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正文:

一、摘要：
本計劃主要是研究光束在液晶薄膜內(nèi)傳遞時，其波形散佈的非線性行為研
究。經(jīng)由光學顯微鏡的觀察，在接近液晶相變點(clearing point)溫度時，傳遞的
光速形成自聚焦現(xiàn)象，并有連續(xù)數(shù)個焦點被發(fā)現(xiàn)。我們進一步利用聚焦顯微術
(conoscopic technique)發(fā)現(xiàn)，偵測焦點所在位置有雙曲線圖形產(chǎn)生，我們認為主
要是由于在接近相變點溫度時，光場拉拔液晶分子的作用和熱擾動效應相互妥協(xié)
的結果，如此造成奇異點(singular point)在焦點處產(chǎn)生。我們并提出一分子排列
模型來說明實驗的結果。

關鍵詞：相變點溫度、自聚焦、奇異點、聚焦顯微鏡術

二、報告內(nèi)容：
雷射引致液晶分子偏轉(zhuǎn)是個相當有趣的課題，其所需能量約是常用物質(zhì)的

10 6 ~ 1010 分之一[1]。近年來在液晶薄膜內(nèi)添加染料分子更可將能量降低 10 3 分之
一，達到微瓦( µw )的級數(shù)[2]，其光學的非線性特性，如自聚焦 (self-focusing)，

波束溷合(mave -mixing)，和光束耦合(wave-coupling)等效應甚易被產(chǎn)生，其機制
也已廣泛的被研究[3]。最近利用光學顯微鏡觀察光束傳遞的情形引起大家廣泛
的注意 M. Peccianti 和 G. Assanto 的實驗團隊利用一微小電壓輔助液晶分子的偏
。
轉(zhuǎn)，觀察到光孤子的產(chǎn)生，在相干或非相干的光源下，光束可彼此耦合、彎曲或
合併等非線性效應產(chǎn)生[4]。

在液晶材料中，溫度影響物理參數(shù)相當顯著，是個相當重要的變因，我們因
此研究在接近向列相一液相溫度(Nematic Isotropic phase transition temperature, Tc)
其波束傳遞的行為變化。

實驗裝置如圖一所示，液晶樣本是水平方向沿 z 軸排列(homogeneous

alignment)。固體雷射(DPSS laser, λ = 532nm)當作激發(fā)光束(pump beam)，經(jīng)透鏡

聚焦后入射于液晶薄膜，途中利用二分之一波板(λ/2 wave plate)和高功率偏振片
(Glan-laser polarizer)來控制激發(fā)光的強度和偏振方向。我們利用聚焦顯微術在樣
品玻璃的法線方向(即 x 軸方向)，利用氦氖雷射來偵測光束繞射的情形。氦-氖雷
射沿 x 方向入射，并在入射于樣品的前后方放入二正交的偏振片，其偏振軸和 z
軸的夾角各為+45 度和- 45 度。并利用一聚焦透鏡將光束聚焦打入樣品上。樣品
放在一溫度控制箱內(nèi)，以控制樣品的溫度。

利用 100mW 的雷射光打入樣品上，在偵測光束的屏幕上出現(xiàn)一連續(xù)交替變
化的圖形，約至 6 秒后此圖形趨于穩(wěn)定，其結果如圖二所示。在屏幕上同心圓和
雙曲線的圖形交替出現(xiàn)，圖二只是截取其中一個同心圓和雙曲線加以放大研究。

在圖三中我們畫出分子在焦點處轉(zhuǎn)向分佈的示意圖[Fig.3(a)]和聚焦顯微術
對應圖[Fig.3(b)][5]，在圖三(b)中虛點處才是可觀察到的光線，實線指分子排列
的連續(xù)分佈無法被看出。在圖三(a)中分子偏轉(zhuǎn)的程度以線段長度大小來描述，
越短則分子轉(zhuǎn)動程度越大，在中心處則出現(xiàn)分子分佈不連續(xù)處。為何在中心會出
現(xiàn)不連續(xù)的奇異點(singular point)呢？我們的解釋如下：光場要拉拔液晶分子轉(zhuǎn)
動必須要克服臨界場 OFT (Optical Freedericksz transition)，此臨界場隨著溫度增
加而變小，在相變點附近更是急速的變小[6]，亦即光場拉拔液晶分子的能力隨
著溫度增加而加大變易。相反地，溫度增加會促進液晶分子的熱擾動，即分子在
獲得熱能后，擾動幅度變大，整體顯得想當不穩(wěn)定，此時外界能量的微擾會讓分
子排列有所變化。在以上二機制相互制衡下，在焦點處會有奇異點，即缺陷結構
產(chǎn)生。光束在行進時為達最低能量，會有多重個奇異點，即多重個焦點產(chǎn)生。

出自http://www.bjsgyq.com/北京顯微鏡百科