偏振光實(shí)驗(yàn)報(bào)告5972

偏振光實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)1.驗(yàn)證馬呂斯定律實(shí)驗(yàn)原理：某些雙折射晶體對(duì)于光振動(dòng)垂直于光軸的線(xiàn)偏振光有強(qiáng)烈吸收，而對(duì)于光振動(dòng)平行于光軸的線(xiàn)偏振光吸收很少(吸收o光，通過(guò)e光)，這種對(duì)線(xiàn)偏振光的強(qiáng)烈的選擇吸收性質(zhì)，叫做二向色性。具有二向色性的晶體叫做偏振片。偏振片可作為起偏器。自然光通過(guò)偏振片后，變?yōu)檎駝?dòng)面平行于偏振片光軸(透振方向)，強(qiáng)度為自然光一半的線(xiàn)偏振光。如圖P1、圖2所示：P12PP21A0θAcosθ0單色自然光線(xiàn)偏光線(xiàn)偏光圖2圖1圖1中靠近光源的偏振片P為起偏器，設(shè)經(jīng)過(guò)P后線(xiàn)偏振光振幅為A（圖1102所示），光強(qiáng)為I。P與P夾角為,因此經(jīng)P后的線(xiàn)偏振光振幅為AAcos，02120光強(qiáng)為IA2cos2Icos2,此式為馬呂斯定律。00實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形：從圖形中可以看出符合余弦定理，數(shù)據(jù)正確。實(shí)驗(yàn)2.半波片，1/4波片作用實(shí)驗(yàn)原理：偏振光垂直通過(guò)波片以后，按其振動(dòng)方向（或振動(dòng)面）分解為尋常光（o光）和非常光（e光）。它們具有相同的振動(dòng)頻率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若將它們投影到同一方向，就能滿(mǎn)足相干條件，實(shí)現(xiàn)偏振光的干涉。分振動(dòng)面的干涉裝置如圖3所示，M和N是兩個(gè)偏振片，C是波片，單色自然光通過(guò)M變線(xiàn)成偏振光，線(xiàn)偏振光在波片C中分解為o光和e光，最后投影在N上，形成干涉。MN單色自然光I0偏振片波片偏振片考慮特殊情況，當(dāng)M⊥N時(shí)，即兩個(gè)偏振片的透振方向垂直時(shí)，出射光強(qiáng)為：II0(sin22)(1cos)；當(dāng)M∥N時(shí)，即兩個(gè)偏振片的透振方向平行時(shí)，出射4II(12sin2cos22sin2cos2cos)。其中θ為波片光軸與M02//光強(qiáng)為：透振方向的夾角，δ為o光和e光的總相位差（同波晶片的厚度成正比）。改變?chǔ)?、δ中的任何一個(gè)都可以改變屏幕上的光強(qiáng)。I2當(dāng)δ=（2k+1）π（1/2波片）時(shí)，cosδ=-1，0sin，出射光I22(1sin0強(qiáng)最大，II，出射光強(qiáng)最??；當(dāng)δ=[（2k+1）π]/2（1/422)2//III(sin22),I0(2sin22)。044//波片）時(shí)，cosδ=0，特別地，利用1/4波片我們還可以得到圓偏振光和橢圓偏振光。當(dāng)θ=45度N旋轉(zhuǎn)一周，屏幕上光強(qiáng)不變。一般情況下，得到的是橢圓偏振光，讓偏振片N旋轉(zhuǎn)一周，時(shí)，得到圓偏振光，此時(shí)讓偏振片屏幕上的光斑“兩明兩暗”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：半波片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表：1/4波片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：結(jié)論：線(xiàn)偏振光通過(guò)1/4波片后可能變成圓偏振光，橢圓偏振光也有可能仍是線(xiàn)偏振光。實(shí)驗(yàn)3.