液晶光子學(xué)-第9章-液晶等離激元光子學(xué)課件

液晶光子學(xué)液晶光子學(xué)第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2

等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.3

基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件9.4

總結(jié)和展望of402習(xí)題第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)99.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)of403表面等離激元（Surfaceplasmon,SP）是金屬表面自由振蕩的電荷和入射電磁場（光子）相互作用而形成的一種混合型激發(fā)態(tài)。表面等離激元通常可以分為兩種：9.2.1表面等離激元傳播型表面等離激元（Surfaceplasmonpolarization,SPP）局域型表面等離等離激元（Localizedsurfaceplasmon,LSP）9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)o9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)of404表面等離激元的激發(fā)方法：由于波矢不匹配，不能將傳播的電磁波直接轉(zhuǎn)換成表面等離激元。激發(fā)表面等離激元常見的方法有棱鏡耦合、光柵耦合、強聚焦光束及近場激發(fā)9.2.1表面等離激元棱鏡耦合法：借助于具有高折射率的棱鏡，實現(xiàn)了表面等離激元和入射光之間的波矢的匹配。通常有Kretschmann和Otto兩種結(jié)構(gòu)光柵耦合法：光柵提供附加的波矢量分量，可以幫助從入射光轉(zhuǎn)換成表面等離激元波9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)o9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)of4059.2.1表面等離激元強聚焦光束法：（棱鏡耦合的變體）近場激發(fā)法：采用尺寸遠小于工作波長的探針靠近金屬表面激發(fā)等離激元9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)o第九章液晶等離激元光子學(xué)of4069.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)液晶以其獨特的電光和熱光效應(yīng)，引起了人們的廣泛關(guān)注并被運用于許多實際應(yīng)用之中。例如液晶顯示器、電視機、投影儀、手表、手機、用于實時光學(xué)成像和自適應(yīng)光學(xué)的空間光調(diào)制器、用于電信的光開關(guān)和衰減器及用于光束轉(zhuǎn)向的光學(xué)相位陣列等。液晶材料和器件的研究不僅對人類的日常生活特別重要，而且對人類社會的發(fā)展也很重要。9.2.2液晶第九章液晶等離激元光子學(xué)of4069.2等離激元光子學(xué)和第九章液晶等離激元光子學(xué)of4079.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.2.2液晶液晶的結(jié)構(gòu)的分類向列相近晶相膽甾相第九章液晶等離激元光子學(xué)of4079.2等離激元光子學(xué)和第九章液晶等離激元光子學(xué)of4089.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)在適當(dāng)?shù)奶幚硐拢梢越偏@得一個具有指向矢均勻排列的液晶薄層。這樣整個液晶層就會表現(xiàn)出單軸光學(xué)對稱性，兩個主折射率分別為no和ne。尋常光折射率no是指電場偏振垂直于液晶取向的光，而非常光折射率ne是指電場偏振平行于液晶取向的光。液晶的有效折射率取決于入射角θ：液晶的雙折射9.2.2液晶

光在單軸介質(zhì)傳播第九章液晶等離激元光子學(xué)of4089.2等離激元光子學(xué)和第九章液晶等離激元光子學(xué)of4099.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)類似地，光學(xué)各向異性也是溫度的函數(shù)，并且與有序參數(shù)S近似成線性比例。右圖展示了折射率隨溫度變化的一般趨勢。由右圖可以看出，光學(xué)各向異性隨溫度升高而減小，并最終消失而轉(zhuǎn)化為各向同性液晶折射率隨溫度法變化9.2.2液晶液晶5CB在波長分別為546nm,589nm和633nm處隨溫度變化的折射率，方塊、圓形和三角形符號分別是波長分別為546nm,589nm和633nm處折射率的實驗數(shù)據(jù)第九章液晶等離激元光子學(xué)of4099.2等離激元光子學(xué)和液晶光子學(xué)of4010第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2

