博信光学元件超市 / 2012-04-21
卡拉布里亚大学（UniversityofCalabria)）的研究人员最近发现，一种新一代的光敏液晶成分可用于控制光衍射，这样，不需要采用表面化学方法，就可以诱导光敏液晶组织化，制备高性能全光开关。
全光工艺会带来极大的速度提升，因为采用光子，就不需要把光子信号转换为电子信号，然后再转换回来，进行切换。全光工艺给光子学带来许多机会，但都受到阻碍，因为缺乏一些材料，既具有感光性，而且光学性质又可以快速、大幅度地可逆转化，只需利用光线的效应。
光敏液晶（PLC：PhotosensitiveLiquidCrystals）有偶氮组（azogroup），包含在它的介晶（mesogenic）结构中，兼具偶氮苯化合物（azobenzenecompound）的光敏性与液晶（LC）的高双折射率（birefringence）。通常情况下，把光敏液晶暴露于蓝绿色波长的辐射，它们就会发生构象转变，也就是顺反式光异构化（trans-cisphotoisomerization），这会极大地改变这种材料的宏观光学性质。此外，光敏液晶表现出，可以高度溶解于液晶，与此相反的是非介晶偶氮染料（azo-dyes），见《材料化学杂志》（JournalofMaterialsChemistry）上的论文《介晶与非介晶偶氮染料约束于软物质模板实现光开关衍射光栅》（Mesogenicversusnon-mesogenicazodyeconfinedinasoft-mattertemplateforrealizationofopticallyswitchablediffractiongratings）。
此外，高浓度光敏液晶在液晶中，不影响他们的序参量（orderparameter），也不会诱发相分离（phaseseparation）或边界条件的变化。
最后，在基底介质上，光敏液晶的光致异构效果远远高于非介晶掺杂的效果。实际上，后者作为杂质，可以减少基底液晶材料的序参量，而且表现出一种倾向，就是与液晶分离，沉积在边界，从而改变边界条件。与此相反，高浓度的光敏液晶不仅会产生高感光度，而且也会加快切换过程，因为只需要较短的时间，就可诱发材料光学性质的宏观变化，这产生于分子的光致激发（photoexcitation）。
“CPND-57”是新一代的光敏液晶成分，它的基础是哌嗪基推拉液晶（piperazine-basedpush-pullLC）偶氮染料CPND5和CPND7，见《材料化学杂志》上的论文：《光敏液晶用于光控衍射光栅》（Photo-sensitiveliquidcrystalsforopticallycontrolleddiffractiongratings）。在图1a中，展示了纯CPND-57溶解在四氢呋喃（tetrahydrofuran）中的吸收光谱，吸收峰值中心在λmax=460nm。
液晶光学器件的功能取决于液晶的方向，以及它的隔离拓扑。聚合物微观结构已形成，用于在微/纳米尺度限制各种各样的有机材料，稳定性来自纳米尺度的自组织过程。最近，他们探讨了一种“活性聚合物模板”的通用属性，可用于限制、定向和稳定一系列广泛的自组织材料，见《软物质》（SoftMatter）上的论文：《通用软物质模板进行光子应用》（Universalsoftmattertemplateforphotonicapplications）。
这样做，就开发了一系列广泛的光学、光电和全光效应，可以证实，“活性聚合物模板”具有不寻常属性，可诱导自组织，不需要使用任何表面化学或功能。特别是，通过渗透光敏液晶与“活性聚合物模板”，研究人员已经开发出引人入胜功能，可能控制光的衍射，只需要采用一种微型周期性结构，这要使用另一个光源。
“太阳耀斑”是偏光光学显微镜图像，显示光敏液晶液滴沉积在玻璃基板上，无需使用任何表面化学或处理。然而，光敏液晶可与模板良好对齐。模板渗透光敏液晶，具有优异的光学品质，这是显而易见的，在偏光光学显微镜图像中就是这样，如图3b所示。《先进材料》上有一篇论文《复合全息光栅含光响应液晶用于可见色子交换》（CompositeHolographicGratingsContainingLight-ResponsiveLiquidCrystalsforVisibleBichromaticSwitching），论文证明，光开关光栅用于偏振衍射，采用标准泵探头光学装置，使用绿色（514纳米的波长）泵激光器和氦氖（He-Ne）探测光束（633纳米）。图3c中的这些高效率光栅，可以全光切换开关，而且是在微秒-毫秒时间尺度。
因此，无需使用功能化表面，这种聚合物模板包含明确的结构规整的聚合物壁，具有不寻常性能，可以诱导光敏液晶组织化，这是高性能全光开关所需的。
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