Диссертация (1173423), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Оценки для 5ЦБ (K11=7,5×10-12 Н,Δε=11,5, Δn=0,19) и значения U = 70 В и d = 80 мкм дают значения ξE = 83 нм иδ/π≤0,14 для синего излучения. В этом случае можно пренебречь изменениемсостояния поляризации света, проходящего через слой ЖК.Данныеоценкиподтвердиливозможностьвведениязеркалавэкспериментальную установку. Голубой поляризованный свет, проходящий черезячейку, отражался зеркалом без существенного изменения состояния поляризациии освещал ячейку с противоположной стороны.
Оно обеспечивало болеесимметричное освещение обеих подложек.3.2 Схема экспериментальной установки и методика проведенияэксперимента по комбинированному воздействию светового излучения иэлектрического поля на ориентацию жидкокристаллического слояМетод фотоориентации основывается на светоиндуцированных измененияхориентации молекул красителя в слоях нанометровых размеров. Начальнаяориентация молекул красителя, определяемая положением поляризации световойволны, в дальнейшем может быть изменена путем вторичного облучения светом споляризационным состоянием, отличным от соответствующего состояния припредварительном облучении.
Данное свойство позволяет изменять поверхностнуюи объемную ориентацию ЖК после заполнения им плоского капилляра.В предыдущих экспериментах по изменению направления поверхностнойориентации путем комбинированного воздействия поляризованным синим светоми электрическим полем [68] было установлено, что толщина слоя влияет на90переориентацию молекул ЖК на поверхности, противоположной той, на которуюпроизводится воздействие. Это означает, что скорость и угол изменения легкой осижидких кристаллов на обеих поверхностях отличались, что влияло на качествопереориентации слоя в целом. В связи с этим для проведения эксперимента поизучению фотоиндуцированной динамики изменения ориентации ЖК быларазработана схема экспериментальной установки, представленная на Рисунке 3.3.Отличительной особенностью установки являлось наличие зеркала, что позволилоосуществить одновременное облучение обеих подложек линейно-поляризованнымсиним светом.Рисунок 3.3 – Схема экспериментальной установки, позволяющая произвести переориентациюлегкой оси НЖК при использовании линейно-поляризованного синего света и электрическогополя.Комбинированноевоздействиеэлектрическогополяилинейно-поляризованного синего света обеспечивалось в течение относительно большоговременного интервала (около 300 с).
Действие поля и поляризованного светапрекращалось на некоторый короткий промежуток времени (около 90 с),необходимый для быстрой релаксации объемной ориентации ЖК слоя в состояние,определяемое поверхностями. На этот период удалялось зеркало, что приводило кизменению интенсивности проходящего лазерного излучения от нулевого уровнядо квазистационарного значения Is интенсивности света, зарегистрированного в91конце этого периода.
Процедуру, описанную выше, повторяли каждые 600 с, чтобыполучить зависимость Is от времени воздействия texp, пример которой представленна Рисунке 3.4. Медленное изменение Is в ходе эксперимента можно связать ссоответствующими изменениями ориентации ЖК слоя, вызванными поворотомлегких осей на подложках.Рисунок 3.4 – Временная зависимость интенсивности прошедшего излучения через ЖК ячейку вскрещенных поляроидах (Dp=7 кДж/м2). Быстрые изменения интенсивности происходят послеудаления зеркала и выключении воздействия света и электрического поля. Отражает вращениелегкой оси на обеих подложках.Данные локальные измерения проводились для средней зоны с дозойпредварительного облучения (Dp=7 кДж/м2).
При этом две другие зоны такжеподергались указанному воздействию, что позволяло получить дополнительнуюинформацию об изменении ориентации в пределах этих зон после проведенияэксперимента. Измерения проводились при комнатной температуре T=296±0,5 К.Комбинированноевоздействиелинейно-поляризованногосинегосветаи92электрического поля оказывалось в течение texp = 3600 с, при этом снятие данныхпроизводилось каждые пять минут, а значение I выбиралось средним.При такой постановке эксперимента осуществлялось синхронное изменениеповерхностной ориентации ЖК на обеих подложках за счет подавления фазовойзадержки между обыкновенным и необыкновенным лучами с помощьюэлектрического поля, что приводило к пространственно-однородному поворотудиректора ЖК в пределах слоя.3.3 Полученные результаты и их обсуждениеВ данном параграфе приведены результаты исследований медленнойдинамики поворота молекул азо-красителя при комбинированном воздействиилинейно-поляризованного излучения и электрическим полем, выполненные поописанной выше методике, а также результаты обработки изображений ЖК ячейкипосле воздействия на нее излучения и поля.
Численные квазистационарного уровняинтенсивности Is в различные моменты времени для зоны 2 представлены вTаблице 3.1.Таблица 3.1 – Значения интенсивностей прошедшего излучения после обработкиРисунка 3.4.texp, с6009001200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Is ,1,51,10,90,770,610,550,480,450,40,370,35отн.ед.На основании данных Таблицы 3.1 построена зависимость Is(texp),изображенная на Рисунке 3.5. Она отражает динамику медленной переориентациислоя ЖК, вызванной вращением легких осей на обеих подложках.