旋光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理：線(xiàn)偏振光通過(guò)某些物質(zhì)的溶液后，偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角常用旋光儀來(lái)測(cè)量物質(zhì)的能力、溶液的性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長(zhǎng)度、溫度及光的波長(zhǎng)等有關(guān)。它條件均固定時(shí)，旋光度與溶液濃度C呈線(xiàn)性關(guān)系即C度稱(chēng)為該物質(zhì)的旋光度。通旋光度。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的旋光當(dāng)其(5-1)比例常數(shù)與物質(zhì)旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長(zhǎng)度、溫度及光的波長(zhǎng)等有關(guān)，C為溶液的濃度。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度即旋光率來(lái)度量，旋t光率用下式表示：lC(5-2)(5-2)式中，右上角的t表示實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度(單位：℃)，是指旋光儀采用的單色光源的波長(zhǎng)(單位：nm)，θ為測(cè)得的旋光度()，l為樣品管的長(zhǎng)度(單0位：dm)，C為溶液濃度(單位：g/100mL)。由(5-2)式可知：偏振光的振動(dòng)面是隨著光在旋光物質(zhì)中向前進(jìn)行而逐漸旋轉(zhuǎn)的，因而振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ不僅與透而且還與溶液濃度C成正比。振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)角度θ透過(guò)的長(zhǎng)度l成正比，如果已知待測(cè)溶液濃度C和液柱長(zhǎng)度為l固定值，可依次改變?nèi)芤旱臐舛炔⒆餍舛扰c濃度的關(guān)系直線(xiàn)θ~C，l及溶液濃度C，可計(jì)算出該物質(zhì)的旋光率確定溶液的濃度C。旋光性物質(zhì)當(dāng)面對(duì)光射來(lái)方向觀(guān)察，如果振動(dòng)面按順時(shí)針?lè)劫|(zhì)；如果振動(dòng)面向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，稱(chēng)左旋物質(zhì)。葡萄糖水溶液的濃度將已經(jīng)配置好的裝有不同的l成正比。過(guò)的長(zhǎng)度[14]柱長(zhǎng)度l，只要測(cè)出旋光度θ就可以計(jì)算出旋光率。如果已知液C，就可以測(cè)得相應(yīng)旋光度θ。從直線(xiàn)斜率、液樁長(zhǎng)度；同樣，也可以測(cè)量旋光性溶液的旋光度θ，還有右旋和左旋之分。向旋轉(zhuǎn)，則稱(chēng)右旋物測(cè)量容積克濃度(單位：g/100mL)的葡萄糖。水溶液的樣品管放到樣品架上，測(cè)出不同濃度C下旋光度值。并同時(shí)記錄測(cè)量環(huán)境溫度和記錄激光波長(zhǎng)葡萄糖水溶液的濃度配制成C、C/2、C/4、C/8，0(純水，濃度為零)，宜。分別將不用濃度溶液注入相同長(zhǎng)度試管中。測(cè)量不同濃度樣品的旋光度(多次測(cè)量取平均)。用最小二0000共5種試樣，濃度C0取30%左右為的樣品乘法對(duì)旋光度、溶液濃度進(jìn)行直線(xiàn)擬合(可以將C作為1個(gè)單位考慮)，計(jì)0算出葡萄糖的旋光率。也可以以溶液濃度為橫坐標(biāo)，旋光度為縱坐標(biāo)，繪出葡萄糖溶液的旋光直線(xiàn)，由此直線(xiàn)斜率代入公式(5-2)，求得葡萄糖的旋[]t光率。6500數(shù)據(jù)記錄及處理圖形：實(shí)驗(yàn)4.