[發(fā)明專利]金屬納米顆粒摻雜的液晶光開關(guān)及其制備方法和使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610245863.4
• 申請(qǐng)日: 2016-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN105652487A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單炯;饒大幸;李小莉;崔勇;高妍琦;馬偉新;周士安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院上海激光等離子體研究所
• 主分類號(hào): G02F1/13
• 分類號(hào): G02F1/13;G02F1/35
• 代理公司: 上海智力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31105
• 代理人: 周濤

技術(shù)領(lǐng)域

本裝置涉及液晶光開關(guān)，具體涉及一種金屬納米顆粒摻雜的液晶光開關(guān)及其制備方法和使用方法。

背景技術(shù)

隨著人類科技的飛速發(fā)展，光通信領(lǐng)域也蓬勃發(fā)展。光子無論在傳輸速度還是信息攜帶量方面都遠(yuǎn)勝電子，各種全光器件應(yīng)運(yùn)而生。全光開關(guān)是其中最為常見的全光器件，液晶光開關(guān)又是全光開關(guān)中應(yīng)用最為廣泛的一種。

液晶光開關(guān)采用一束泵浦光控制液晶分子的取向排列來改變探測(cè)光的透射光強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)作用。開關(guān)閾值光強(qiáng)和開關(guān)響應(yīng)速度是全光開關(guān)最重要的兩個(gè)參數(shù)。純液晶全光開關(guān)的開關(guān)閾值很高，并且響應(yīng)速度也比較慢，因而衍生出很多的改進(jìn)工作，其中影響最大的是在液晶中摻雜入染料分子，其光開關(guān)閾值可以有2個(gè)量級(jí)的降低。然而染料分子本身存在光漂白和光破壞，使用壽命不長，短時(shí)間內(nèi)很難再有突破性的進(jìn)展；通過改善液晶材料的性質(zhì)也可以適當(dāng)降低開關(guān)閾值和提高響應(yīng)速度，然而對(duì)液晶新材料的尋找也不是短時(shí)間之內(nèi)可以看到明朗的前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種金屬納米顆粒摻雜的液晶光開關(guān)及其制備方法和使用方法，能夠以降低全光開關(guān)閾值、提高開關(guān)響應(yīng)速度，在光開關(guān)和光通信領(lǐng)域有著極好的應(yīng)用潛力和前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種金屬納米顆粒摻雜的液晶光開關(guān)，該液晶光開關(guān)包括石英基板，兩塊石英基板形成一端開口的腔室，石英基板的四周用熱封層完全熱封封閉，所述腔室的內(nèi)壁上均鍍有ITO薄膜層，所述ITO薄膜層上均涂覆有金屬納米顆粒層，所述腔室中灌有液晶分子和經(jīng)過表面活性劑修飾的金屬納米顆粒，灌入液晶分子和經(jīng)過表面活性劑修飾的金屬納米顆粒后，腔室的開口端熱封封閉。

所述金屬納米顆粒層的厚度為10-80nm。

所述金屬納米顆粒層中金屬納米顆粒在腔室內(nèi)壁單層分布。

所述金屬納米顆粒在腔室內(nèi)壁單層分布的覆蓋率為75-78%。

所述金屬納米顆粒層為金納米顆粒層，經(jīng)過表面活性劑修飾的金屬納米顆粒為金納米顆粒。

所述金屬納米顆粒層為銀納米顆粒層，經(jīng)過表面活性劑修飾的金屬納米顆粒為銀納米顆粒。

所述腔室的寬度為5微米到300微米，所述石英基板厚度為毫米量級(jí)。

一種金屬納米顆粒摻雜的液晶光開關(guān)的制備方法，包括以下步驟：

第一步，將石英基板的四周通過熱封封閉組成一個(gè)一端開口的腔室，在所述腔室的內(nèi)壁表面均鍍有透明的ITO導(dǎo)電膜；

第二步，將一部分金屬納米顆粒通過物理吸附作用分散沉積在ITO導(dǎo)電膜表面，金屬納米顆粒在ITO導(dǎo)電膜表面單層分布形成緊密排列的單層分布，單層金屬納米顆粒密集分布但不相互疊加，金屬納米顆粒在ITO導(dǎo)電膜表面的覆蓋率不低于30%；

第三步，將另一部分金屬納米顆粒表面經(jīng)過表面活性劑修飾形成全包裹的修飾層，然后將修飾后的金屬納米顆粒加入液晶分子中并灌入腔室中，在腔室中形成以金屬納米顆粒為核心液晶分子包裹的球體，受液晶分子保護(hù)后，金屬納米顆粒之間分散狀分布；即金屬納米顆粒就很少再有碰撞團(tuán)聚的機(jī)會(huì)，因而金屬納米顆粒可以很好地分散在液晶之中，液晶分子通過定向摩擦作用在空腔中平行排列，其定向排列的好壞取決于液晶分子和ITO薄膜之間的錨定力大小，錨定力越大，定向排列越好，液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力就越大；

第四步，通過熱封封閉腔室的開口端。

所述表面活性劑通過官能團(tuán)分子一端與金屬納米顆粒進(jìn)行螯合，官能團(tuán)分子另一端與液晶分子進(jìn)行螯合，從而在金屬納米顆粒表面形成單層的表面活性劑層之后，在表面活性劑層外覆蓋一層液晶分子。

一種金屬納米顆粒摻雜的液晶光開關(guān)的使用方法，包括以下步驟，

第一步，采用探測(cè)光作為信號(hào)光，采用泵浦光作為控制光，所述探測(cè)光和泵浦光同時(shí)照射在石英基板的外表面，泵浦光的光斑覆蓋探測(cè)光的光斑；在信號(hào)光的入射端設(shè)置起偏器，在信號(hào)光的出射端設(shè)置檢偏器，所述起偏器和檢偏器的偏振方向相互垂直；當(dāng)沒有泵浦光照射時(shí)，信號(hào)光通過起偏器變成偏振光，經(jīng)過液晶開關(guān)之后到達(dá)檢偏器，由于起偏器和檢偏器的偏振方向垂直，信號(hào)光無法通過檢偏器，此時(shí)開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)；

第二步，當(dāng)泵浦光施加在液晶分子上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩克服石英基板對(duì)液晶分子的錨定力，液晶分子的排列方向發(fā)生改變，從而使信號(hào)光的偏振狀態(tài)由線偏振變成橢圓偏振，此時(shí)信號(hào)光到達(dá)檢偏器之后，將有部分強(qiáng)度可以通過，此時(shí)開關(guān)為開啟狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)液晶光開關(guān)的功能，透過光強(qiáng)的大小取決于泵浦光的強(qiáng)弱。