2.1液晶的光学特性-PPT课件.ppt
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- 2.1 液晶 光学 特性 PPT 课件
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1、122.1 液晶的光学特性液晶的光学特性 Optical Properties of Liquid Crystals 液晶作为一种液态的晶体,具有与晶体非常相似的性质,但它是一种“可以流动的晶体”,因而有些性质又是普通晶体所没有的,但这些性质可在理解了晶体光学的基本原理基础上得到解释。所以本章将先阐述晶体光学的基本原理,然后依据其基本原理来解释液晶的特殊的光学现象。32.1.1 偏振光的产生和叠加偏振光的产生和叠加光波为横电磁波:4如何获得偏振光?如何获得偏振光?由反射和折射产生偏振光:以B(布儒斯特角)入射,反射光是线偏光,透射光是部分偏振光。当以B入射时,经多次反射与折射,反射光、透射光均
2、为线偏光。5由双折射产生偏振光,如尼科尔棱镜;由二向色性(dichroism)产生偏振光。(碘硫酸金鸡钠)二向色性:当偏振光的偏振方向与分子长轴(或晶体长轴)平行,则光被最大地吸收;若偏振光的偏振方向与分子长轴 (或晶体长轴)垂直,则光被最大地通过。6 因未偏极化的光源(自然光)其电场之偏振方向与大小具完全对称性,故当通过Polarizer后,其电场振幅E之大小与Polarizer之角度值无关。故无论Polarizer之角度为何,通过Polarizer之线偏振光之强度为12oTII7偏振光的叠加与干涉偏振光的叠加与干涉21(1)sin(2)sin任一沿z方向前进的线偏振光,其电场E的偏振方向必
3、平行于x-y平面,若将其分解为沿x轴分量和沿y轴分量,经过不同的光程,有0120cos()cos()xxyyEEtEEt110220coscossinsin(1)coscossinsin(2)xxyyEttEEttE合矢量末端运动轨迹求法(通过消去t):21(1)cos(2)cos得:212100coscossinsinyxxyEEtEE()(3)得:212100sinsincossinyxxyEEtEE()(4)83422()()得合矢量末端的轨迹方程:22221212200002cos()sinyxyxxyxyEE EEEEE E()(5)2122112()n dn d相位差:讨论:为2的
4、整数倍时,(5)式化为 为的奇数倍时,(5)式化为 为/2的奇数倍时,(5)式化为若 ,则化为圆偏振光:为其他值时,合成电矢量端点的轨迹为椭圆。00yyxxEEEE00yyxxEEEE 2222001yxxyEEEE000 xyEEE2220 xyEEE9The Polarization of E is dependent on the value of.Half-wave plate(/2 plate)(180o)retarderQuarter-wave plate(/4 plate)/2(90o)retarder102.1.2 双折射现象及分析方法双折射现象及分析方法一、折射率椭球一、折射
5、率椭球 利用折射率椭球确定光线通过单轴晶体或液晶中任一方向时o光和e光的折射率。11向列型液晶和多数近晶液晶类似于单轴晶体,可以按如下方式计算折射率:12设晶片的厚度为d,在晶片中,o光和e光的相位差:这种能使光矢量互相垂直的两支偏振光产生相移的晶片叫波片。二、波片二、波片131、1/4波片波片142、1/2波片波片153、全波片、全波片 16 值得注意的是所谓1/4波片、1/2波片或全波片都是针对某一特定波长而言的。与偏光显微镜配套的波片是指对钠黄光(波长为5893A)而言的。链接:制造尺寸小的波片的材料为云母。云母容易解理成很薄的薄片,而且厚度较易控制,所以用来制造波片是很适宜的。经过拉伸
6、的聚乙烯醇薄膜也可用来制造波片。这种大尺寸的波片已用于超扭曲液晶显示屏上,可得到黑白模式的超扭曲显示屏,从而为超扭曲彩色显示屏奠定了基础。17三、偏振光与波片的矩阵分析法三、偏振光与波片的矩阵分析法1.偏振光的矩阵表示偏振光的矩阵表示琼斯矩阵琼斯矩阵 在与光线垂直的平面上选定直角坐标系xoy,任一偏振光,无论是线偏振光,圆偏振光,还是椭圆偏振光,都可以用光矢量在两个坐标系上的投影来表示:或者用复振幅表示:称为:琼斯矢量18将上述矩阵归一化:例1:光矢量沿X轴的振幅为E0的线偏振光,归一化琼斯矢量为例2:光矢量与X轴成角,振幅为E0的线偏振光,归一化琼斯矢量为0000coscos1sinsinE
7、EEE19例3:圆偏振光归一化琼斯矢量为202.偏振器件的矩阵表示偏振器件的矩阵表示 偏振光通过偏振器件后,它的偏振状态会发生变化。入射光线的偏振状态用 表示,出射光的偏振状态用 表示,偏振器件G起着 和 之间的变换作用。或任一偏振器件的特性可以用矩阵G来描述。矩阵G叫做该器件的琼斯矩阵。21例4:设1/4波片的快慢轴分别沿X轴和Y轴方向,它对任何偏振光的作用是使Y轴分量相对于X轴分量产生的位相滞后。设入射光的琼斯矢量为 ,出射光的琼斯矢量为 ,则 写成矩阵形式:22例5:透光轴在X方向和在Y方向的偏振片的琼斯矩阵分别为:透光轴与X轴成角偏振片的琼斯矩阵为:23例6:设有偏振光,光矢量与X轴的
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