Полученныеданные хорошо аппроксимируются простым экспоненциальным законом, чтообъясняется линейным режимом медленного вращения легких осей и объемного93директора. Обработка зависимости Is(texp) может быть проведена с использованиемуравнения (3.3):C = 3 sin$ (/2) sin$ 2( − ) ,(3.3)где α – угол поворота директора ЖК относительно начального положения(скрещенные поляроиды); b = 40° - заданный угол поворота поляризатораотносительно анализатора.Рисунок 3.5 – Зависимости интенсивности Is прошедшего лазерного излучения (а) и угла α (б),описывающего поворот оптической оси планарного ЖК образца, от времени экспозиции приоблучении светом (=450 нм) и воздействии электрическим полем (U=70 В); Dp=7 кДж/м2; β=40º.Принимая во внимание, что для медленной поверхностной динамикиобъемная ориентация директора определяется соответствующей ориентациейлегких осей φe, можно определить временные вариации угла α, вычисленные изуравнения (3.3), через изменения азимутального угла φe одновременного вращения(скольжения) простых осей на обеих подложках: †¤Ä = † †¤Ä − † †¤Äà3(3.4)Зависимость α от времени экспозиции texp показана на Рисунке 3.5 (б).
Важноотметить, что эту зависимость можно описать простым экспоненциальным закономсо стационарным значением αs = 37,9°, близким к углу β = 40°. Полученноезначение времени релаксации (τe = 1050 с) типично для светоиндуцированногоскольжения [85].94Детальный анализ полученных выше экспериментальных результатов можетбыть выполнен в рамках предложенных ранее моделей. В частности, теоретическоеисследованиекинетикифотоиндуцированнойпереориентации,вызваннойлинейно-поляризованным переориентирующим светом в тонких пленках азокрасителя, которые изначально облучались УФ излучением, представлено в работе[3].
Процесс переориентации рассматривается как вращательная диффузиямолекул в зависимом от интенсивности и поляризации света потенциала среднегополя. Двумерная модель вращательной диффузии, основанная на уравненииФоккера-Планка и описывающая режим переориентации в плоскости слоя,обобщалась для анализа динамики тензорного параметра порядка азо-красителяпри изменении азимута поляризации переориентирующего света. При этомсчиталось, что процессы переориентации молекул красителя, протекающие в слоеазо-красителя SD-1, транслируются на поворот легкой оси, определяющейусредненнуюориентациюмолекулжидкогокристалла,абсорбированныхповерхностью азокрасителя, что приводит к экспериментально регистрируемомуизменениюоптическихсвойствЖКслоя[3].Дляописанияэффектафотоиндуцированного скольжения легкой оси в присутствии электрического поля,приложенного в плоскости ЖК слоя, использовалась феноменологическая модель,сформулированная в работах [70, 86] и основанная на системе связанныхуравнений баланса моментов сил, действующих на легкую ось, поверхностный иобъемный директоры ЖК с учетом воздействия поляризованного излучения иэлектрического поля.
Детальный математический анализ данной модели былвыполнен в работе [81]. При этом в отсутствие электрического поля было полученоследующеенелинейноеуравнение,описывающеевременноеизменениеазимутального угла φe поворота легкой оси:£á‰£‹=−â‰$S‰sin 2(† − ã ),(3.5)где γe – специфический диссипативный параметр – поверхностная вязкостьглайдинга; We – эффективный параметр, который определяет силу сцеплениямежду легкой осью ne и начальным направлением поверхностной ориентации; φm –фазовый сдвиг, зависящий от направления поляризации воздействующей световой95волны. Интересно, что аналогичное уравнение для угла поворота легкой оси можновывестиизприближенногорешенияуравненийдиффузионноймодели,описывающего временную зависимость первой гармоники параметра порядка, ρ1,полученную пренебрежением вклада гармоник более высокого порядка. Можнопоказать, что это уравнение имеет вид (3.5), где φm и We/(2γe) заменены на(•ä‹)параметры диффузионной модели αp и H# [3] соответствующие азимутуполяризации световой волны и коэффициенту вращательной диффузии слоякрасителя.
Решение динамического уравнения (3.5) имеет вид:tan † − ã = tan † 0 − ã −/† ,(3.6)где te=γe/We – характерное время переориентации легкой оси. В случаеотносительно малых углов поворота легкой оси, что приближенно выполняется вописанных выше экспериментах, значения тангенсов углов поворота можнозаменить соответствующими значениями самих углов что приводит теоретическуюзависимостькэмпирическиполученномувиду(3.4).Сравнениеэкспериментальных данных с представленной выше теоретической зависимостьюпоказано на Рисунке 3.6. В целом теория адекватно описывает экспериментальныеданные, за исключением несколько меньших (примерно на 3 град) значенийпредельного угла поворота легкой оси = 37°по сравнению с заданным вэксперименте углом поворота плоскости поляризации вторичного излучения =40°.Приведенный анализ экспериментальных данных позволяет оценить входящиевтеоретическиемоделикомбинации(•ä‹)феноменологической модели и Hреологическихпараметров(γe/We# диффузионной теории).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