光彈效應(yīng)光彈性試驗(yàn)是應(yīng)用光學(xué)方法研究受力構(gòu)件中應(yīng)力分布情況的試驗(yàn)，在光測(cè)彈性?xún)x上進(jìn)行，先用具有雙折射性能的透明材料制成和實(shí)際構(gòu)件形狀相似的模型，受力后，以偏振光透過(guò)模型，由于應(yīng)力的存在，產(chǎn)生光的暫時(shí)雙折射現(xiàn)象，再透過(guò)分析鏡后產(chǎn)生光的干涉，在屏幕上顯示出具有明暗條紋的映象，根據(jù)它即可推算出構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力分布情況，所以這種方法對(duì)形狀復(fù)雜的構(gòu)件尤為適用。光彈性實(shí)驗(yàn)方法是一種光學(xué)的應(yīng)力測(cè)量方法，因?yàn)闇y(cè)量是全域性的，所以具有直觀(guān)性強(qiáng)，能有效而準(zhǔn)確地確定受力模型各點(diǎn)的主應(yīng)力差和主應(yīng)力方向，并能計(jì)算出各點(diǎn)的主應(yīng)力數(shù)值。尤其對(duì)構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)的確定，光彈性試驗(yàn)法顯得特別方便和有效。很多構(gòu)件，例如工業(yè)中的各種機(jī)器零件，它們的形狀很不規(guī)則，載荷情況也很復(fù)雜，對(duì)這些構(gòu)件的應(yīng)力進(jìn)行理論分析有時(shí)非常困難，往往需要實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)解決，光彈性試驗(yàn)就是其中比較直觀(guān)有效的一種解決方法。實(shí)驗(yàn)原理光彈性試驗(yàn)是應(yīng)用光學(xué)方法研究受力構(gòu)件中應(yīng)力分布情況的試驗(yàn)，在光測(cè)彈性?xún)x上進(jìn)行，先用具有雙折射性能的透明材料制成和實(shí)際構(gòu)件形狀相似的模型，受力后，以偏振光透過(guò)模型，由于應(yīng)力的存在，產(chǎn)生光的暫時(shí)雙折射現(xiàn)象，再透過(guò)分析鏡后產(chǎn)生光的干涉，在屏幕上顯示出具有明暗條紋的映象，根據(jù)它即可推算出構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力分布情況，所以這種方法對(duì)形狀復(fù)雜的構(gòu)件尤為適用。圖1光彈性試驗(yàn)的光學(xué)效應(yīng)示意圖如圖1所示，自然光通過(guò)偏振器成為平面偏振光（在A(yíng)1平面中），平面偏振光垂直地射在模型上某一O點(diǎn)，如果模型未受力，則光線(xiàn)通過(guò)后并無(wú)改變，但如果O點(diǎn)有應(yīng)力，這時(shí)將出現(xiàn)暫時(shí)雙折射現(xiàn)象，如果圖O點(diǎn)的二個(gè)主應(yīng)力1和2方向已知，則平面偏振光通過(guò)受力模型O點(diǎn)后，分解成二個(gè)與1及2方向一致的平面偏振光，二者之間產(chǎn)生一光程差δ，光程差與主應(yīng)力差（1-2）及模型厚度t成正比，即：kt(12)式中k為光學(xué)常數(shù)，與模型材料及光的性質(zhì)有關(guān)。分解了的二束光線(xiàn)通過(guò)分析器后重新在BB平面內(nèi)振動(dòng)，這樣就產(chǎn)生光的于涉現(xiàn)象。我們知道由分析器出來(lái)的光線(xiàn)強(qiáng)度IIsin2(2)sin2(/)其中λ為光的波長(zhǎng)，I為偏振器與模型間偏振光的強(qiáng)度，α為偏振平面A1與主應(yīng)力1的夾角。由上式可見(jiàn)，光強(qiáng)I為零時(shí)有以下四種情況：①I(mǎi)=0，這與實(shí)際情況不符，因?yàn)橹挥性跓o(wú)光源時(shí)I才會(huì)是零。②δ=0，由公式kt(12)可知（1-2）=0，即1=2，符合這些條件

