样品的制作和测试方法优化

本小节对DP002-016、DP002-026、DP002-122这三种不同型号的双频液晶在太赫兹波段的光学性质进行了测试,表8.3是三种液晶的基本参数。T N→I是液晶从液晶态转变为各向同性态时的相变温度,γ是液晶黏滞系数,t是对偏压频率的响应时间。室温下测试这三种液晶不会导致液晶相变,而且这三种液晶对偏压频率的响应速度也是比较快的。

表8.3　双频液晶的物理参数

为了研究液晶的光学性质,我们设计制作了图8.10(a)所示的液晶盒,它由两片厚度为500μm的石英片构成,石英片之间夹着五根直径为600μm的铜丝,确定中间液晶层的厚度为600μm,铜丝用来当作电极。为保证施加的电场强度均匀且不影响太赫兹波的传输,电极间距固定为3 mm,如图8.10(b)所示。向电极之间填充液晶,然后用紫外光胶固定密封。为了研究双频液晶光学性质随偏压频率和强度的变化规律,施加频率在1~100 k Hz、电压在0~90 V变化的方波信号。

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图8.10　

(a)液晶盒实物图;(b)液晶盒横截面及几何参数示意图;(c,d)太赫兹波偏振方向与外加电场方向平行和垂直的配置示意图[17]

我们利用THz-TDS系统对x偏振和y偏振分别进行测试,图8.10(c)、图8.10(d)给出了外加电场方向和太赫兹波偏振方向的关系。对时域信号进行傅里叶变换可以得到相应的振幅透过率和相位分布信息,然后利用式(8.4)、式(8.5)计算出折射率n(ω),消光系数κ(ω)和吸收系数α(ω)：

式中,c是真空光速;ω是入射THz波的角频率;d是液晶层的厚度;Δδ(ω)=Δδs-Δδr是测试样品与参考信号之间的相位差;t(ω)=T s/T r是测试样品的振幅透过率。