[发明专利]向列液晶薄膜的制备及其中高分辨瞬态光栅的记录方法

说明书

(一)技术领域

本发明属于高分辨率向列液晶存储器件和液晶薄膜中的瞬态光栅技术领域。

(二)背景技术

由于向列液晶分子在电场的作用下极易重新取向，使得光折变液晶器件在极弱的电场作用下便能产生很强的折射率光栅，故自1994年以来液晶光折变材料引起了人们广泛的关注。更令人兴奋的是这种材料的高敏感性，即液晶中的光折变光栅能够在几十微瓦每平方厘米的泵浦光强下取得，这使得液晶的非线性折射率改变系数能够达到几十的量级。

但是低摩尔质量向列液晶系统也存在很大的不足，根据Rudenko与Khoo的报道可知：由于离子复合问题，向列液晶系统只有在大的光栅间距下(一般在十几微米到几十微米)才能有明显的光折变响应，且在光栅间距约等于两倍的液晶薄膜厚度时液晶体内的取向响应才最佳。1999年，Wiederrecht首次通过外加一强的磁场的方法在厚度为176μm的低摩尔质量向列液晶薄膜中观察到了光栅间距小到3.7μm的光折变光栅。他的实验中所使用的外加磁场的大小为0.3T，其中外加大的磁场使得能够制备出有序的、较厚的液晶薄膜而有利于提高液晶样品的分辨率。最近，一些研究者提出了利用光折变晶体作为基底来制备液晶盒的方法在向列液晶薄膜中记录高分辨率光栅。他们认为晶体中产生的空间电荷场能够穿透到向列液晶薄膜中，在该空间电荷场的作用下向列液晶分子会产生取向效应从而放大初始于晶体中产生的光折变光栅。

本发明采用光电导聚合物薄膜作为取向层制备了向列液晶盒，在大的外加电压作用下该光电导聚合物层中将会产生与光强空间分布相对应的空间电荷场。该空间电荷场会(通过倏逝波)渗透到液晶薄膜中并驱动液晶分子取向，从而在液晶薄膜中能够产生分辨率高达0.6μm的瞬态光折变光栅。当光栅间距为2.3μm时，向列液晶系统能够记录寿命可调、峰值强度相同的瞬态光栅。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够记录分辨率高达0.6μm的瞬态光折变光栅的向列液晶器件，这种成本低廉且易于与电子器件集成的液晶器件在高分辨率信息的瞬态存储等信息处理领域具有潜在的应用价值。

本发明的具体制备过程如下：

1)在聚乙烯咔唑(Poly(N-vinylcarbazole)，PVK)白色粉末中掺杂质量百分比为1/300的C₆₀，然后将掺杂C₆₀的PVK材料溶入甲苯和环己酮的混合溶剂中形成均匀的、呈褐红色的溶液；

2)利用超声波清洗仪将ITO(氧化锡铟，indium-tin-oxide)玻璃基底分别用丙酮和去离子水多次清洗后，用烘箱将其烘干；

3)利用滴管将掺杂C₆₀的PVK溶液滴置到清洁的ITO导电玻璃上通过旋涂的办法成膜，旋涂成膜后使样品中的溶剂充分蒸发掉后就制备出经由光电导层改性的ITO电极；

4)将PVK光电导层改性的ITO电极经由表面定向摩擦处理后与一块清洁的、未经任何表面处理的ITO玻璃利用聚酯垫片隔开，然后用环氧胶将留出几十微米厚间隙的两块ITO玻璃相互平行的两个端面粘合起来制备出一种非对称的盒；

5)通过毛细力将向列液晶灌入上述的非对称盒就可制备出光学质量良好的液晶盒。

其中，取向层是经由表面定向摩擦处理后的、利用旋涂法制备而成的十到百纳米厚的光电导聚合物薄膜，典型的液晶薄膜厚度为几十微米。

本发明的另一目的在于提供向列液晶薄膜中高分辨瞬态光栅的记录方法，a)液晶盒表面法线与两束记录光之间的角平分线的夹角不为零，使得外加直流电压能够在干涉条纹的波矢方向产生分压，从而能够在光电导聚合物薄膜中产生与光强分布相对应的空间电荷场；b)该高分辨率的空间电荷场将会穿透到向列液晶薄膜中驱动液晶分子重新取向而建立的折射率光栅。

其中，提供两束相干记录光的激光器可以为光电导聚合物敏感的任意波长的激光器。