的點(diǎn)稱(chēng)為各向同性點(diǎn)。如果1=2=0則稱(chēng)為零應(yīng)力點(diǎn)，這種點(diǎn)在模型上皆為黑點(diǎn)（因?yàn)楣鈴?qiáng)等于零），例如純彎曲梁上中性軸上各點(diǎn)1=2=0，故模型中性層處為一條黑線(xiàn)。③sin(2α)=0，即α=n/2(n=0,1,2,3……)這振鏡光軸重合，模型上也呈黑點(diǎn)，這類(lèi)黑點(diǎn)構(gòu)成的連續(xù)黑線(xiàn)稱(chēng)為等傾線(xiàn)，等上各點(diǎn)的主應(yīng)力方向都相同，而且偏振鏡光軸的方向也就是主應(yīng)力的方向。說(shuō)明模型上某點(diǎn)主應(yīng)力方向與偏傾線(xiàn)④sin/0，以公式kt(12)代人，則是sin(/)kt(12)0，于可得12n/kt圖2圓偏振光場(chǎng)示意圖12nf/t(n=0,1,2,3……)上式表明，當(dāng)模型中某點(diǎn)的主應(yīng)力差值為f/t的整數(shù)倍時(shí)，則此點(diǎn)在模型上呈黑點(diǎn)，當(dāng)主應(yīng)力差為f/t的某同一整數(shù)倍的各個(gè)暗點(diǎn)，構(gòu)成連續(xù)的黑線(xiàn)稱(chēng)為等差線(xiàn)（在此線(xiàn)上各點(diǎn)的主應(yīng)力差均相等）。由于應(yīng)力分布的連續(xù)性，等差線(xiàn)不僅是連續(xù)的，而且它們之間還按一定的次序排列，對(duì)應(yīng)于n=l的等差線(xiàn)稱(chēng)為一級(jí)等差線(xiàn)或稱(chēng)一級(jí)條紋，對(duì)應(yīng)于n=2的等差線(xiàn)稱(chēng)為二級(jí)等差線(xiàn)或二級(jí)條紋，依次類(lèi)推，其中n稱(chēng)為條紋序數(shù)，以上是根據(jù)光源用單色光的講。如果光源用白光，則模型上具有相同主應(yīng)力差的各點(diǎn)則形成顏色相同的光帶，所以這時(shí)的等差線(xiàn)又稱(chēng)為等色線(xiàn)。由以上討論可知，根據(jù)模型中出現(xiàn)的各向同性點(diǎn)、零應(yīng)力點(diǎn)、等傾線(xiàn)、等差線(xiàn)（等色線(xiàn)），向。借助于一些分析計(jì)算，就能求出模型中各點(diǎn)應(yīng)力的大小和方從上述基本原理可知，在使用單色光源時(shí)，等傾線(xiàn)與等差線(xiàn)都呈黑色，不易辨認(rèn)，彈性?xún)x兩偏振鏡之間裝上二塊1／4為了消除等傾線(xiàn)以獲得清晰的等差線(xiàn)圖，在光波長(zhǎng)片，形成圓偏振光場(chǎng)，可把等傾線(xiàn)消除，只剩下等差線(xiàn)，圓偏振光場(chǎng)如圖2所示。圖3-1對(duì)徑受壓圓盤(pán)等差線(xiàn)圖圖3-2對(duì)徑受壓圓盤(pán)等傾線(xiàn)圖觀(guān)察對(duì)徑受壓圓盤(pán)的等差線(xiàn)和等傾線(xiàn)，分別如圖3-1和3-2所示。準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)：光路調(diào)節(jié)先將光源、起偏器、檢偏器、白屏依次放在導(dǎo)軌上，打開(kāi)白光光源，仔細(xì)調(diào)節(jié)各個(gè)器件的高度，使得整個(gè)光路高度比較合適。先確定起偏器為任意偏振方向，后調(diào)節(jié)檢偏器偏振方向，使其正交，即通過(guò)兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)為最弱。然后調(diào)整兩個(gè)偏振片的距離。觀(guān)察實(shí)驗(yàn)1：觀(guān)察光彈材料光彈特性然

將光彈材料放入已經(jīng)調(diào)整好偏振方向的兩偏振片中間，調(diào)節(jié)光彈材料的高度為合適。觀(guān)察此時(shí)白屏的圖像。然后擰緊光彈材料固定架上端的螺母，給光彈材料施加應(yīng)力，觀(guān)察此時(shí)白屏的圖像，注意等差線(xiàn)（等色線(xiàn)）和等傾線(xiàn)的出現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性試驗(yàn)，沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在觀(guān)察過(guò)程中出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象即可。實(shí)驗(yàn)5.