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正文:

一、摘要：
本计划主要是研究光束在液晶薄膜内传递时，其波形散佈的非线性行为研
究。经由光学显微镜的观察，在接近液晶相变点(clearing point)温度时，传递的
光速形成自聚焦现象，并有连续数个焦点被发现。我们进一步利用聚焦显微术
(conoscopic technique)发现，侦测焦点所在位置有双曲线图形产生，我们认为主
要是由于在接近相变点温度时，光场拉拔液晶分子的作用和热扰动效应相互妥协
的结果，如此造成奇异点(singular point)在焦点处产生。我们并提出一分子排列
模型来说明实验的结果。

关键词：相变点温度、自聚焦、奇异点、聚焦显微镜术

二、报告内容：
雷射引致液晶分子偏转是个相当有趣的课题，其所需能量约是常用物质的

10 6 ~ 1010 分之一[1]。近年来在液晶薄膜内添加染料分子更可将能量降低 10 3 分之
一，达到微瓦( µw )的级数[2]，其光学的非线性特性，如自聚焦 (self-focusing)，

波束溷合(mave -mixing)，和光束耦合(wave-coupling)等效应甚易被产生，其机制
也已广泛的被研究[3]。最近利用光学显微镜观察光束传递的情形引起大家广泛
的注意 M. Peccianti 和 G. Assanto 的实验团队利用一微小电压辅助液晶分子的偏
。
转，观察到光孤子的产生，在相干或非相干的光源下，光束可彼此耦合、弯曲或
合併等非线性效应产生[4]。

在液晶材料中，温度影响物理参数相当显着，是个相当重要的变因，我们因
此研究在接近向列相一液相温度(Nematic Isotropic phase transition temperature, Tc)
其波束传递的行为变化。

实验装置如图一所示，液晶样本是水平方向沿 z 轴排列(homogeneous

alignment)。固体雷射(DPSS laser, λ = 532nm)当作激发光束(pump beam)，经透镜

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)来控制激发光的强度和偏振方向。我们利用聚焦显微术在样
品玻璃的法线方向(即 x 轴方向)，利用氦氖雷射来侦测光束绕射的情形。氦-氖雷
射沿 x 方向入射，并在入射于样品的前后方放入二正交的偏振片，其偏振轴和 z
轴的夹角各为+45 度和- 45 度。并利用一聚焦透镜将光束聚焦打入样品上。样品
放在一温度控制箱内，以控制样品的温度。

利用 100mW 的雷射光打入样品上，在侦测光束的屏幕上出现一连续交替变
化的图形，约至 6 秒后此图形趋于稳定，其结果如图二所示。在屏幕上同心圆和
双曲线的图形交替出现，图二只是截取其中一个同心圆和双曲线加以放大研究。

在图三中我们画出分子在焦点处转向分佈的示意图[Fig.3(a)]和聚焦显微术
对应图[Fig.3(b)][5]，在图三(b)中虚点处才是可观察到的光线，实线指分子排列
的连续分佈无法被看出。在图三(a)中分子偏转的程度以线段长度大小来描述，
越短则分子转动程度越大，在中心处则出现分子分佈不连续处。为何在中心会出
现不连续的奇异点(singular point)呢？我们的解释如下：光场要拉拔液晶分子转
动必须要克服临界场 OFT (Optical Freedericksz transition)，此临界场随着温度增
加而变小，在相变点附近更是急速的变小[6]，亦即光场拉拔液晶分子的能力随
着温度增加而加大变易。相反地，温度增加会促进液晶分子的热扰动，即分子在
获得热能后，扰动幅度变大，整体显得想当不稳定，此时外界能量的微扰会让分
子排列有所变化。在以上二机制相互制衡下，在焦点处会有奇异点，即缺陷结构
产生。光束在行进时为达最低能量，会有多重个奇异点，即多重个焦点产生。

出自http://www.bjsgyq.com/北京显微镜百科