液晶旋光角度特性探究

摘要：本文在已知液晶的物理性质的基础上，通过实验探究了液晶的旋光角与光强的关系，并用Matlab处理方法处理数据，得到了一些对液晶基本特性的认识。

关键词:液晶光阀 旋光角度 光强

一、实验原理

液晶加载内表面带有透明导电条纹和两个相互垂直的偏振片之间，两个偏振片的广州和相邻基板上的液晶排列方向一致。不加电压的时候光能透过，当施加电压的时候透不过。由于暗场的漏光，同样需要补偿。在施加电压时，液晶分子将沿外场方向排列，此时分子具有对称的正性双折射性。对于垂直于基片入射的光，光线和分子光轴平行，分子为各向同性，光线被相互垂直的偏振片所阻止。但对于偏离垂直入射的光，垂直排列的液晶分子不再呈现各向同性。由于液晶的双折射产生相位差，使得入射的线偏振光转换为椭圆偏振光。这样使得光线不能被第二块偏振片阻止，造成漏光。但是由于正型显示，具有负性双折射，能引入一种和液晶分子层相反的相位差，使光线恢复到原来的状态，被第二块偏振片所阻止，能够改善视角，增加图像的对比度。

在TN液晶晶胞中射入平行于液晶分子的线偏光，并且用互成直角的偏振原件夹持TN液晶，则此时的输出光的光强可用下式表示：

根据以上的理论基础，仪器组装如下：

二、实验过程

1.当将起偏器调至0度，保持液晶为原有状态，不加电压，改变起偏器的角度，从0度到360度区间每隔20度测量一次光强值，记录数据。

2.用Matlab软件对数据进行处理。

三、实验数据记录与处理

表：旋光角度与透过光强的关系

四、实验结果分析

(1)在不加电压下，旋光角度与光强关系

显然，同（1）（2）处理，发现数据成明显的正弦曲线分布，并不满足多项式。为了验证这一结论，大胆的排除拟合程度较差的前几接阶曲线，直接观察第十阶曲线如下：

但是发现，十阶曲线的拟合程度依旧不是很高，但是数据的结果在图像上呈类正弦曲线分布，于是利用正弦曲线和图像进行对比，结果如下：

偏振角度与光强曲线拟合函数处理

由图发现实验数据图像在一定范围内[0,300]与正弦曲线

拟合的非常好，因此在该范围内可近似认为偏振角度与光强服从

的关系，并对

作傅立叶变换，拉普拉斯变换，Z变换如下：

傅立叶变换

F =20*pi*dirac(w) - 10*pi*(exp((5*pi*i)/37)*dirac((2*pi)/185 + w) + exp((32*pi*i)/37)*dirac(w - (2*pi)/185))*i

拉普拉斯变换

L =10/s - (10*((2*pi*cos((5*pi)/37))/185 - s*sin((5*pi)/37)))/(s^2 + (4*pi^2)/34225)

Z变换

ZF =(10*z)/(z - 1) + 10*ztrans(sin((2*pi*(x + 80))/185), x, z)

这和两偏振片中不加任何东西的结果类似。得到了如下结论：在不外加电压下，液晶光轴不发生明显变化，并不显现偏振性。

参考资料:

[1]陈家璧，苏显渝主编.《光学信息技术原理及应用》.高等教育出版社，2009.

[2]康果果，谢敬辉，齐月静，李闻，刘科.用MATLAB软件和LCD实现数字全息图的制作和再现;北京理工大学学报，2005.6.