進階搜尋


下載電子全文  
系統識別號 U0026-3007201316130300
論文名稱(中文) 利用膽固醇液晶摻雜偶氮手性分子製作可光控濾波器之研究
論文名稱(英文) Study of photo-tunable optical filter based on cholesteric liquid crystals doped with azo-chiral material
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 物理學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 何少中
研究生(英文) Shau-Jung Ho
學號 L26991130
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-傅永貴
口試委員-朱淑君
口試委員-葛聰智
中文關鍵字 膽固醇液晶  偶氮苯環旋性物質  濾波器 
英文關鍵字 cholesteric liquid crystals  azo-chiral  optical filter 
學科別分類
中文摘要 本論文研究主題主要是利用摻雜偶氮苯環旋性物質Ql-3c-S於膽固醇液晶中的光致同分異構化反應,藉由擾動液晶分子排列來調控膽固醇液晶planar結構之螺距,進而改變入射光之反射頻譜。由於光致同分異構化為可逆反應,所以本實驗將利用兩道不同波長的光讓偶氮苯環旋性物質在trans-isomer和cis-isomer兩種結構中互相轉換,利用此可逆反應製造出可光控濾波器。
  在光濾波器設計方面,本論文將分為兩大部分,第一部分主要是結合兩片可光控膽固醇液晶樣品於反射式的實驗架構下,入射光經由第一片樣品會反射和膽固醇液晶相同旋性之圓偏振,其反射之頻寬再經由第二片樣品選擇性反射,製造出可調中心波長及頻寬之光控濾波器,其中心波長可調範圍從510 nm – 627.89 nm,最窄頻寬為13.31 nm。
  第二部分則是結合高分子膽固醇液晶薄膜與可光控膽固醇液晶,將其作為單一樣品,兩者在相同旋性膽固醇結構下,製做可光控帶拒濾波器;而結合相反旋性的膽固醇液晶結構,可提高光控帶通濾波器之反射效率,且反射效率可調範圍從41 % – 83 %。

關鍵詞:膽固醇液晶,偶氮苯環旋性物質,濾波器。
英文摘要 This thesis studies the photo-isomerization effect in cholesteric liquid crystals (CLCs) doped with an azobenzene-chiral (azo-chiral) dopant, Ql-3c-S. The photo-isomerization effect induces the change of pitch in the CLC planar structure, and the reflection spectrum of a white light being incident onto it. Since the photo-isomerization is reversible, it allows us to switch azo-chiral dopant molecule between trans- and cis- isomer using two pump beams with different wavelengths. In view of this, we can take advantage of it to fabricate photo-tunable optical filter .
  In the present design of the photo-tunable optical filter, the studies are divided into two parts. The first part demonstrates the photo-tunable filter using two photo-tunable CLC cells configured in a reflection mode. The incident light is firstly reflected by the first sample with the same circular polarization of CLC. The reflection band from the first sample is selective reflected by the other one. The photo-tunable reflection wavelength and band of the fabricated sample composed of two CLC doped with azo-chiral are demonstrated. The central wavelength can be switching from 510 nm to 627.89 nm with the narrowest bandwidth of being 13.31 nm.
  The second experiment investigates the filter composed cholesteric liquid crystal polymer (CLCP) and photo-tunable CLC. Combining CLCP with photo-tunable of the same chirality, we demonstrate that the formed sample is able to be used as a photo-tunable band-stop filter. Moreover, combined CLCP with photo-tunable of opposite chirality, the formed sample is demonstrated to function as a photo-tunable band-pass filter with high reflection, its reflectivity can be control from 41% to 83 %.

Keywords: cholesteric liquid crystals, azo-chiral, optical filter.

