За разлика от конвенционалните LCD екрани, които просто затъмняват изображението, разработка на учени от Далекоизточния федерален университет и Ереванския държавен университет електрически пречупва светлинен лъч, без да го изкривява или губи яркост. Тази технология с дебелина 8 микрона обещава да освободи сложните оптични инструменти от обемисти въртящи се части, правейки ги по-компактни и надеждни, съобщава Scientific Russia.
Поляризацията на светлината е посоката на трептене на светлинна вълна. Контролирането на този параметър е от съществено значение във фотониката, лазерните технологии, технологиите за дисплеи, оптичните сензори и комуникационните системи. Обикновено за тази цел се използват специализирани оптични елементи, изискващи сложна настройка, но течните кристали позволяват свойствата на средата да се променят с помощта на електрическо поле, без механично преконфигуриране на устройството.
Учените са работили с холестерични течни кристали – материали, в които молекулите образуват спирална структура. В началното си състояние молекулите са ориентирани перпендикулярно на субстратите на клетката – тази конфигурация се постига при дебелини на клетката под критична стойност. Под въздействието на външно електрическо поле структурата се пренарежда и се трансформира в така наречената транслационно инвариантна конфигурация, при която молекулярната ориентация е равномерна в равнината на субстратите, но варира постоянно по цялата дебелина на клетката.
„В оптиката човек често трябва да избира между прецизност и гъвкавост, когато даден елемент се представя добре или за определена дължина на вълната, или за строго определена ориентация на светлината. Успяхме да демонстрираме, че тънка клетка с течни кристали може да поддържа линейността на светлината, докато върти поляризацията си в сравнително широк спектрален диапазон – от синьо до червено. Това е решаващо качество за контролируемата оптика, тъй като отваря пътя към по-компактни настройваеми елементи за фотониката, където контролът на светлината трябва да бъде бърз, прецизен и без механично движещи се части“, каза Ашот Геворгян, един от авторите на изследването, доктор на физико-математическите науки и професор в катедра „Обща и експериментална физика“ в Института за високи технологии и съвременни материали.
Експерименталната установка включваше суперконтинуален лазер, клетка с течни кристали под електрическо поле, две ахроматични полувълнови пластини и поляризационна камера. Изследователите работеха със смес от течни кристали с дебелина само 8 µm и стъпка на холестеричната спирала от 20 µm. Управляващото променливо напрежение беше приложено в диапазона до 20 V.
Ключовият резултат от изследването е, че една и съща клетка с течни кристали може да формира различни състояния на поляризация в зависимост от приложеното поле. В избрана област с размери 172,5 × 172,5 μm, степента на линейна поляризация се е увеличила от приблизително 0,5 при ниски напрежения до 0,9 с увеличаване на напрежението. Освен това, ефектът е зависел слабо от дължината на вълната в диапазона 400–600 nm, което означава, че е работил подобно за различни цветове в тази област на видимия спектър.
„Изследвахме клетка с дебелина само 8 микрона и, използвайки теоретичен модел, демонстрирахме как поляризационното състояние на пропусканата светлина трябва да се променя под въздействието на електрическо поле. Важно е, че това не е просто ефект на включване-изключване – една и съща клетка теоретично може да произведе различни поляризационни състояния в зависимост от приложеното напрежение, а експеримент, проведен от нашите колеги в Ереван, потвърди това“, отбеляза Андрей Малинченко, съавтор на изследването и изследовател в Института за високи технологии и съвременни материали към Далекоизточния федерален университет.
Авторите на изследването отбелязват, че получените резултати биха могли да бъдат полезни за разработване на настройваеми фотонни елементи, електрооптични модулатори и устройства за контрол на поляризацията на светлината. В бъдеще изследователите планират да изучават предаването не само на линейно, но и на елиптично поляризирана светлина през такива структури.
В проучването участваха специалисти от Ереванския държавен университет и Института за високи технологии и съвременни материали към Далекоизточния федерален университет. От името на Далекоизточния федерален университет в работата участваха Андрей Малинченко и Ашот Геворгян.