[논문 리뷰] Composite Cell from Nematic and Cholesteric Liquid Crystals as an Rotator of Electrically Tunable Polarization Plane

A. H. Gevorgyan, K. B. Oganesyan외 7명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 07.

Liquid Crystal Research Advancements참고 문헌 8인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 전기적으로 조절 가능한 빛의 진동수 평면의 회전을 달성하기 위해 난성 액정(NLC) 및 콜레스터릭 액정(CLC) 층을 조합한 복합 액정 장치를 제안한다. 두 개의 NLC 층을 1/4파장판으로 사용하고 CLC 층을 선택적 반사에 사용함으로써, 시스템은 투과된 빛의 편광 상태를 동적으로 제어할 수 있으며, 응용 분야로 광통신에서 사용 가능한 전기적으로 조절 가능한 편광 회전기 또는 선형 편광기로 기능한다.

ABSTRACT

A liquid crystal optical device made of an optically anisotropic heterostructure is considered. The device consists of a cholesteric liquid crystal (CLC) layer sandwiched by two phase-shifting anisotropic layers of a nematic liquid crystal (NLC). In this structure each of the NLC layers is a quarterwave plate. The problem is solved both by Ambartsumian method of layer addition and Muller matrix method. The peculiarities of reflection spectra, eigen polarizations, rotation of polarization plane and polarization ellipticity are studied. It is shown that this device can work as a light modulator or a system for obtaining linearly polarized light with electrically tunable rotation of the polarization plane (which is especially important for optical communication), as well as a device for obtaining the linearly polarized light from a non-polarized one.

연구 동기 및 목표

• 액정 이종구조를 이용해 빛의 편광 상태를 동적으로 제어할 수 있는 조절 가능한 광학 장치를 설계하는 것.
• 투과된 빛의 편광 평면의 전기적 조절 가능한 회전을 실현하는 것.
• 편광 방향을 제어할 수 있는 선형 편광된 빛으로 비편광 빛을 효율적으로 변환하는 것.
• 복합 NLC-CLC-NLC 구조의 편광 특성과 반사 스펙트럼을 연구하는 것.
• 전기적으로 조절 가능한 편광 제어가 필요한 광통신 시스템에서의 응용을 탐색하는 것.

제안 방법

• 장치 구조는 두 개의 난성 액정(NLC) 층 사이에 콜레스터릭 액정(CLC) 층이 끼워진 것으로, 각 NLC 층은 1/4파장판으로 기능한다.
• 광학 전달 및 편광 변환을 모델링하기 위해 레이어 추가의 암바르츠وميان 방법과 멀러 매트릭스 방법을 사용하였다.
• 이론적 분석을 통해 고유편광, 반사 스펙트럼, 투과된 빛의 편광 타원도를 계산하였다.
• 편광 회전 각도의 조절 가능성을 결정하기 위해 외부 전기장에 대한 시스템 반응을 분석하였다.
• 이론적 분석에는 CLC 층의 이방성 및 나선형 피치가 광학 성능에 미치는 영향을 포함하였다.
• 다층 구조를 통과하는 편광 상태의 진화를 시뮬레이션하여 이론적 예측을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복합 NLC-CLC-NLC 구조는 전기적으로 조절 가능한 편광 회전기로 기능할 수 있는가?
• RQ2 장치에 가해진 전압에 따라 투과된 빛의 편광 상태는 어떻게 변하는가?
• RQ3 이종구조의 고유편광과 반사 특성은 무엇인가?
• RQ4 장치는 비편광 빛을 제어 가능한 방향을 갖는 선형 편광 빛으로 얼마나 효율적으로 변환할 수 있는가?
• RQ5 광학 성능은 NLC 및 CLC 층의 두께와 이방성에 어떻게 의존하는가?

주요 결과

• 장치는 전기적으로 제어 가능한 편광 회전기로 기능하여 투과된 빛의 편광 평면을 전기적으로 조절할 수 있다.
• 전압 조절을 통해 비편광 빛을 제어 가능한 방향을 갖는 선형 편광 빛으로 변환할 수 있다.
• 이론적 분석 결과, 편광 타원도와 고유편광은 CLC 층의 나선형 피치와 이방성에 크게 의존한다.
• 반사 스펙트럼은 콜레스터릭 층의 광학 금속역과 대응하는 좁은 정지대를 나타내며, 전압에 의해 조절 가능하다.
• NLC 층은 1/4파장판으로 기능하여 시스템이 조절 가능한 지연을 갖는 가변 웨이브플레이트로 기능할 수 있다.
• 동적 편광 제어가 필요한 광통신 시스템에서의 응용 잠재력이 입증되었다.