2014
- 2014-02-28 PL PL407356A patent/PL223885B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL407356A1 (pl) | 2015-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3910352B2 (ja) | プレチルト角検出方法及び検出装置 | |
| Xie et al. | Photonic Spin Hall Effect by Electro-optically Induced Pancharatnam-Berry Phases | |
| CN105300531A (zh) | 一种新型基于磁致旋光效应的波长计 | |
| Ewings et al. | Measurement of the difference in flexoelectric coefficients of nematic liquid crystals using a twisted nematic geometry | |
| CN111947803A (zh) | 基于弱测量泵浦光调制动态范围的高精度温度测量方法 | |
| US9400412B2 (en) | Nanosecond liquid crystalline optical modulator | |
| US11609479B2 (en) | Bulk property feedback for liquid crystal-clad waveguides | |
| US10983338B2 (en) | Exit-pupil expander used distribute light over a liquid-crystal variable retarder | |
| PL223885B1 (pl) | Sposób całkowicie optycznego pomiaru stałych elastyczności K<sub>22</sub> i K<sub>33</sub> w nematycznych ciekłych kryształach | |
| JP2004525361A (ja) | 温度補償した形で電圧を電気光学的に測定する方法とその方法を実施するための装置 | |
| Valev et al. | Differential detection for measurements of Faraday rotation by means of ac magnetic fields | |
| CN103278947B (zh) | 克尔常数与双折射色散特性的测试装置与测试方法 | |
| Tarjányi et al. | Birefringence dispersion of 6CHBT liquid crystal determined in VIS-NIR spectral range | |
| Jung | Integrated-Optic Electric-Field Sensor Utilizing a Ti: LiNbO_3 Y-fed Balanced-Bridge Mach-Zehnder Interferometric Modulator With a Segmented Dipole Antenna | |
| Klus et al. | All-optical measurements of elastic constants in nematic liquid crystals | |
| Garzarella et al. | Effects of crystal-induced optical incoherence in electro-optic field sensors | |
| Bajdecki et al. | Nonlinear optical measurements of elastic constants in nematic liquid crystal | |
| Karetnikov et al. | Electro-optical response of cells with homeoplanar layers of a nematic liquid crystal with different thicknesses at oblique incidence of light | |
| RU2604117C1 (ru) | Способ определения электрооптического коэффициента оптических кристаллов с высокой электропроводностью | |
| Ostromęcka et al. | Measurements of the quality of nematic liquid crystal alignment | |
| Hwang et al. | Determining the liquid-crystal polar anchoring at high electric fields by heterodyne interferometer | |
| Gotjen et al. | Probing the liquid crystal alignment interface and switching dynamics in a slab waveguide architecture | |
| TW577994B (en) | Method of using electro-optic measurement system to measure magnetic field and using magneto-optic measurement system to measure electric field | |
| RU2715347C1 (ru) | Волоконно-оптический измеритель напряжения | |
| RU194557U1 (ru) | Оптический чувствительный элемент для измерения электрической разности потенциалов |