[發明專利]利用層狀復合液晶薄膜的微弱信號放大器及其制備方法

無效

• 申請號: 200810064733.6
• 申請日: 2008-06-13
• 公開（公告）號: CN101299127A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: 姚鳳鳳;裴延波;孫秀冬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;G02F1/35;G02F1/133
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 劉婭

(一)技術領域

本發明屬于光折變層狀液晶器件的制備及相干光學放大技術領域。

(二)背景技術

在上個世紀九十年代之前，光折變材料主要集中在無機晶體材料。1991年，Ducharme首次在有機聚合物材料bisA-NPDA：DEH中發現了光折變效應。之后，有機光折變材料因其制備工藝簡單、改性容易、成本低廉而受到人們的廣泛關注。1994年，向列液晶光折變材料首次被報道。作為一種有機光折變材料，與傳統的晶體材料相比，液晶具有成本便宜，樣品制備容易、能夠與電子器件集成等優點；在有機光折變材料中，液晶材料的工作電壓要遠遠低于聚合物材料，而且它還具有很高的敏感性。因此，自從1994年首次報道液晶中的光折變效應，它立即引起了研究者的極大興趣。

當前，在單層液晶薄膜中報道的最高的信號增益系數高達3000cm^-1，所需的外加電場為0.3V/μm、泵浦光功率為～140mW，且能夠響應的弱信號光的功率為0.1mW的量級。然而，由于制備工藝等方面的原因，液晶樣品最大厚度被限制在一百微米左右，這樣一來小的樣品厚度(即小的耦合作用長度)使得大的增益系數并不一定能產生大的信號增益，最終只能獲得十幾倍的增益，這極大地限制了液晶器件在小信號放大、相位共軛、新型濾波、光限幅、神經網絡等領域的應用。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種具有超高光學敏感度和增益值高達～4000，能耗小、成本低廉、易于集成的層狀液晶薄膜光學放大器。

本發明的目的是這樣實現的：該層狀液晶薄膜光學放大元件是利用環氧膠將光學質量良好的向列液晶盒平行地粘接在一起制備而成的含有一組液晶盒的層狀結構元件，其中每一層液晶薄膜均外加電壓，液晶盒由兩塊經過表面處理的ITO玻璃和液晶薄膜組成。

本發明的另一目的在于提供這種層狀液晶器件的制備方法及小信號放大系統。

本發明的層狀液晶薄膜光學放大元件經由以下兩步制備而成。第一步為單個液晶盒的制備，具體制備過程如下：

1)利用超聲波清洗儀將ITO玻璃基底分別用丙酮和去離子水多次清洗后，用烘箱將其烘干；

2)在清潔的ITO表面上鍍一層表面取向層，使得液晶分子在ITO表面整齊定向排列；

3)利用聚酯墊片將兩塊鍍有表面取向層的ITO玻璃基底隔開，將兩塊ITO玻璃相互平行的兩個端面用環氧膠粘合起來，放置24小時后環氧膠將完全凝固；

4)利用表面張力將摻雜光敏劑的向列液晶灌入3)中給出的、由兩塊ITO玻璃組成的盒中。

通過上述過程就可以制備出光學質量良好的、液晶指向矢垂直于ITO玻璃表面的液晶盒，其結構示意圖如圖1所示。第二步將第一步獲得的光學質量良好的液晶盒平行地用膠粘接在一起，制備出含有多個液晶盒的層狀液晶薄膜光學放大元件，其中每一層液晶薄膜的外加電壓都可以單獨控制，見圖2。

本發明的層狀液晶器件小信號放大系統的實現如圖2和圖3所示：1)從激光器(Laser)發出的光束經由半波片(λ/2)和偏振片(P)后成為水平偏振入射光，經由反射鏡M₁改變方向后的入射光利用分束比可調的分束鏡(BS)進行分束，分為位于分束鏡(BS)的反射光路上的信號光和位于分束鏡(BS)的透射射光路上的泵浦光，其中泵浦光的強度可由中性衰減片(A)來調控；2)信號光和泵浦光分別經由反射鏡M₂和M₃改變方向后約以1°或更小的夾角相交(即(θ₁-θ₂)≈1°或更小)，并在液晶薄膜中產生空間周期與單層液晶薄膜厚度相當或更大的強度分布圖樣；3)將層狀液晶樣品(Sample)放置于泵浦光I₁₀和信號光I₂₀形成的干涉場中，樣品的法線與兩束記錄光的角平分線的夾角(θ₁+θ₂)/2可取能夠記錄光柵的任意角度；4)在每層液晶薄膜兩端都施加大小且極性相同的外加直流電壓，信號光和泵浦光會在每層液晶薄膜內形成薄的非局域光柵，從而可以實現泵浦光向信號光的非對稱能量轉移，其中小信號放大增益定義為加載泵浦光后與加載泵浦光前的信號光的透射光強I₂₁之間的比值。