[论文解读] Cholesteric liquid crystals with tunable defect inside

A. H. Gevorgyan, K. B. Oganesyan+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2017

Liquid Crystal Research Advancements参考文献 9被引用 6

一句话总结

本文研究了具有可调各向同性或各向异性缺陷的胆甾相液晶（CLC）结构，证明通过调节缺陷层厚度、位置及折射率各向异性，可动态控制缺陷模的波长和反射强度。该系统表现出强烈的透射不对称性，并可通过结构和材料参数实现可调谐的光学响应，从而实现光子带隙特性的精确调控。

ABSTRACT

Peculiarities of the defect modes of cholesteric liquid crystals (CLCs) with an isotropic/anisotropic defect inside are investigated. The influence of the defect layer thickness and its anisotropy of refraction, the influence of the system thickness and of the defect layer position in the system, as well as the influence of the dielectric borders on the defect modes is investigated. It is shown that it is possible to change reflection at the defect modes in wide intervals and change the defect mode wavelength, by tuning the defect location and its thickness. Such a system possesses transmission asymmetry. Also, the CLC system thickness and the refraction coefficient of the medium bordering the CLC layer on its both sides have essential influence on the reflection at the defect mode and on the reflection frequency.

研究动机与目标

• 研究含有各向同性或各向异性缺陷的胆甾相液晶（CLCs）的光学响应。
• 理解缺陷层厚度、位置及折射率各向异性对缺陷模特性的影响。
• 分析系统厚度及介电边界条件对缺陷模处反射与透射的影响。
• 通过结构与材料工程，展示缺陷模波长与反射强度的可调性。
• 探索嵌入缺陷的胆甾相液晶系统中的透射不对称性，以期用于光子器件应用。

提出的方法

• 对中心嵌入缺陷层的周期性胆甾相超晶格结构进行数值建模。
• 采用传输矩阵法计算不同缺陷参数下的透射率与反射率光谱。
• 系统性地改变缺陷层厚度、其在超晶格中的位置以及折射率各向异性。
• 在CLC系统两侧引入介电边界层，以研究其对缺陷模特性的影响。
• 通过反转光束入射方向分析透射不对称性。
• 模拟正入射下的反射光谱，以评估缺陷模波长与强度的可调性。

实验结果

研究问题

• RQ1 缺陷层厚度如何影响胆甾相液晶中缺陷模的波长与强度？
• RQ2 将缺陷置于CLC超晶格不同位置会对光学响应产生何种影响？
• RQ3 缺陷层的折射率各向异性如何影响缺陷模特性？
• RQ4 周围边界的介电特性在多大程度上影响缺陷模处的反射？
• RQ5 在具有嵌入缺陷的此类CLC系统中，能否观察并控制透射不对称性？

主要发现

• 通过调节缺陷层厚度及其在CLC结构中的位置，可实现缺陷模波长的宽范围调谐。
• 通过改变缺陷层厚度和折射率各向异性，可显著调制缺陷模处的反射强度。
• 该系统表现出强烈的透射不对称性，即透射率因光入射方向不同而异。
• 整个CLC系统厚度及介电边界层的折射率对缺陷模的反射频率与振幅具有显著影响。
• 通过调节结构参数，可实现缺陷模在光子带隙内的移动，从而实现光学透射的动态控制。
• 缺陷层各向异性和边界条件的结合，可实现对缺陷模中心波长与带宽的精细调控。