УДК: 53.097, 532.016, 535.15, 535.557, 537.9

Пути повышения быстродействия электроуправляемых оптических устройств на основе нематических жидких кристаллов

Амосова Л.П., Васильев В.Н., Иванова Н.Л., Коншина Е.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Амосова Л.П., Васильев В.Н., Иванова Н.Л., Коншина Е.А. Пути повышения быстродействия электроуправляемых оптических устройств на основе нематических жидких кристаллов // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 2. С. 3–14.

Amosova L.P., Vasiliev V.N., Ivanova N.L., Konshina E.A. Ways of increasing the response rate of electrically controlled optical devices based on nematic liquid crystals [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2010. V. 77. № 2. P. 3–14.

Ссылка на англоязычную версию:

L. P. Amosova, V. N. Vasil'ev, N. L. Ivanova, and E. A. Konshina, "Ways of increasing the response rate of electrically controlled optical devices based on nematic liquid crystals," Journal of Optical Technology. 77(2), 79-87 (2010). https://doi.org/10.1364/JOT.77.000079

Аннотация:

Обзор посвящен проблеме повышения быстродействия жидкокристаллических (ЖК) устройств на основе нематических жидких кристаллов (НЖК), таких как оптические переключатели, модуляторы, регулируемые аттенюаторы и стабилизаторы для ближнего инфракрасного диапазона спектра. Наряду с известными способами, такими как режим работы со смещением и двухчастотная адресация НЖК с инверсией знака диэлектрической анизотропии, позволяющая управление процессом релаксации, рассматривается возможность ускорения работы за счет применения полимердиспергированных и полимерстабилизированных ЖК смесей. Показана необходимость оптимизации режимов питания ЖК устройств. Сравниваются динамические характеристики устройств, работающих на электрооптических S- и твист-эффектах. Рассматриваются перспективы использования НЖК-устройств в качестве активных компонентов оптоволоконных сетей.

Ключевые слова:

нематические жидкие кристаллы, жидкокристаллические электроуправляемые устройства, электрооптические S- и твист-эффекты, двухчастотные жидкие кристаллы, время отклика, время релаксации

Благодарность:

Работа подготовлена при финансовой поддержке Ведущей научной школы НШ-388.2008.9.

Коды OCIS: 230.3720, 160.3710

Список источников:

