Описание установки для изучения оптико-электрических

Свойств нематических жидких кристаллов

Установка состоит из двух блоков: блока питания и измерительной камеры, конструктивно исполненных в одном корпусе (рис. 6).

Рис. 6

Блок питания

Предназначен для выработки напряжений, необходимых для питания источника света (лампа накаливания, U = 6,3 В, I = 0,23 А), и управления жидкокристаллической ячейкой (постоянное напряжение, U = 4 В). Тумблер «Сеть» находится на задней стенке экспериментальной установки.

Измерительная камера

Предназначена для размещения в ней элементов оптической и электрической схем, с помощью которых измеряется зависимость интенсивности прошедшего через жидкокристаллическую ячейку (ЖКЯ) параллельного белого светового пучка от величины подаваемого на ЖКЯ напряжения. На передней панели установки в верхней части имеется прозрачное окно для визуального наблюдения прошедшего через ячейку света.

2.2.1. Оптическая схема

Источник света 1 (лампочка накаливания) размещена в фокусе линзы 2, которая формирует квазипараллельный световой пучок; 3 – стеклянный тепловой фильтр, обрезающий инфракрасное излучение лампочки; 4 – ЖКЯ; 5 – полупроводниковый фотоэлемент, регистрирующий световой поток, прошедший через ЖКЯ.

Электрическая схема (рис. 8)

Постоянное напряжение (U = 4 В) от блока питания БП подается через тумблер Т₁, который установлен на передней панели измерительной камеры (обозначен «ЖКЯ»), на переменный резистор R₁ = 47 кОм, который регулирует подаваемое на ЖКЯ напряжение. Ручка регулировки – на передней панели, обозначена «U». С этого же резистора (через R₂ = 30 Ом запитывается индикаторный светодиод СД (на передней панели). Интенсивность светового пучка, прошедшего через ЖКЯ, регистрируется полупроводниковым фотоэлементом. Напряжение, подаваемое на ЖКЯ, а также фото-э.д.с. фотоэлемента через тумблерТ₂ подается на разъем Р, к которому подключается цифровой вольтметр В7-35. В положении тумблера «Ф» на вольтметр подается напряжение от фотоэлемента (оно пропорционально величине светового потока, на него падающего), в положении тумблера «U» измеряется напряжение на ЖКЯ. Переключение диапазонов в вольтметре осуществляется автоматически.

Жидкокристаллическая ячейка (ЖКЯ) (Рис. 9)

Устройство ЖКЯ

Ячейка состоит из стеклянных пластин 3, между которыми находится жидкий кристалл 4. Толщина жидкокристаллического слоя задается прокладками 5 (тефлон, полиэтилен), толщина которых не более 100 мкм. На стеклянные пластинки обычно путем напыления наносятся токопроводящие прозрачные электроды 2, к которым подводится напряжение. 1 – это поляроиды, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны.

Перед сборкой ячейки поверхности стеклянных пластинок, обращенные к жидкому кристаллу, подвергают однонаправленной полировке (например, лоскутом ткани). В результате на стекле образуются не видимые глазом бороздки, параллельные между собой и направленные вдоль линии полировки. Глубина и ширина таких микробороздок составляют 10 – 100 нм. Молекулы нематического жидкого кристалла. имеющие веретенообразную форму, прилипают к поверхности стекла так, что их длинная ось оказывается параллельной бороздке. Молекулы, более удаленные от стекла, взаимодействуют с молекулами, прилипшими к нему (уже ориентированными), и сами приобретают аналогичную ориентацию, если толщина жидкокристаллического слоя не превышает 0,1 мм.

Если оси полировки обеих пластин совпадают, то молекулы ЖК во всей толщине слоя будут ориентированы одинаково (их длинные оси ориентированы вдоль бороздок).Весь слой оптически становится похожим на кристаллическую пластинку, вырезанную из одноосного кристалла параллельно оптической оси. Если плоскость поляризации входного поляроида параллельна осям полировки, а плоскость поляризации выходного поляроида им перпендикулярна, то свет через такую систему проходить не будет.

На практике (и в нашей лабораторной работе) используются так называемые твист-структуры. Если повернуть нижнюю стеклянную пластинку вокруг оси Z на 90^о, то оси полировки пластинок составляют между собой 90^о (рис. 10). В результате оси молекул, стремясь равняться на стеклянные поверхности, совершают в толще слоя плавный разворот на 90^о. Это и есть твист-структура. Теперь плоскость поляризации света на выходе твист-структуры повернется относительно плоскости поляризации на ее входе на 90^о и станет параллельной оси полировки нижней пластины. Свет через такую структуру при тех же ориентациях плоскостей поляризации поляроидов уже будет проходить.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 192; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!