論文目次 摘 要 I
Abstract II
致謝 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
目錄 X
第一章 緒論 1
§ 1.1 前言 1
§ 1.2 動機 1
§ 1.3 論文結構 2
第二章 液晶簡介 3
§ 2.1 何謂液晶 3
§ 2.2 液晶分類 4
2.2.1 向列型液晶(Nematics) 5
2.2.2 膽固醇液晶(Cholesterics) 7
2.2.3 層列型液晶(Smectics) 9
2.2.4 圓盤狀液晶(Discotic) 10
§ 2.3 液晶高分子(Liquid crystal polymer , LCP) 12
§ 2.4 液晶物理特性 14
2.4.1 液晶的雙折射性(Birefringence) 14
2.4.2 秩序參數(Order parameter) 18
2.4.3 溫度對向列型液晶的影響(Temperature dependence) 19
2.4.4 彈性連續體理論(The elastic continuum theory) 20
2.4.5 外加電場對液晶之影響 22
2.4.6 Freedericksz Transition 23
第三章 相關基礎理論 25
§ 3.1 膽固醇液晶理論 25
3.1.1 膽固醇液晶的結構種類 25
3.1.2 布拉格反射(Bragg reflection) 26
3.1.3 影響膽固醇液晶變化的外在因素 29
§ 3.2 光引致液晶分子轉向效應 32
3.2.1 光引致同分異構化反應(Photo-isomerization) 32
3.2.2 光致熱效應(Light-induced thermal effect) 33
§ 3.3 溝槽理論 35
第四章 樣品製作與實驗光路 36
§ 4.1 材料介紹 36
4.1.1 向列型液晶 MDA-00-3461 36
4.1.2 光學旋性物質 S1011 37
4.1.3 偶氮苯環旋性物質 Ql-3c-S 38
4.1.4 高分子向列型液晶 RMS03-013C 40
4.1.5 光學旋性物質 LC756 41
4.1.6 光學旋性物質 CB15 41
§ 4.2 樣品製作 43
4.2.1 藥品配置 43
4.2.2 玻璃裁切及清洗 45
4.2.3 玻璃表面配向處理 46
4.2.4 空液晶盒製作 50
4.2.5 填充液晶 53
§ 4.3 實驗光路架設 54
4.3.1 實驗(一)光路架設 54
4.3.2 實驗(二)光路架設 55
第五章 光控濾波器之結果分析與討論 56
§ 5.1 利用摻雜偶氮苯環旋性物質的膽固醇液晶製做光控濾波器之討論 56
5.1.1 觀察摻雜了偶氮苯環旋性物質膽固醇液晶分別在紫光(406 nm)、綠光(532 nm)雷射不同曝光時間下對planar結構膽固醇液晶螺距的影響 56
5.1.2 光控濾波器可調中心波長和頻寬討論 60
§ 5.2 利用摻雜偶氮苯環旋性物質的膽固醇液晶結合高分子膽固醇液晶薄膜製做光控濾波器之討論 66
5.2.1 高分子膽固醇液晶薄膜特性研究 66
5.2.2 將同旋性可光控膽固醇液晶和高分子膽固醇液晶薄膜結合製做出可光控帶拒濾波器 70
5.2.3 將反旋性可光控膽固醇液晶和高分子膽固醇液晶薄膜結合製做出可調反射率光控帶通濾波器 71
第六章 結論與未來展望 73
§ 6.1 結論 73
§ 6.2 未來展望 76
參考文獻(References) 77
參考文獻 [1] I. C. Khoo, H. Li and Y. Liang, Opt. Lett. 19, 1723(1994).
[2] I. C. Khoo, Opt. Lett. 20, 2137(1995).
[3] I. C. Khoo, IEEE J. Quant. Electron. 32, 525(1996)
[4] I. Jánossy and A.D. Lloyd, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 203, 74 (1991).
[5] I. Jánossy, Phys. Rev. E 49, 2957 (1994).
[6] H. K. Lee, A. Kanazawa, T. Shiono and T. Ikeda, Chem. Mater. 10, 5 (1998).
[7] S. Kurihara, Y. Hatae, T. Yoshioka, M. Moritsugu, T. Ogata and T. Nonaka, Appl. Phys. Lett. 88, 103121 (2006).
[8] H. Gan, H. Zhang, C. T. Derose, R. A. Norwood, N. Peyghambarian, M. Fallahi, J. Luo, B. Chen, and A. K, -Y. Jen, Appl. Phys. Lett. 89, 041127(2006).
[9] X. Sun, P. Gu, M. Li, X. Liu, D. Wang, and J. Zhang, Opt. Express 14, 8470(2006).
