掺金属纳米粒子对染料液晶基随机激光的影响
液晶具备光学各向异性，可以作为染料液晶基随机激光器中的散射介质。通过温度、磁场、电场等方式对液晶的光学各向异性进行调节，可用于实现波长可调、电场可控、磁场可控的染料液晶基随机激光器，这一类随机激光器在显示、偏振成像技术、环境光源等领域具有广阔的应用前景。 本文主要研究了液晶盒中Ag纳米粒子(Ag NPs:Ag nanoparticles)对染料向列相液晶(DDNLC:dye doped nematic liquid crystal)溶液中随机激光的影响;以及掺染料聚乙烯醇(PVA)分散液晶(DDPDLC:dye doped Poly(vinyl alcohol)dispersed liquid crystal)薄膜中随机激光的阈值、偏振等特性。 在未加电场的DDNLC溶液中，随机激光的阈值可以通过Ag NPs的掺杂得到降低。Ag NPs浓度增加至2.246×1014/mL时，随机激光的阈值降低到1.7uJ/pulse，是未添加Ag NPs时阈值(3.9uJ/pulse)的二分之一。这主要是由于Ag NPs的表面等离子共振效应提高了泵浦效率并增强了染料分子的激发概率。在加电场的DDNLC溶液中，随着Ag NPs浓度从0增加到1.123×1015/mL，随机激光的关断电压从1.88V减小到1.50V。这主要是由于随着Ag NPs浓度增加，液晶的电光特性得到增强。在Ag NPs浓度分别为0，2.246×1014/mL，1.123×1015/mL时，随机激光的关断时间分别为46s，35s，31s，开启时间分别为140s，136s，130s。未掺杂Ag NPs的DDNLC溶液中，随机激光一次开关总的响应时间为186s。在Ag NPs浓度为2.246×1014/mL和1.123×1015/mL时，随机激光一次开关总的响应时间分别减小了15s和25s。这些实验结果表明可以通过Ag NPs的掺杂，降低染料液晶基随机激光器的能量损耗，为其在显示、环境光源等方面的应用提供富有价值的参考。 在DDPDLC薄膜中，研究了厚度、染料液晶浓度、拉伸等因素对随机激光阈值、波长、偏振等特性的影响。制备了染料液晶浓度为32.7wt％，厚度分别为15um,25um，38um，52um，61um，72um的DDPDLC薄膜，当厚度为38um时，随机激光的阈值(4.6uJ/pulse)最低。其原因在于厚度的增加会导致散射强度的增强以及泵浦效率的提高，厚度超过38um后，散射强度以及泵浦效率达到饱和。在薄膜厚度为38um时，染料液晶比例从19.7wt％增加到49.3wt％，随机激光阈值从6.9 uJ/pulse降低到3.4 uJ/pulse，峰值波长红移约5nm。阈值的降低主要是由于染料液晶浓度的增加会导致散射强度的增强以及泵浦效率的提高，而峰值波长的红移是由于染料的重吸收。在染料液晶浓度为32.7wt％，厚度为38um的DDPDLC薄膜中，拉伸操作可以迫使液晶分子沿着拉伸方向取向，增加平行平面内的散射强度，减小垂直平面内的散射强度，导致随机激光的平行分量增强，而垂直分量减弱，从而实现随机激光线偏振度的调节。未拉伸DDPDLC时，随机激光的线偏振度为0.02，接近于零。当DDPDLC薄膜的拉伸比达到4.5和5时，随机激光的线偏振度分别达到0.81和0.82。这些实验结果可以为染料液晶随机激光器在显示、偏振成像、传感器等领域的应用提供重要的参考。
随机激光器;染料液晶;金属掺杂;银纳米粒子
东南大学
硕士
物理电子学
叶莉华
2016
中文
TN248;TN202
62
2017-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）