无外加电场条件下双频液晶的太赫兹光学特性

首先对不加偏压时的双频液晶在太赫兹波段的光学性质进行研究,利用THz-TDS系统测量得到了如图8.11(a)所示的空气(Air)、空液晶盒(Blank Cell)和分别填充了三种双频液晶的样品(LC 016、LC 026、LC 122)的时域信号。以空气信号为参考得到空液晶盒和三种液晶样品盒的透过率谱[图8.11(b)],空液晶盒的透过率为80%,损耗为20%。器件的插入损耗包含两个部分,一部分是材料本身对太赫兹波的吸收,另一部分是界面反射损耗。考虑到空气-石英界面的菲涅尔反射,空液晶盒的石英-空气-石英结构带来的反射损耗恰好为20%,这说明间隔为3 mm的金属电极对太赫兹波传输的影响很小,可以忽略不计。与空液晶盒相比,由于液晶材料对太赫兹波的吸收,三种液晶样品盒的插入损耗要更大,而且频率越高损耗越大。例如在0.66 THz处,LC 016液晶样品的插入损耗为26%,比空液晶盒的插入损耗大6%,但是在0.2~0.55 THz,它的透过率与空液晶盒相比还要略高一些,这是因为液晶-石英界面的菲涅耳反射损耗小。

图8.11　(www.xing528.com)

(a)空气、空液晶盒、无外加电场时三种液晶样品盒的时域信号;(b)空液晶盒和无外加电场时三种液晶样品盒的透过率曲线;(c,d)无外加电场时三种液晶的折射率和吸收系数[17]

然后利用式(8.4)、式(8.5),以空液晶盒为参考,得到三种液晶在不加偏压时的折射率和吸收系数[图8.11(c)和图8.11(d)]。在未施加偏置电压时,液晶分子是随机排布的,分子取向杂乱无章,此时可以把600μm厚的液晶层视为各向同性。对比三种型号的液晶样品,在测试频率范围(0.2~1.6 THz)内,LC 016液晶的折射率最大并且表现为负色散。三种液晶的吸收系数曲线在低于1 THz时比较接近并且都小于20 cm-1,所以双频液晶本身带来的吸收损耗在太赫兹波段是可以接受的。接下来主要以LC 016液晶为对象进行讨论。