電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握晶體電光調(diào)制的原理和實(shí)驗(yàn)方法；2、學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量晶體的半波電壓，繪制晶體特性曲線(xiàn)，計(jì)算電光晶體的消光比和透射率?！緝x器和裝置】電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由光路與電路兩大單元組成，如圖1所示：圖1電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【實(shí)驗(yàn)原理】某些晶體在外加電場(chǎng)的作用下，其折射率隨外加電場(chǎng)的改變而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為電光效應(yīng)，利用這一效應(yīng)可以對(duì)透過(guò)介質(zhì)的光束進(jìn)行幅度，相位或頻率的調(diào)制，構(gòu)成電光調(diào)制器。電光效應(yīng)分為兩種類(lèi)型：(1)一級(jí)電光(泡克爾斯一—Pockels)效應(yīng)，介質(zhì)折射率變化正比于電場(chǎng)強(qiáng)度。(2)二級(jí)電光(克爾一Kerr)效應(yīng)，介質(zhì)折射率變化與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。本實(shí)驗(yàn)使用鈮酸理（LiNbO）晶體作電光介質(zhì)，組成橫向調(diào)制(外加電場(chǎng)與3光傳播方向垂直)的一級(jí)電光效應(yīng)。圖3橫向電光效應(yīng)示意圖如圖3所示，入射光方向平行于晶體光軸(Z軸方向)，在平行于X軸的外加電場(chǎng)(E)作用下，晶體的主軸X軸和Y軸繞Z軸旋轉(zhuǎn)45?，形成新的主軸X’軸—Y’軸(Z軸不變)，它們的感生折射率差為?n，它正比于所施加的電場(chǎng)強(qiáng)度E：nn3rE0式中r為與晶體結(jié)構(gòu)及溫度有關(guān)的參量，稱(chēng)為電光系數(shù)。n為晶體對(duì)尋常光的折射率。0當(dāng)一束線(xiàn)偏振光從長(zhǎng)度為l、厚度為d的晶體中出射時(shí)，由于晶體折射率的差異而使光波經(jīng)晶體后出射光的兩振動(dòng)分量會(huì)產(chǎn)生附加的相位差?，它是外加電場(chǎng)E的函數(shù)：222lnln3rE0(1)nrU3d0式中?為入射光波的波長(zhǎng)；同時(shí)為測(cè)量方便起見(jiàn)，電場(chǎng)強(qiáng)度用晶體兩面極間的電壓來(lái)表示，即U=Ed。當(dāng)相位差?＝?時(shí)，所加電壓dUU（2）2n3rl0U稱(chēng)為半波電壓，它是一個(gè)用以表征電光調(diào)制電壓對(duì)相位差影響的重要物理?量。由(2)式可見(jiàn)，半波電壓U決定于入射光的波長(zhǎng)?、晶體材料和它的幾何尺?寸。由(1)、(2)式可得：U(U)（3）U0式中?為U＝0時(shí)的相位差值，它與晶體材料和切割的方式有關(guān)，對(duì)加工良0好的純凈晶體而言?＝0。0圖4為電光調(diào)制器的工作原理圖。由激光器發(fā)出的激光經(jīng)起偏器P后只透射光該偏振光I垂直于電光晶體的通光表面入射時(shí)，如將光束分解成兩個(gè)線(xiàn)后其X分量與Y分量的?(U)，然后光束再經(jīng)檢偏器A，I的出射光。當(dāng)起偏器與檢偏器的光軸正交(A?P)時(shí)，根據(jù)偏振原理波中平行其透振方向的振動(dòng)分量，當(dāng)P偏振光，經(jīng)過(guò)晶體相差為產(chǎn)生光強(qiáng)為A可求得輸出光強(qiáng)為：圖4電光調(diào)制器工作原理(U)IIsin22sin(4)22AP式中，為P與X兩光軸間的夾角。Px若取?＝土45?。，這時(shí)U對(duì)I的調(diào)制作用最大，并且AIIsin2(U)(5)2AP再由（3）式可得UIIsin22UAP于是可畫(huà)出輸出光強(qiáng)I與相位差?