Управляемая дифракционная решетка на основе двумерного массива жидкокристаллических доменов

  • Ольга Сергеевна Кабанова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ирина Ивановна Рушнова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Екатерина Петровна Пантелеева Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Елена Александровна Мельникова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Алексей Леонидович Толстик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

На основе эффекта фотоориентации оптимизирована технология формирования двумерного массива жидкокристаллических доменов с закрученной и планарной ориентациями директора, функционирующего в режиме двумерной дифракционной решетки. С помощью метода поляризационной микроскопии установлено соответствие ориентации директора в объеме жидкокристаллического слоя заданной геометрии. Экспериментально изучено влияние электрического поля на дифракционные и поляризационные свойства разработанной двумерной решетки. Найдено оптимальное значение управляющего напряжения, обеспечивающее максимальные величины дифракционной эффективности в первых порядках дифракции. Экспериментально исследованы состояния поляризации излучения, дифрагированного в направлении нулевого и первых порядков, в выключенном состоянии и при приложении к решетке оптимального напряжения, соответствующего максимальной дифракционной эффективности. Установлено, что прошедший и дифрагированные в первые порядки световые пучки характеризуются ортогональными поляризациями. Таким образом, предлагаемая дифракционная решетка на основе двумерного массива жидкокристаллических доменов обеспечивает пространственное разделение входного оптического сигнала на несколько каналов с возможностью управления состоянием поляризации и величиной дифракционной эффективности, что открывает перспективы для применения данных структур в оптоэлектронных устройствах, реализующих управление оптическим излучением.

Биографии авторов

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

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий кафедрой высшей математики и математической физики физического факультета

Ирина Ивановна Рушнова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; старший научный сотрудник кафедры высшей математики и математической физики физического факультета

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

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

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

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета

Алексей Леонидович Толстик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии физического факультета

Литература

  1. Zuo K, Shi Y, Luo D. A review of two-dimensional liquid crystal polarization gratings. Crystals. 2021;11(9):1015. DOI: 10.3390/cryst11091015.
  2. Kamiak KG, Kabanova OS, Rushnova II, Melnikova EA, Tolstik AL. Switchable diffraction gratings based on the periodic binary alignment of a nematic liquid crystal. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2021;85(12):1496–1500. DOI: 10.3103/S106287382112011X.
  3. Lu Y-Q, Hu W, Srivastava A, Chigrinov VG. Fabrication of liquid crystal gratings based on photoalignment technology. In: Chien L-C, Broer DJ, Chigrinov VG, Yoon T-H, editors. Emerging liquid crystal technologies VIII; 2013 February 5–6; San Francisco, USA. Bellingham: SPIE; 2013. p. 86420G (Proceedings of SPIE; volume 8642). DOI: 10.1117/12.2004245.
  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. Li S-Z, Zhao Z-W, Wang C-M, Wang Q-D, Yao L, Peng Z-H, et al. Electrically tunable photo-aligned two-dimensional liquid crystal polarisation grating. Liquid Crystals. 2019;46(8):1175–1182. DOI: 10.1080/02678292.2018.1543781.
  6. Yu C-J, Jang E, Lee S-D, Kim H-R. Design and fabrication of high-performance liquid crystal gratings. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2006;454(1):363–376. DOI: 10.1080/15421400600656095.
  7. Пантелеева ЕП, Кабанова ОС, Мельникова ЕА. Формирование переключаемых дифракционных решеток в слое жидкого кристалла методом поляризационной голографии. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2023;2:39–50. EDN: IBNISS.
  8. Кабанова ОС, Рушнова ИИ, Мельникова ЕА, Толстик АЛ, Муравский АлА, Муравский АнА и др. Двумерная дифракционная оптическая структура на основе текстурированной фотоориентации полимеризуемого жидкого кристалла. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2019;3:4–11. DOI: 10.33581/2520-2243-2019-3-4-11.
  9. Chigrinov V, Kudreyko A, Guo Q. Patterned photoalignment in thin films: physics and applications. Crystals. 2021;11(2):84. DOI: 10.3390/cryst11020084.
  10. Muravsky A, Mikulich V, Murauski A, Bezruchenko V. P-115: new photoalignment material: azimuthal anchoring energy decreases at very high photo-induced order parameters. SID Symposium Digest of Technical Papers. 2015;46(1):1602–1604. DOI: 10.1002/sdtp.10006.
  11. Melnikova E, Stashkevich I, Rushnova I, Tolstik A, Timofeev S. Polarization properties of the electrically controlled twist-planar liquid crystal diffraction structure. Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2022;25(3):229–244. DOI: 10.33581/1561-4085-2022-25-3-229-244.
Опубликован
2025-01-31
Ключевые слова: дифракционная решетка, жидкий кристалл, поляризация, фотоориентация
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Ф23М-070).
Как цитировать
Кабанова, О. С., Рушнова, И. И., Пантелеева , Е. П., Мельникова, Е. А., & Толстик, А. Л. (2025). Управляемая дифракционная решетка на основе двумерного массива жидкокристаллических доменов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 66-76. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6869
Выпуск
№ 1 (2025): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2025 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).