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利用氦氖雷射全息曝光製程實現快速響應且低散射液晶相位調制器之研究

為了解決3M 2080的問題，作者簡均祐 這樣論述：

液晶材料迄今已被廣泛的應用在不同的光電元件中，包括空間相位調制器、液晶透鏡、顯示器、光束偏折等裝置。其中，水平配向液晶盒經常應用於相位調製器的研究上，其可以提供的最大相位延遲(δ)可由公式δ = 2πΔnd/λ來表示，其中Δn為液晶的雙折射性、d為液晶盒厚度、λ為入射光波長。水平配向液晶相位調製器通常可以操作在任何波段，例如可見光或紅外光。一般來說，反應時間為一項評估液晶元件效能的重要物性參數包括上升時間與下降時間兩部份，由於下降時間通常受限於液晶的黏滯係數、液晶盒厚度、液晶彈性係數等，因此是影響響應時間快慢的主因。　　聚合物網絡液晶非常容易達到快速的下降反應時間，其製程利用具備液晶結構的各

向異性光聚合物添加於液晶盒中並施以紫外光曝光，製程結束後液晶盒內的聚合物網絡將產生額外的力量去加速液晶分子鬆弛返回原來狀態所需的時間。但該方式因為聚合物網絡與液晶分子之間折射率不匹配，常會有光散射發生。除此之外，水平配向液晶相位調製器為偏振相關元件。在光學系統中，經常需要偏振無關之液晶光電元件以更方便於操作或使用上。　　在本論文中，主要由三項研究成果所構成，包括了不同特性的液晶相位調製器研製，並陳述聚合物網絡液晶的散射問題改善成效，以及達到亞毫秒反應時間與偏振無關等優異的光學性能。在液晶盒內的光散射問題可以藉由形成較小液晶區域尺寸的方式達到抑制目的，若要在可見光波段無散射，則液晶區域的尺寸通常

要小於200 nm。由於全息曝光可以用來產生非常小的干涉條紋，在本論文中利用低功率氦氖雷射產生干涉條紋達到縮小液晶區域尺寸的目的，實驗中選擇一款紅光起始劑與一共起始劑並添加RM257單體使其混合物於液晶盒中在紅光全息曝光下產生光聚合反應。此外，利用此方法所製作的液晶相位調製器因具有全息產生之聚合物網絡結構，其光電性能具備超快速反應時間與低散射等特點。在室溫下操作2π相位調製時可以達到上升時間21 μs與下降時間49 μs的快速響應，並且藉由提高環境溫度可達更快的反應時間表現。　　另外，此元件使用於紅外光波長1550 nm的特性表現上，其液晶混合物使用最佳化的材料比例以達到更低電壓操作的目的。研

究中針對混合物中NVP單體與RM257的比例對液晶盒的影響進行實驗分析，結果顯示NVP單體的添加除了維持良好的水平配向液晶盒特性外，其操作電壓亦從95 Vrms下降至75 Vrms，且聚合物結構的形變問題亦獲得改善，光學響應時間約是上升時間為0.88 ms；下降時間為0.4 ms。　　第三項研究成果是利用全息曝光進行製程於添加手性分子與RM257材料的液晶盒，並在液晶盒曝光過程控制其溫度於液晶混合物處於各向同性狀態，因此，液晶盒內藉由全息曝光縮小的液晶區域其中的液晶分子形成無序排列而呈現光學等向性的特性表現，該液晶盒稱之為聚合物穩定光學等向性液晶。研究中利用此液晶盒實現具備低散射、偏振無關、快

速響應等特性的相位調製器。此外，更添加一款氟系界面活性劑於液晶盒中，明顯地降低液晶相位調製器的操作電壓從180 Vrms下降至100 Vrms，並同時維持良好的光學性能，其上升時間為0.11 ms；下降時間為1.32 ms。