Спосіб формування рідкокристалічної дифракційної решітки

Спосіб формування рідкокристалічної дифракційної решітки, заснований на дії електричного 3 85397 цьому контролюють і регулюють кількість максимумів та їхню інтенсивність відповідною зміною напруженості електричного поля. На Фіг.1 подана схема пристрою, за допомогою якої реалізується запропонований спосіб: лазер (1), комірка з рідким кристалом (2), екран (3), звуковий генератор (4). На Фіг.2 подана будова комірки з рідким кристалом: скляні пластини (5), провідний шар SnO2 (6), стрічки з діелектрика (7), рідкий кристал (8). Комірка являє собою плоский конденсатор завтовшки 15-20мкм. Електроди конденсатора виготовлені зі скляних пластин (5), на одну з поверхонь яких нанесено провідний шар SnO2 (6). Діелектриком конденсатора слугує нематичний рідкий кристал (8) з індукованою спіральною надмолекулярною структурою. Товщина міжелектродного проміжку фіксується стрічками (7) з тефлону. Герметизують комірку по периметру епоксидною смолою, але при цьому треба залишити два отвори: перший - для заповнення комірки рідким кристалом; другий - для виходу з комірки повітря. Заповнюється комірка рідким кристалом при температурі, що перевищує температуру фазового переходу рідкий кристал - ізотропна рідина завдяки дії капілярних сил. Після цього комірку герметизують повністю. Робота даного пристрою за пропонованим способом відбувається наступним чином. Комірку з рідким кристалом (2) розташовують перпендикулярно до площини падіння променя лазера (1) і в прохідному світлі спостерігають на екрані (3) дифракційну картину. З метою перерозподілу енергії світлового потоку між максимумами заданих порядків на електроди комірки подають змінну напругу за допомогою звукового генератора (4), при цьому, змінюючи напруженість електричного поля між електродами комірки, контролюють і регулюють кількість максимумів та їх інтенсивність. Для одержання керованого перерозподілу енергії світлового потоку між головними максимумами заданих порядків надмолекулярну стр уктуру нематичного рідкого кристала змінюють на спіральну шляхом додавання до нього домішки з оптично активними молекулами. Змінюючи концентрацію оптично активного компонента в суміші, одержують спіральну структур у з різним значенням кроку Р. За допомогою спеціально створених граничних умов вісь спіралі орієнтують у площині опорних поверхонь комірки. При цьому за допомогою мікроскопа можна спостерігати текстуру, яку називають "відбитками пальців" (Фіг.3). Внаслідок повороту молекул рідкого кристала виникає періодичність у зміні показника заломлення. Зовнішній вигляд такої періодичності проявляється в смугах з періодичною зміною інтенсивності світла. Текстура "відбитки пальців" являє собою фазову дифракційну решітку з періодом Р/2. Роль щілини відіграє смуга, ширина якої дорівнює половині кроку спіралі. Значення кроку спіралі змінюють за допомогою електричного поля. Для нематичних рідких кристалів з додатною анізотропією діелектричної проникності вектор дипольного моменту молекул співпадає з напрямом довгої молекулярної осі. 4 Тому із збільшенням напруженості електричного поля E молекули починають орієнтуватися вздовж ліній напруженості і крок спіралі зростає до нескінченості, тобто спіраль розкручується. Отже, електричне поле, що прикладене до електродів комірки, буде змінювати крок спіралі й впливати на профіль щілини. Із зміною профілю щілини відбувається перерозподіл енергії світового потоку між головними максимумами різних порядків. Це дозволяє зосередити енергію світлових хвиль у головних максимумах заданих порядків, послаблюючи при цьому інтенсивність головних максимумів інших порядків, в тому числі й нульового. Для одержання текстури "відбитки пальців" комірка з рідким кристалом готується за певною методикою. Спочатку слід очистити поверхні скляних пластин від органічних домішок. Для цього їх витримують 20-30 хвилин у розчині біхромату калію в концентрованій сірчаній кислоті, промивають у дистильованій воді й висушують у термошафі. Потім збирають плоский конденсатор. Молекули нематичного рідкого кристала з полярними кінцевими групами орієнтуються перпендикулярно до поверхні очищених скляних пластин за рахунок диполь-дипольної взаємодії, або за рахунок водневихзв'язків. Як тільки на поверхнях пластин виникає такий моношар, сили міжмолекулярної взаємодії індукують набуту орієнтацію молекул в глибину комірки. Таку саму орієнтацію молекул нематичного рідкого кристала одержують за допомогою деяких поверхнево-активних речовин, наприклад, цетилпирідиній броміду (ЦПБ). Полярна група молекул ЦПБ взаємодіє з поверхнею, а довгий аліфатичний ланцюг - з молекулою нематичного рідкого кристала. Шар розчину ЦПБ в ізопропиловому спирті (~1%) заздалегідь наноситься на поверхню електродів комірки, або ЦПЬ розчинюється в рідкому кристалі в малій кількості (~0,1%). Для нематичного рідкого кристала зі спіральною надмолекулярною структурою орієнтуюча дія моношару обмежується тільки приповерхневою областю, тому розглянуті граничні умови змушують вісь спіралі розташовуватися в площині опорних поверхонь. При цьому важливою умовою є співвідношення між значенням кроку спіралі і товщиною комірки: коли крок спіралі є співрозмірним з товщиною комірки, то сили зчеплення молекул з поверхнею розкручують спіраль; коли крок спіралі є значно меншим від товщини комірки, то сили зчеплення молекул з поверхнею не впливають на спіральну надмолекулярну стр уктур у зразка в цілому і тому утворюється текстура "відбитки пальців". Таким чином, запропонований спосіб дозволяє сформувати рідкокристалічну дифракційну решітку і регулювати перерозподілом енергії світлового потоку між головними максимумами заданих порядків. Використання нематичного рідкого кристала з додатною анізотропією діелектричної проникності та змінного електричного поля частотою понад 1000Гц забезпечує стабільність експлуатаційних параметрів дифракційної решітки. 5 85397 Джерела інформації: 1. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. - М.: На ука, 1978.-384 с. 2. Сонин А.С. Введение в физику жидких кристаллов. М.: Наука. - Глав. ред. физико-матем. лит., 1983. - 320 с. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 3. Ситников О.П. Керовані електричним полем дифракційні ґратки в демонстраційному експерименті // Фізика і астрономія в школі. - 2004. -№5 -С. 29-31. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601