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1、液晶光阀特性研究By 金秀儒物理三班Pb05206218 4+ 总分5-实验题目：液晶光阀特性研究 学号：PB05206218姓名：金秀儒 实验目的：从基本原理的角度出发，测量其相关曲线，理解并解释相关现象。实验仪器：He-Ne激光器、扩束器、准直镜、偏振分光棱镜、液晶光阀、成像透镜、写入光光源。实验原理：1. 偏振分光棱镜的的工作原理如右图所示，棱镜是在光学玻璃棱镜的体对角面上镀制多层介质膜,再将两块棱镜的分光面胶合起来,并在通光面上镀制增透膜,以降低光通过棱镜时的反射损耗。 对于折射率不同的两种材料的交界面, 可以找到一个入射角,使之满足布儒斯特角条件,在这样一个条件下,激光由棱镜左侧入射
2、后,在右侧透射的光为分量光(经过镀膜后使投射光中没有分量),在侧面反射的光为分量光。偏光分束镜的膜系设计要求, 必须选择折射率满足一定的关系的膜料和基底材料，使光全透过,而光全部反射.在实验中偏光分束棱镜既起到起偏器作用又起到检偏器的作用. 2. 液晶光阀液晶的主要特征之一，是象光学单轴晶体那样，由于折射率各向异性而显示出双折射性(double refraction)。单轴晶体有 和 这两个不同的主折射率， 和 分别是电光矢量的振动方向与晶体光轴相垂直的寻常光（ordinary light）及与晶体光轴平行的非常光(extraordinary light)的折射率在向列型液晶液晶中，因为单轴晶
3、体的光铀相当于分子长轴方向的指向矢n的方向，即折射率各向异性 可由下式求得： 向列型液晶在各个空间方向上的折射率的大小，对于寻常光表现为球面，对于非常光则表现为旋转椭球体；前者的折射率 常常要比后者的折射率 小，只有在指向矢n的方向上二者才一致.向列型液晶中， 是正值，因此具有正的光学性质.3.反射式的液晶光阀的结构和原理下面以典型的反射型扭曲向列型液晶器件为例进行介绍，将两片光刻好透明导电极图形的平板玻璃相对放置在一起，使其间相距为10。四周用环氧胶密封，但在一侧封接边上留有一个开口，该开口称为液晶注入口。液晶材料即是通过该注入口在真空条件下注入的。注入后，用树脂将开口封堵好。当然，作为扭曲
4、向列型液晶显示器件，在液晶盒内表面还应制作上一层定向层。该定向层经定向处理后，可使液晶分子在液晶盒内，在前后玻璃基板表面都呈沿面平行排列，而在前后玻璃基板之间液晶分子又呈45度扭曲排列，经过反射回来再次产生45度扭曲，这样就产生振动方向900 偏转。 数据处理及结论：1. 观察并记录实验现象。观察并记录实验现象a）恒定为30度，改变驱动电压：U/V00.911.031.151.722.092.492.733.47现象边缘亮反像边缘暗正像边缘亮反像边缘暗正像边缘亮b）驱动电压恒定为5V，改变：/度3038556085现象边缘亮反像边缘暗正像边缘亮2. 驱动电压为零，写入光为零。取向角与输出光强的
5、关系曲线取向角/170175180185190输出光强I/A2.43.97.512.018.9取向角/195200205210输出光强I/A26.433.339.042.3作图如下： 可见，入射光进入液晶光阀后，发生双折射现象，偏振态按照直线、椭圆、圆、椭圆、直线的顺序变化，输出光强呈现余弦变化规律。当取向角从0变到45度时，所画出的的曲线应为四分之一周期的图像。由画出的图象来看，基本符合理论值。3. 测LCLV输出光强（/A）与驱动电压的关系：测LCLV输出光强（/A）与驱动电压的关系a）写入光为0，测LCLV输出光强（/A）与驱动电压的关系：U/V0.000.510.660.760.851
6、.001.171.291.401.51I42.835.127.820.916.06.96.213.023.233.9U/V2.002.132.252.392.492.983.494.004.495.02I42.235.126.814.15.916.149.062.055.036.3U/V5.536.016.507.017.498.038.508.9810.00I22.113.07.14.03.02.12.02.02.0b）写入光为全明，测LCLV输出光强（/A）与驱动电压的关系：U/V0.000.120.180.360.540.630.740.810.92I42.938.236.832.325
7、.118.015.015.318.5U/V0.991.141.321.381.511.992.082.132.37I20.019.122.224.933.340.034.931.315.8U/V2.483.023.243.453.493.794.014.555.00I13.020.129.036.237.643.144.937.328.0U/V5.536.006.537.007.517.988.529.0010.00I17.411.16.44.23.12.92.72.52.5c）写入光为中间值（6.82V），测LCLV输出光强（/A）与驱动电压的关系：U/V0.000.160.310.410.