[10] H. A. Macleod, “ Thin-Film Optical Filters ” , McGraw-Hill, New York, (1986).
[11] S. S. Wang and R. Magnussom, Appl. Opt. 34, 2414(1995).
[12] P. Yeh and C. Gu, “ Optics of Liquid Crystal Display ” , John Wiley & Sons, New York (1999).
[13] E. B. Priestley, P. J. Wojtowicz and P. Sheng, “Introduction to Liquid Crystals” , Princeton, New Jersey (1975).
[14] 松本正一‧角田市良 (劉瑞祥 譯),「液晶之基礎與應用」,國立編譯館出版,中華民國九十二年。
[15] D. Statman, E. Page, V. Werner and J. C. Lombardi, Phys. Rev. E 75, 021703 (2007).
[16] C.-R. Lee, T.-S. Mo, K.-T. Cheng, T.-L. Fu and Andy Y.-G. Fuh, Appl. Phys. Lett. 83, 4285 (2003).
[17] O. Francescangeli, S. Slussarenko and F. Simoni, Phys. Rev. Lett. 82, 1885 (1999).
[18] F. Reintzer, Monatsh. Chem. 9, 421 (1888).
[19] Letter from F. Reintzer to O. Lehmann, reported by H. Keller, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 21,1 (1973).
[20] I. C. Khoo, “ Liquid Crystals Physical Properties and Nonlinear Optical Phenomena ” , John Wiley & Sons, New York (1995).
[21] M. Marinelli and F. Mercuri, Phys. Rev. E 61, 1616 (2000).
[22] A. Yariv, “ Optical Electronics in Modern Communications ”, Oxford University Press, New York, (1997) .
[23] H.-S. Kitzerrow, C. Bahr, “ Chirality in Liquid Crystals ’’, Springer, New York (2001).
[24] S. Chandrasekhar, Contemp. Phys. 29, 527 (1988).
[25] X. J. Wang, Q. F. Zhou. “ Liquid Crystalline Polymers ’’, World Scientific (2004).
[26] H. Finkelmann, G. Rehage. Adv. Polym. Sci., 60/61, 99 (1984).
[27] V. P. Shibaev, N. A. Plate. Adv. Polym. Sci., 60/61, 173 (1984).
[28] A. Yariv, “ Quantum Electronics ’’, Wiley, New York, (1988).
[29] 朱自強, 王仕璠, 蘇顯渝 編著, 現代光學教程, 四川大學出版社, 成都, (1990).
[30] Peter J. Collings and Michael Hird, “ Introduction to Liquid Crystals Chemistry and Physics ’’, Taylor & Francis Ltd, Hampshire, (1997).
[31] 黃子強編著,液晶顯示原理,國防工業出版社出版,北京,2006。
[32] P. G, De. Gennes and J. Prost, “ The Physics of Liquid Crystal ’’, 2nd ed., Oxford University Press, New York (1933).
[33] P. G. de Gennes, Sol. State Commum. 6, 163 (1997).
[34] R. B. Meyer, Appl. Phys. Lett. 12, 281 (1968).
[35] L. M. Blinov and V. G. Chigrinov, “ Electro-optic Effects in Liquid Crystal Materials ’’, Springer-Verlag, New York (1994).
[36] Quan Li, Lisa Green, Nithya Venkataraman, J. Am. Chem. Soc. 129, 12908 (2007)
[37] W. M. Gibbons, P. J. Shannon, S. T. Sun and B. J. Swetlin, Nature 351, 49 (1991).
[38] H. K. Lee, A. Kanazawa, T. Shiono and T. Ikeda, Chem. Mater. 10, 5 (1998).
[39] A. G. Chen and D. J. Brady, Opt. Lett. 17, 441 (1992).
[40] T. V. Gastyan, V. Drnoyan and S.M. Arakelian, Phys. Lett. A, 217, 52 (1996).
[41] Berreman D W, Phys. Rev. Lett. 28, 1683 (1972).
[42] A. Lavernhe, M. Mitov, C. Binet, C. Bourgerette, Liq. Cryst. , 28, 803 (2001).
[43] 張阜權、孫榮山、唐偉國編著,“ 光學 ”,凡異出版社 (1995)
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2015-08-26起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2015-08-26起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw