Формирование переключаемых дифракционных решеток в слое жидкого кристалла методом поляризационной голографии

  • Екатерина Петровна Пантелеева Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ольга Сергеевна Кабанова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Елена Александровна Мельникова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Представлены результаты экспериментов по реализации и оптимизации условий голографической и поляризационно-голографической записи поверхностной анизотропии в тонких пленках светочувствительного азокрасителя AtA-2 в целях формирования электрически управляемых дифракционных структур в слое нематического жидкого кристалла. Установлена оптимальная длительность экспозиции пленок азокрасителя AtA-2 интерференционной картиной двух когерентных световых пучков, обеспечивающая максимальное значение дифракционной эффективности для порядков дифракции m = –1 и m = +1. Продемонстрирована возможность создания переключаемых дифракционных решеток с пространственным периодом 1–7 мкм, а также решеток с вилочной дислокацией, формирующих сингулярные световые пучки (оптические вихри) с заданной величиной топологического заряда. Приведены экспериментальные зависимости дифракционной эффективности порядков дифракции m = –1 и m = +1 от величины управляющего напряжения. С использованием метода оптической интерферометрии исследовано пространственное распределение светового поля формируемых сингулярных световых пучков, а также проанализирована их стабильность в диапазоне рабочих напряжений на ячейке 0–10 В. Результаты исследования представляют интерес с точки зрения создания устройств и систем управления пространственной, фазовой и поляризационной структурой лазерного излучения.

Биографии авторов

Екатерина Петровна Пантелеева, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

магистрант кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета. Научный руководитель – Е. А. Мельникова

Ольга Сергеевна Кабанова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; доцент кафедры высшей математики и математической физики физического факультета

Елена Александровна Мельникова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета

Литература

  1. Zuo Kai, Shi Yue, Luo Dan. A review of two-dimensional liquid crystal polarization gratings. Crystals. 2021;11(9):1015. DOI: 10.3390/cryst11091015.
  2. Huang Bing-Yau, Lin Tsung-Hsien, Jhuang Tian-Yi, Kuo Chie-Tong. Electrically tunable Fresnel lens in twisted-nematic liquid crystals fabricated by a Sagnac interferometer. Polymers. 2019;11(9):1448. DOI: 10.3390/polym11091448.
  3. Kawai K, Sasaki T, Noda K, Sakamoto M, Kawatsuki N, Ono H. Holographic binary grating liquid crystal cells fabricated by one-step exposure of photocrosslinkable polymer liquid crystalline alignment substrates to a polarization interference ultraviolet beam. Applied Optics. 2015;54(19):6010–6018. DOI: 10.1364/AO.54.006010.
  4. Nieborek M, Rutkowska K, Woliński TR, Bartosewicz B, Jankiewicz B, Szmigiel D, et al. Tunable polarization gratings based on nematic liquid crystal mixtures photoaligned with azo polymer-coated substrates. Crystals. 2020;10(9):768. DOI: 10.3390/cryst10090768.
  5. Rutkowska KA, Kozanecka-Szmigiel A. Design of tunable holographic liquid crystalline diffraction gratings. Sensors. 2020;20(23):6789. DOI: 10.3390/s20236789.
  6. Lee D, Lee H, Migara LK, Kwak K, Panov VP, Song J-K. Widely tunable optical vortex array generator based on grid patterned liquid crystal cell. Advanced Optical Materials. 2021;9(2):2001604. DOI: 10.1002/adom.202001604.
  7. Huang Shuan-Yu, Huang Bing-Yau, Kang Chi-Chung, Kuo Chie-Tong. Diffraction and polarization properties of electricallytunable nematic liquid crystal grating. Polymers. 2020;12(9):1929. DOI: 10.3390/polym12091929.
  8. Kazak AA, Kazak LA, Melnikova EA, Tolstic AL. [Diffraction liquid crystal elements for the formation of vortex light fields]. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 1, Fizika. Matematika. Informatika. 2011;1:3–6. Russian.
  9. Chen Peng, Lu Yan-Qing, Hu Wei. Beam shaping via photopatterned liquid crystals. Liquid Crystals. 2016;43(13–15):2051–2061. DOI: 10.1080/02678292.2016.1191685.
  10. 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.
  11. Chigrinov V, Kudreyko A, Guo Q. Patterned photoalignment in thin films: physics and applications. Crystals. 2021;11(2):84. DOI: 10.3390/cryst11020084.
  12. Chigrinov V, Sun J, Wang X. Photoaligning and photopatterning: new LC technology. Crystals. 2020;10(4):323. DOI: 10.3390/cryst10040323.
  13. Kabanova OS, Rushnova II, Melnikova EA, Tolstik AL, Muravsky AlA, Murauski AnA, et al. Two-dimentional diffractive optical structure based on patterned photoalignment of polymerizable liquid crystal. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2019;3:4–11. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2019-3-4-11.
  14. Mikulich VS, Murawski AnA, Muravsky AlA, Agabekov VE. Influence of methyl substituents on azo-dye photoalignment in thin films. Journal of Applied Spectroscopy. 2016;83(1):115–120. DOI: 10.1007/s10812-016-0252-y.
  15. Crawford GP, Eakin JN, Radcliffe MD, Callan-Jones A, Pelcovits RA. Liquid-crystal diffraction gratings using polarization holography alignment techniques. Journal of Applied Physics. 2005;98(12):123102. DOI: 10.1063/1.2146075.
  16. Blinov LM. Elektro- i magnitooptika zhidkikh kristallov [Electro- and magnetooptics of liquid crystals]. Moscow: Nauka; 1978. 384 p. Russian.
  17. Palto SP, Blinov LM, Barnik MI, Lazarev VV, Umanskii BA, Shtykov NM. [Photonics of liquid-crystal structures. A review]. Kristallografiya. 2011;56(4):667–697. Russian.
Опубликован
2023-05-25
Ключевые слова: оптические вихри, поляризационная голография, дифракция, фазовые пластинки, азокраситель, жидкие кристаллы, фотоориентация
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке государственной программы научных исследований «Конвергенция-2025».
Как цитировать
Пантелеева, Е. П., Кабанова, О. С., & Мельникова, Е. А. (2023). Формирование переключаемых дифракционных решеток в слое жидкого кристалла методом поляризационной голографии. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 39-50. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/5602
Выпуск
№ 2 (2023): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2023 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).