Фотоориентация жидких кристаллов для формирования фазовых профилей за счет распределения геометрической фазы

  • Вероника Юрьевна Станевич Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Франциска Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Александр Анатольевич Муравский Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Франциска Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-3-10-25

Аннотация

Даны представления о геометрической фазе, или фазе Панчаратнама – Берри, ее природе и применении для создания фотонных жидкокристаллических устройств в виде фотоориентированных тонких пленок нематических жидких кристаллов. Отражено значение сильной азимутальной энергии сцепления, а также двулучепреломления в пленке фотоориентанта жидкого кристалла для формирования градиентов геометрической фазы. Показана зависимость набега фазы циркулярно поляризованного света, проходящего через полуволновую фазовую пластину, от азимутального угла ориентации пластины, и отмечено, что данная зависимость лежит в основе формирования распределения геометрической фазы оптических жидкокристаллических устройств, работающих в циркулярно поляризованном свете. Введен эффективный показатель преломления для характеристики оптических свойств линейной периодической структуры жидкого кристалла, формирующей профиль поверхности геометрической фазы. Приведены примеры успешной реализации фотонных жидкокристаллических устройств (поляризационная дифракционная решетка, кольцевая дифракционная решетка, q-пластина, q-пластина с фазовым ядром), для которых выполнен анализ распределений геометрической фазы и построены профили фазовых поверхностей, обеспечивающих функционирование устройств.

Биографии авторов

Вероника Юрьевна Станевич, Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Франциска Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь

стажер младшего научного сотрудника лаборатории материалов и технологий ЖК-устройств

Александр Анатольевич Муравский, Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Франциска Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий лабораторией материалов и технологий ЖК-устройств Института химии новых материалов НАН Беларуси, доцент кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета БГУ 

Литература

  1. Zakaznov NP, Kiryushin SI, Kuzichev VI. Teoriya opticheskikh sistem [Theory of optical systems]. 3rd edition. Moscow: Mashinostroenie; 1992. 448 p. Russian.
  2. Chigrinov VG, Kozenkov VM, Kwok H-S. Photoalignment of liquid crystalline materials: physics and applications. Chichester: John Wiley & Sons; 2008. XV, 231 p. DOI: 10.1002/9780470751800.
  3. Mahilny U, Trofimova A, Stankevich A, Tolstik A, Murauski A, Muravsky A. New photocrosslinking polymeric materials for liquid crystal photoalignment. Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2013;16(1):79–85.
  4. Muravsky AA, Murauski AA, Kukhta IN, Photoinduced hole dipoles’ mechanism of liquid crystal photoalignment. Applied Optics. 2020;59(17):5102–5107. DOI: 10.1364/AO.392068.
  5. Barbero G, Durand G. On the validity of the Rapini – Papoular surface anchoring energy form in nematic liquid crystals. Journal de Physique. 1986;47(12):2129–2134. DOI: 10.1051/jphys:0198600470120212900.
  6. Faetti S. Azimuthal anchoring energy of a nematic liquid crystal at a grooved interface. Physical Review A: Covering Atomic, Molecular, and Optical Physics and Quantum Information. 1987;36(1):408. DOI: 10.1103/PhysRevA.36.408.
  7. Tabiryan NV, Serak SV, Nersisyan SR, Roberts DE, Zeldovich BYa, Steeves DM, et al. Broadband waveplate lenses. Optics Express. 2016;24(7):7091–7102. DOI: 10.1364/OE.24.007091.
  8. Muravsky AA, Murauski AA, Kukhta IN, Yakovleva AS. High anchoring photoalignment material based on new photoinduced hole dipoles’ mechanism. Journal of the Society for Information Display. 2021;29(11):833–839. DOI: 10.1002/JSID.1020.
  9. Chigrinov V, Muravski A, Kwok H-S, Takada H, Akiyama H, Takatsu H. Anchoring properties of photoaligned azo-dye materials. Physical Review E: Covering Statistical, Nonlinear, Biological, and Soft Matter Physics. 2003;68(6):061702. DOI: 10.1103/PhysRevE.68.061702.
  10. Padmini HN, Rajabi M, Shiyanovskii SV, Lavrentovich OD. Azimuthal anchoring strength in photopatterned alignment of a nematic. Crystals. 2021;11(6):675. DOI: 10.3390/cryst11060675.
  11. Muravsky A, Murauski A. 40.3: Effect of birefringent alignment layer on azimuthal anchoring energy measurement. SID International Symposium Digest of Technical Papers. 2021;52(S2):497–499. DOI: 10.1002/sdtp.15176.
  12. Hecht E. Optics. 4th edition. San Francisco: Addison-Wesley; 2002. VI, 698 p.
  13. Marrucci L, Manzo C, Paparo D. Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media. Physical Review Letters. 2006;96(16):163905. DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.163905.
  14. Barboza R, Bortolozzo U, Clerc MG, Residori S. Berry phase of light under Bragg reflection by chiral liquid-crystal media. Physical Review Letters. 2016;117(5):053903. DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.053903.
  15. Oh C, Escuti MJ. Achromatic polarization gratings as highly efficient thin-film polarizing beamsplitters for broadband light. In: Shaw JA, Tyo JS, editors. Polarization science and remote sensing III; 2007 August 29–30; San Diego, USA. Bellingham: SPIE; 2007. p. 668211. (Proceedings of SPIE; volume 6682). DOI: 10.1117/12.735370.
  16. Oh C, Escuti MJ. Achromatic diffraction from polarization gratings with high efficiency. Optics Letters. 2008;33(20):2287–2289. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.33.002287.
  17. Akhramenko VK, Berezkina LL, Il’inkova NI, Kashevskii VV, Krylenko NI, Prokhorovich MA, et al. Vysshaya matematika. Chast’ 1. Analiticheskaya geometriya. Analiz funktsii odnoi peremennoi [Higher mathematics. Part 1. Analytic geometry. Analysis of functions of one variable]. Abrashina-Zhadaeva NG, Rusak VN, editors. Minsk: Belarusian State University; 2013. 359 p. Russian.
  18. Zheng Shuang, Wang Jian. Measuring orbital angular momentum (OAM) states of vortex beams with annular gratings. Scientific Reports. 2017;7:40781. DOI: 10.1038/srep40781.
  19. Franke-Arnold S, Radwell N. Light served with a twist. Optics and Photonics News. 2017;28(6):28–35. DOI: 10.1364/OPN.28.6.000028.
  20. Slussarenko S, Murauski A, Du T, Chigrinov V, Marrucci L, Santamato E. Tunable liquid crystal q-plates with arbitrary topological charge. Optics Express. 2011;19(5):4085–4090. DOI: 10.1364/OE.19.004085.
  21. Melnikova E, Gorbach D, Slussarenko S Sr, Muravsky A, Tolstik A, Slussarenko S Jr. Liquid-crystal q-plates with a phase core to generation vortex beams with controllable number of singularities. Optics Communications. 2022;522:128661. DOI: 10.1016/j.optcom.2022.128661.
Опубликован
2022-09-26
Ключевые слова: фазовый профиль, геометрическая фаза, фотоориентация, жидкие кристаллы, фаза Панчаратнама – Берри, фотоника жидких кристаллов
Как цитировать
Станевич, В. Ю., & Муравский, А. А. (2022). Фотоориентация жидких кристаллов для формирования фазовых профилей за счет распределения геометрической фазы. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 10-25. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-3-10-25
Выпуск
№ 3 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).