（或外加電壓U）的關(guān)系曲線(xiàn)，即I~?（U）AA或I~U如下：A圖5光強(qiáng)與相位差（或電壓）間的關(guān)系由此可見(jiàn)：當(dāng)?(U)＝2k?(或U＝2kU)(k=0，?1,?2，?)時(shí)，I=0A?當(dāng)?(U)＝2k?+1或U＝(2k+1)U時(shí)，I=IP?A當(dāng)?(U)為其它值時(shí)，I在0~I之間變化。PA由于晶體受材料的缺陷和加工工藝的限制，光束通過(guò)晶體時(shí)還會(huì)受晶體的吸收和散射，使兩振動(dòng)分量傳播方向不完全重合，出射光截面也就不能重疊起來(lái)。于是，即使在兩偏振片處于正交狀態(tài)，且在45的條件下，Px當(dāng)外加電壓U＝0時(shí)，透射光強(qiáng)卻不為0，即I=I?0minAU＝U時(shí)，透射光強(qiáng)卻不為I，即I=I?Imax?PAP由此需要引入另外兩個(gè)特征參量：消光比MI透射率TImaxmaxIImin0式中，I為移去電光晶體后轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器A得到的輸出光強(qiáng)最大值。oM愈大，T愈接近于1，表示晶體的電光性能愈佳。半波電壓U、消光比M，?透光率T是表征電光介質(zhì)品質(zhì)的三個(gè)特征參量。從圖5可見(jiàn)，相位差在?＝?/2或(U＝U/2)附近時(shí)，光強(qiáng)I與相位差?(或A?電壓U)呈線(xiàn)性關(guān)系，故從調(diào)制的實(shí)際意義上來(lái)說(shuō)，電光調(diào)制器的工作點(diǎn)通常就選在該處附近。圖6為外加偏置直流電壓與交變電信號(hào)時(shí)光強(qiáng)調(diào)制的輸出波形圖。由圖6可見(jiàn)，選擇工作點(diǎn)②(U＝U/2)時(shí)，輸出波形最大且不失真。?選擇工作點(diǎn)①(U＝0)或③(U＝U)時(shí)，輸出波形小且嚴(yán)重失真，同時(shí)輸?出信號(hào)的頻率為調(diào)制頻率的兩倍。圖6選擇不同工作點(diǎn)時(shí)的輸出波形工作點(diǎn)的偏置可通過(guò)在光路中插入一個(gè)?／4波片其透光軸平行于電光晶體X軸(相當(dāng)于附加一個(gè)固定相差?＝?/2)作為“光偏置”。但也可以加直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論：I=0正向偏壓：反相偏壓：Matlab仿真圖：消光比：M==透射率：T==半波電壓：U=528V。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于光路的準(zhǔn)直，如果光路不準(zhǔn)直，實(shí)驗(yàn)將無(wú)法完成。實(shí)驗(yàn)6.液晶的電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理液晶態(tài)是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)，既有液體的流動(dòng)性、粘度、形變等機(jī)械性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)。液晶與液體、晶體之間的區(qū)別是：液體是各向同性的，分子取向無(wú)序；液晶分子有取向序，但無(wú)位置序；晶體則既有取向序又有位置序。就形成液晶方式而言，液晶可分為熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶又可分為近晶相、向列相和膽甾相。其中向列相液晶是液晶顯示器件的主要材料[13]。接著液晶對(duì)于晶電的光效應(yīng)有如下認(rèn)識(shí)：液晶分子是在形狀、介電常數(shù)、折射率及電導(dǎo)率上具有各向異性特性的物質(zhì)，如果對(duì)這樣的物質(zhì)施加電場(chǎng)變化，它的光學(xué)特性也隨之變化，這就是通常說(shuō)的液晶的電光效應(yīng)。