1. Mao C., Xu M., Feng W., Hyang T., Wu K., Lia J. Liquid-crystal applications in optical telecommunication // Proc. SPIE. 2003. V. 5003. P. 121–129.
2. Liang X., Lu Y.Q., Wu Y.H., Du F., Wang H.Y., Wu S.T. Dual-frequency addressed variable optical attenuator with submillisecond response time // Jap. J. of Appl. Phys. 2005. V. 44. № 3. P. 1292–1295.
3. Hanson E.G. Polarization independent liquid crystal optical attenuator for fiber-optics applications // Appl. Opt. 1982. V. 21. № 7. P. 1342–1344.
4. Wu Y.H., Lin Y.H., Lu Y.Q., Fan Y.H., Wu J.R., Wu S.T. Submillisecond response variable optical attenuator based on sheared polymer network liquid crystal // Optics Express. 2004. V. 12. № 25. P. 6382–6389.
5. Blinov L.M., Chigrinov V.G. Electrooptic effects in liquid crystal materials. New York: Springer, 1994. 464 p.
6. Wu S.T., Efron U. Optical properties of thin nematic liquid crystal cells// Appl. Phys. Lett. 1986. V. 48. № 10. P. 624–626.
7. Wu S.T., Efron U., Lackner A.M. Optimal operation temperature of liquid crystal modulators // Appl. Opt. 1987. V. 26. P. 3441–3445.
8. Wu S.T., Wu C.S. High-speed liquid crystal modulators using transient nematic effect // J. Appl. Phys. 1989. V. 65. № 2. P. 527–532.
9. Березин П.Д., Блинов Л.М., Компанец И.Н., Никитин В.В. Электрооптическое переключение в ориентированных пленках жидкого кристалла // Квант. электрон. 1973. № 1 (13). С. 127–130.
10. Wu S.T., Wu C.S. Small angle relaxation of highly deformed nematic liquid crystals // Appl. Phys. Lett 1988. V. 53. № 19. P. 1794–1796.
11. Wu S.T. Nematic liquid crystal modulator with response time less than 100 μs at room temperature // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57. № 10. P. 986–988.
12. Fan Y.H., Lin Y.H., Ren. H., Gauza S.,Wu S.T. Fast response and scattering free polymer network liquid crystals for infrared light modulators // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. № 8. P. 1233–1235.
13. Pain F., Coquille R., Vinouze B., Wolffer N. Comparison of twisted and parallel nematic liquid crystal polarization controllers. Application to a 4×4 free space optical switch at 1,5 μm // Opt. Comm. 1997. V. 139. P. 199–204.
14. Lu Y.Q., Du F., Lin Y.H., Wu S.T. Variable optical attenuator based on polуmer-stabilized twisted nematic liquid crystal //Optics Express. 2004. V. 12. № 7. P. 1221–1227.
15. West J.L., Zang G., Glushchenko A., Reznikov Yu. Fast birefringent mode stressed liquid crystal // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. № 3. P. 031111-1-3.
16. Golovin A.B., Shiyanovskii S.V., Lavrentovich O.D. Fast switching dual-frequency liquid crystal optical retarder, driven by an amplitude and frequency modulated voltage // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. № 19. P. 3864–3866
17. Brimicombe P.D., Parry-Jones L.A., Elston S.J., Raynes E.P. Modeling of dual frequency liquid crystal materials and devices // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. P. 104104-1-6.
18. Коншина Е.А., Федоров М.А., Амосова Л.П., Исаев М.В., Костомаров Д.С. Динамика спада оптического пропускания в ячейках с двухчастотным нематическим жидким кристаллом // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. В. 9. С. 87–94.
19. Wang H., Wu T.X., Xinyu Z.X., Wu S.T. Correlation between liquid crystal director reorientation and optical response time of a homeotropic cell // J. of Appl. Phys. 2004. V. 95. № 10. P. 5502–5507.
20. Kubono A., Kyokane Y., Akiyama R., Tanaka K. Effects of cell parameters on the properties of hybrid twisted nematic displays // J. of Appl. Phys. 2001. V. 90. № 12. P. 5859–5865.
21. Mottram N.J., Brown C.V. Pulsed addressing of a dual frequency nematic liquid crystal // Phys. Rev. E. V. 74. 2006. P. 031703-1-7.
22. Lu Y.Q., Liang X., Wu Y.-H., Du F., Wang H.Y., Wu S.-T. Dual-frequency addressed hybrid aligned nematic liquid crystal // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. № 16. P. 3354–3356.
23. Hyang Y., Wen C.H., Wu S.T. Polarization-independent and submillisecond response phase modulators using a 90° twisted dual-frequency liquid crystal // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. № 2. P. 021103-1-3.
24. Golovin A.B., Pishnyak O.P., Shiyanovskii S.V., Lavrentovich O.D. Achromatic Linear Polarization Switch for Visible and Near Infrared Radiation Based on Dual- Frequency Twisted Nematic Cell // Proc. SPIE. 2006. V. 6135. 61350E. 8 pages.
25. Коншина Е.А., Федоров М.А., Рыбникова А.Е., Амосова Л.П., Иванова Н.Л., Исаев М.В., Костомаров Д.С. Динамика твист-эффекта в двухчастотном нематическом жидком кристалле // ЖТФ. 2009. Т. 79. В. 4. С. 111–116.
26. Коншина Е.А., Федоров М.А., Амосова Л.П., Исаев М.В., Костомаров Д.С. Оптические модуляторы на основе двухчастотного нематического жидкого кристалла // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 10. С. 73–80.
27. Meizi Jiao, Zhibing Ge, Qiong Song, Shin-Tson Wu. Alignment layer effects on thin liquid crystal cells // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. 061102-1-3.
28. Васильев В.Н., Коншина Е.А., Костомаров Д.С., Федоров М.А., Амосова Л.П., Гавриш Е.О. Влияние ориентирующей поверхности и толщины слоя жидкого кристалла на характеристики электро управляемых оптических модуляторов // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 79. В. 11. С. 111–116.
29. Barber B., Giles C.R., Askyuk V., Ruel R., Stuls L., Bishop D.A. Fiber Connectorized MEMS Variable Optical Attenuator // IEEE Photonics Technology Letters. 1998. V. 10. № 9. P. 1262–1264.
30. Cai H., Zhang X.M., Lu C., Liu A.Q.,Khoo E.H. Linear MEMS Variable Optical Attenuator Using Reflective Elliptical Mirror // IEEE Photonics Technology Letters. 2005. V. 16. № 2. P. 402–404.
31. Chen C., Lee C., Yeh J.A. Retro Reflection Type MOEMS VOA // IEEE Photonics Technology Letters. 2004. V. 16. № 10. P. 2290–2292.
32. Bashir A., Katila P., Ogier N., Saadany B., Khalil D.A. A MEMS- Based VOA with Very Low PDL // IEEE Photonics Technology Letters. 2004. V. 16. № 4. P. 1047–1049.
33. Masafumi I., Akira S., Yasusshi H., Atsushi R., Kouzou T., Atsushi S. A Pixelized VOA Using LC on Silicon Technologyfor Tunable Filters.// Opt. Rev. 2004. V. 11. № 2. P. 132–139.
34. Wu Y.H., Liang X., Lu Y.Q., Du F., Lin Y.H., Wu S.T. Variable optical attenuator with a polуmer-stabilized dual-frequency liquid crystal. // Appl. Opt. 2005. V. 44. № 20. P. 4394–4397.