Methods and materials for photoalignment templates for chiral liquid crystal lenses and photonic components
Metode in materiali za fotourejene matrike za kiralne tekočekristalne leče in fotonske komponente
N1-0195
Odsek F7 partner pri projektu, vodja sodelujoče raziskovalne skupine: prof. dr. Irena Drevenšek Olenik
1.1.2021 – 31.12.2024
Vsebinski opis projekta
Tekoči kristali so mehki materiali, ki so sposobni samo-ureditve in ki jih lahko nadzorujemo z ureditvijo na površinah ter z električnim ali optičnim poljem. V tem projektu bomo razvili nove fotonske komponente na osnovi 3D dvolomnih struktur, realiziranih s foto-urejanjem, s ciljem doseči samoregulativno optično krmiljenje svetlobe. Cilj je izdelati difrakcijske leče, valovne vodnike in bistabilne naprave in preučiti foto-urejanje za hitro preklapljanje feroelektričnih faz. Dinamično krmiljenje in optične nelinearnosti v tekoče kristalnih strukturah bomo dosegli z uporabo zapletenih vzorcev ureditve na površinah, v kombinaciji z električnimi polji med elektrodami. Projekt vključuje tehnologijo za izdelavo naprav, optične poskuse za testiranje naprav in računalniške simulacije za razumevanje delovanja in izboljšanje zasnove. Leče in valovodi bodo delovali na osnovi anizotropije trodimenzionalnih tekočekristalnih struktur, ki bodo določene s površinsko reguliranimi vzorci za ureditev tekočega kristala. Bi-stabilne konfiguracije s tekočimi kristali bomo preklapljali med prosojnim stanjem in stanjem, ki sipa svetlobo, kar je posebej relevantno za uporabo v pametnih oknih z majhno porabo energije, saj je ta potrebna le za preklapljanje med stanji. Splošni cilj tega projekta, ki vključuje tri partnerje in je kombinacija eksperimentov in modeliranja, je razviti nove načine za nadzor toka svetlobe na mikroskopski skali.
Faze projekta
Delovni sklop 1: Leče na osnovi holesteričnih tekočih kristalov
Raziskali bomo izvedljivost sferičnih, paraboličnih ali prosto oblikovanih leč z velikimi numeričnimi aperturami, ki temeljijo na holesteričnih tekočih kristalih (CLC). Direktorsko polje tekočega kristala bomo raziskali pod optičnim mikroskopom. Majhne površine leč bodo numerično simulirali in raziskovali bomo učinek disklinacijskih linij na optično kakovost leč tako s simulacijami kot tudi eksperimentalno.
Delovni sklop 2: Optični valovni vodniki na osnovi nematskih tekočih kristalov
Cilj tega sklopa je realizacija valovodov, ki temeljijo na foto-urejanju tekočega kristla na površini substrata. Valovodi bodo vzbujeni s svetlobnim sklopom ali s fotoluminiscenco. Ovrednotili bomo optične izgube v ravnih in ukrivljenih valovodih. Vzporedno s poskusi bodo potekali numerični izračuni za oceno profilov in lastnosti valovodnega načina. Tu so glavni cilji doseganje učinkovitega sklapljanja svetlobe, realizacija enorodovnih valovodov in minimizacija izgub v valovodu. Ko bo izdelava valovodov uspešna, bo naslednji korak upogibanje ali prekinitev valovoda in preklop svetlobe v različne sosednje valovode z uporabo napetosti na valovodni strukturi.
Delovni sklop 3: Bistabilne tekočekristalne enote
V okviru tega sklopa bomo razvili električno preklopne bistabilne strukture, ki imajo prozorno in razpršeno stanje, ki temeljita na bistabilnosti v celicah s foto-induciranim vzorcem za ureditev tekočega kristala. Opisani mehanizem je mogoče uporabiti za prikazovalnike slik ali pa v pametnih oknih.
Delovni sklop 4: Periodično modulirana pahljačasta tekočekristalna faza
Komplementarne izkušnje skupine iz Univerze v Gentu in na Institutu »Jožef Stefan« bomo sinergistično združili za načrtovanje in konstrukcijo novih elektrooptičnih in nelinearnih optičnih elementov na osnovi tekočih kristalov. Glavni cilj je realizacija prilagojene domenske strukture nedavno odkrite feroelektrične nematske tekočekristalne faze s kombinacijo foto-poravnave in zunanjega električnega polja. Domene bodo organizirane na tak način, da bo v strukturi vzpostavljen pogoj kvazi faznega ujemanja za generiranje optične druge harmonske frekvence (SHG). Vzporedno z eksperimentalnimi prizadevanji bo k napredku prispevala tudi ekipa UL FMF z numeričnimi simulacijami preiskovanih nelinearnih optičnih pojavov.
Slika 1: Glavni cilj raziskav v okviru delovnega sklopa št. 4 je realizacija tekočekristalne strukture, ki bo omogočala učinkovito pretvorbo vpadne svetobe v svetlobo s podvojeno frekvenco.