液晶的電光效應(yīng)種類(lèi)繁多，主要有動(dòng)態(tài)散射型(DS)、扭曲向列相型(TN)、超扭曲向列相型(STN)、有源矩陣液晶顯示(TFT)、電控雙等。其中應(yīng)用較廣的有：TFT型───主要用于液晶電視、筆記本電腦等高(電流)，隨著液晶分子取向結(jié)構(gòu)發(fā)生折射(ECB)檔產(chǎn)品；STN型2───主要用于手機(jī)屏幕等中檔產(chǎn)品；TN型───主要用于電子表、計(jì)算器、儀器儀表、家用電器等中低檔產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最普遍的液晶顯示器件。TN型液晶顯示器件顯示原理較簡(jiǎn)單，是STN、TFT等顯示方式的基礎(chǔ)。本儀器所使用的液晶樣品即為T(mén)N型。無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，由于可見(jiàn)光波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于向列相液晶的扭曲螺距，當(dāng)線(xiàn)偏振光垂直入射時(shí)，若偏振方向與液晶盒上表面分子取向相同，則線(xiàn)偏振光將隨液晶分子軸方向逐漸旋轉(zhuǎn)90o，平行于液晶盒下表面分子軸方向射出；若入射線(xiàn)偏振光偏振方向垂直于上表面分子軸方向，出射時(shí)，線(xiàn)偏振光方向亦垂直于下表面液晶分子軸；當(dāng)以其他線(xiàn)偏振光方向入射時(shí)，則根據(jù)平行分量和垂直分量的相位差，以橢圓、圓或直線(xiàn)等某種偏振光形式射出。對(duì)液晶盒施加電壓，當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸開(kāi)始沿電場(chǎng)方

向傾斜，電壓繼續(xù)增加到另一數(shù)值時(shí)，除附著在液晶盒上下表面的液晶分子外，所有液晶分子長(zhǎng)軸都按電場(chǎng)方向進(jìn)行重排列，TN型液晶盒90o旋光性隨之消失。圖6-1型器件分子排布與透過(guò)光示意圖[13]圖6-1型電光效應(yīng)示意圖[13]若將液晶盒放在兩片平行偏振片之間，其偏振方向與上表面液晶分子取向相同。不加電壓時(shí)，入射光通過(guò)起偏器形成的線(xiàn)偏振光，經(jīng)過(guò)液晶盒后偏振方向隨液晶分子軸旋轉(zhuǎn)900，不能通過(guò)檢偏器；施加電壓后，透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)與施加在液晶盒上電壓大小的關(guān)系見(jiàn)圖6-1；其中縱坐標(biāo)為透光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為外加電壓。最大透光強(qiáng)度的10%所對(duì)應(yīng)的外加電壓值稱(chēng)為閾值電壓(U)，標(biāo)志了液晶電光效應(yīng)有可觀(guān)察反應(yīng)的開(kāi)始(或稱(chēng)起輝)，閾值th電壓小，是電光效應(yīng)好的一個(gè)重要指標(biāo)。最大透光強(qiáng)度的90%對(duì)應(yīng)的外加電壓值稱(chēng)為飽和電壓(U)，標(biāo)志了獲得最大對(duì)比度所需的外加電壓數(shù)值，Ur小則易獲得良好的顯示效果，且降低顯示功耗，對(duì)顯示壽命有利。對(duì)比度rD=I/I，其中I為最大觀(guān)察(接收)亮度(照度)，I為最小亮度。陡度minrmaxminmaxβ=U/U即飽和電壓與閾值電壓之比。rthTN型液晶顯示器件結(jié)構(gòu)參考圖6-2，液晶盒上下玻璃片的外側(cè)均貼有偏光片，其中上表面所附偏振片的偏振方向總是與上表面分子取向相同。自然光入射后，經(jīng)過(guò)偏振片形成與上表面分子取向相同的線(xiàn)偏振先，入射液晶盒后，偏振方向隨液晶分子長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)900，以平行于下表面分子取向的線(xiàn)偏振光射出液晶盒。若下表面所附偏振片偏振方向與下表面分子取向垂直(即與上表面平行)，則為黑底白字的常黑型，不通電時(shí)，光不能