スメクティックA液晶のパターン形成とその微小球レーザへの応用

近晶A液晶图形形成及其在微球激光中的应用

基本信息

批准号：
13875063
负责人：
内藤裕義
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

試料には、スメクティックA相を呈するoctyloxycyanobiphenylと長鎖アルキルアルコールおよび、ローダミン6G等のレーザ色素を用いた。この混合物をガラス基板で挟み込むことにより試料を作製した。試料を温度安定性の優れた温度可変試料ステージに固定し、高画素ディジタルカメラを取り付けた偏光顕微鏡により形態観察を行った。試料中に半径50μm程度の小球を等方相から徐冷することにより成長させた。これに1KHzの交番電界を印加すると小球は分裂し、径の小さな球(微小球)へと変化した。電界強度を上げるに従い、より小さな径の微小球へと変化する様子が観察された。すなわち、電界を0.7V/μmから1.5V/μmに増加させると微小球の半径は12μmから4μmへと変化した。電界印加時の液晶微小球の安定性は、等方相-液晶相間のギブスの自由エネルギー差、等方相と液晶相の界面エネルギー、液晶微小球の曲率弾性エネルギー、液晶分子の誘電率異方性に起因する液晶微小球の誘電エネルギーを考慮することにより議論することができる。電界印加時に自発曲率が微小球全体に一様に誘起されると仮定すると、実験結果を説明することができた。なお、自発曲率の起源は電界印加により液晶分子が分極し、液晶ドメイン中に分極電荷が生じることに起因している。このことから電界印加により液晶微小球サイズを制御でき、波長可変微小球レーザとしての機能が期待できる。スメクティックA相等の異方性媒質微小球における光波伝播をFDTD(Finite Difference Time Domain)法により解析し、異方性媒質微小球であってもWbispering Gallery Modeが立つことを示した。光学顕微鏡、温度ステージ、窒素レーザ励起色素レーザ、分光系からなる蛍光顕微分光装置を構築し、外部電界を印加することによりサイズ制御したスメクティックA微小球においてWhispering Gallery Modeを見出した。これらの知見はスメクティックA微小球レーザ実現への端緒を拓くものである。

使用的样品是辛氧基氰基联苯（呈现近晶 A 相）、长链烷基醇和激光染料（如罗丹明 6G）。通过将该混合物夹在玻璃基板之间来制备样品。将样品固定在具有优异温度稳定性的变温样品台上，使用配备高像素数码相机的偏光显微镜观察其形貌。通过从各向同性相缓慢冷却，在样品中生长出半径约为 50 μm 的小球。当对其施加1KHz的交变电场时，小球分裂并变成直径更小的球体（微球体）。随着电场强度的增加，观察到颗粒变成更小直径的微球。即当电场从0.7V/μm增加到1.5V/μm时，微球的半径从12μm变为4μm。施加电场时液晶微球的稳定性由各向同性相与液晶相之间的吉布斯自由能差、各向同性相与液晶相之间的界面能、液体的曲率弹性能决定晶体微球和液晶分子的介电各向异性这可以通过考虑液晶微球由于其特性而产生的介电能来讨论。实验结果可以通过假设施加电场时在整个微球中均匀引起自发曲率来解释。注意，自发曲率的起源是由于施加电场和在液晶域中产生极化电荷而导致液晶分子的极化。由此，可以通过施加电场来控制液晶微球的尺寸，并且可以期望其用作波长可调谐微球激光器。我们使用FDTD（时域有限差分）方法分析了近晶A相等各向异性介质微球中的光波传播，结果表明即使在各向异性介质微球中也存在Wbispering Gallery模式。我们构建了一个由光学显微镜、温度台、氮激光激发染料激光器和光谱系统组成的荧光显微光谱系统，并在近晶A微球中发现了回音壁模式，其尺寸通过施加外部电场来控制。这些发现为实现近晶A微球激光器铺平了道路。