8、570.750.830.981.131.21I40.338.035.232.024.917.917.218.216.115.0U/V1.351.51.571.641.731.891.952.012.122.28I17.927.031.837.841.945.044.342.137.027.8U/V2.352.503.123.203.313.453.543.994.364.55I23.015.921.025.028.734.037.045.041.037.9U/V5.015.355.526.036.507.007.528.038.5310.00I28.221.218.011.08.04.93.2
9、3.02.92.9由此可以从理论上推测观察到的实验现象如下：根据理论，写入光为0时对应的是被遮挡的那一部分的光，当然真正的被遮挡的那一部分的光应大于0；写入光为全明对应的是直接透过的那一部分的光；而写入光为中间值（6.82V）对应的是直接透过的那一部分的光以此红线（写入光为0的曲线）高的时候应该出现反像，蓝线（写入光为全明的曲线）高的时候应该出现正像，绿线（写入光为中间值的曲线）为最高的时候应该出现边缘亮，绿线（写入光为中间值的曲线）为最高低的时候应该出现边缘暗；对应图中可得理论推测结果如下 理论推测结果（恒定为30度，改变驱动电压：）U/V00.911.11.72.1现象边缘亮反像边缘暗正像
10、边缘亮反像U/V2.52.73.56.5710现象边缘暗正像边缘亮反像边缘暗边缘暗对比实际观察结果如下： 实验观察结果（恒定为30度，改变驱动电压：）U/V00.911.031.151.722.092.492.733.47现象边缘亮反像边缘暗正像边缘亮反像边缘暗正像边缘亮！确实有点惊人，本次实验理论值和实验值在测量的范围内几乎完全吻合！理论分析注意结合实验现象和数据实验小结及建议：本实验是一个比较精确的实验，引起误差的主要因素有如下述：仪器方面，实验的光路可能不够精确，外界光干扰也是本次实验中的重要误差来源；读数方面，电流表的示数变化幅度不够大，精确度不够高，读数上存在误差；观察现象时判断也比
11、较主观； 从本次实验的结果来看，试验中准确的观察并记录了实验现象，也比较说明客观事实规律。验证取向角与输出光强的关系曲线以及测输出光强与驱动电压的关系都和理论值结合的很好，尤其是后者，数值几乎没有任何差异。实验结果十分理想。算是很幸运的！现在觉得很多同学理论结果和实验现象不完全相同，可能是因为把实验的两部分孤立开来做，观察现象时的和作图时的已经有所不同，导致了严重的偏离；思考题：1. 液晶光阀的驱动电压用的是交流电，能用直流电吗?说出原因。答：不能，因为光导材料上因写入光而形成一定的载流子分布图形后，载流子会扩散而使该图形逐渐模糊，因而直流驱动是不可能得到清晰图像的。另外，由于在直流状态容易引起液晶与电极间的电化学反应，从而降低了器件的寿命。2. 本实验使用的是光寻址液晶光阀，你知道电寻址液晶光阀有哪些应用？举一、二例说明。答：A）.空间光调制器, 这种调制器运用电寻址液晶光阀，便于通过计算机来控制信号的输入和输出，也能用于光学信息处理等。B）.制作光学元件灰度掩膜。物理三班金秀儒2007.5.25PAGE II