等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.3

基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件9.4

總結(jié)和展望習(xí)題液晶光子學(xué)of4010第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2等離9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4011液晶對等離激激元的驅(qū)動方法電場驅(qū)動光驅(qū)動表面聲波驅(qū)動熱驅(qū)動磁場驅(qū)動9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4012電場驅(qū)動電場是驅(qū)動液晶器件最常用的方法：電場對棒狀液晶分子有非常大的影響。當(dāng)液晶分子處于電場中時，液晶分子將會被極化，分子的一端會帶有正電荷，而另一端會帶負電荷，從而形成電偶極子。因此，液晶分子的取向沿著外部電場的方向重新排列。電場是驅(qū)動液晶器件最常用的方法。右圖為Dickson設(shè)計的實驗，通過使用液晶實現(xiàn)對金納米孔陣列的表面等離激元的色散和透射的精確控制。在施加外置電壓時，ITO襯底和金納米片之間形成電場，液晶分子會沿著電場方向重新取向。結(jié)果，金/液晶的界面處的有效折射率發(fā)生變化，這導(dǎo)致表面等離激元色散關(guān)系的變化，從而改變某些等離激元模式的激發(fā)條件。這種變化顯著地反映在光譜的傳輸調(diào)制上，并且提供了一種有源控制表面等離激元模式的方法。納米結(jié)構(gòu)和液晶等離激元開關(guān)實驗裝置（插圖為在670nm處的開關(guān)效應(yīng)）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4013電場驅(qū)動Chang等人報道了一種基于特殊設(shè)計的等離激元Fano共振開關(guān)。團簇內(nèi)單個納米顆粒的局部表面等離激元共振之間的相互作用形成了Fano共振，這是團簇的集體“亮”和“暗”等離激元模式的近場耦合的結(jié)果。當(dāng)破壞半圓形中心盤的納米顆粒簇的對稱性，F(xiàn)ano共振則與偏振相關(guān)，只能通過入射光的一個偏振態(tài)觀察到。于是對于偏振方向與此方向成90°的入射光，在光譜中觀察不到Fano共振。納米顆粒團簇加入到液晶中，當(dāng)施加約6V的交流電壓時，結(jié)構(gòu)界面處的分子可以在平面中旋轉(zhuǎn)90°。電場使液晶分子的整體取向發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致從“均勻向列態(tài)”（電壓關(guān)閉）到“扭曲向列態(tài)”（電壓開啟）的相變。由于液晶的雙折射，電壓引起的相變將會導(dǎo)致等離激元的散射光在穿過該結(jié)構(gòu)時發(fā)生正交旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致在存在和不存在Fano共振的光學(xué)響應(yīng)兩者之間切換。八聚物金納米顆粒團簇結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖（a）和金納米顆粒團簇結(jié)構(gòu)在Von和Voff狀態(tài)下的散射譜（b）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4014光驅(qū)動全光調(diào)制的方法已被廣泛應(yīng)用于液晶光子學(xué)元件，如空間光調(diào)制器、濾波器、反射器等。它具有非接觸調(diào)節(jié)、低功耗、易于集成等諸多優(yōu)點，成為液晶器件的很好的驅(qū)動方法。相較電場調(diào)制的方法，光學(xué)調(diào)制方法具有以下三個優(yōu)點：不需要導(dǎo)電ITO基板低功耗覆蓋紫外到中紅外的大范圍工作窗口偶氮苯及其衍生物是液晶主體中廣泛使用的客體。當(dāng)暴露于紫外光或可見光時，他們具有反式和順式之間的可逆異構(gòu)化動態(tài)行為。異構(gòu)化將破壞賓主混合物中客體周圍液晶分子的局部取向，導(dǎo)致液晶分子的重新排列并引起折射率發(fā)生變化。暴露在紫外光下BMAB的光譜變化，反映了其反式順式異構(gòu)化過程9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4015光驅(qū)動Hsiao等人使用4-丁基-4'-甲基-偶氮苯（BMAB）誘導(dǎo)液晶分子的重新排列展示了光調(diào)控等離激元開關(guān)(a)在入射角為45°時，光（λ=420nm，I=20mW）泵浦之前（實線）和之后（虛線），位于探測光束的正常入射處的光響應(yīng)液晶/金納米盤陣列（b圖插圖）的消光光譜。(b)與同一金納米盤陣列結(jié)合的另一個偶氮染料（甲基紅）摻雜光柵中的消光光譜變化.(c)光泵浦偶氮苯摻雜液晶的響應(yīng)效果。(a)(b)(c)9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4016光驅(qū)動（a）光驅(qū)動液晶等離激元彩色濾波器，改變環(huán)形孔陣列的尺寸和周期能夠產(chǎn)生不同的顏色。(b)不同尺寸的環(huán)形孔陣列產(chǎn)生的彩色。（c）可重構(gòu)等離激元吸收器，大小納米盤產(chǎn)生兩個吸收峰。（d）光敏液晶混合物用來實時調(diào)制吸收譜谷底（實驗結(jié)果證實了在紅外頻段處25nm的調(diào)制寬度）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4017表面聲波驅(qū)動盡管由表面聲波（SAW）驅(qū)動的液晶與本章所討論的等離激元光子學(xué)的聯(lián)系相對松散，將其放在這里探討表面聲波驅(qū)動液晶與微納技術(shù)集成的可能性。SAW是沿著壓電基板的表面?zhèn)鞑サ穆暡āＦ涞凸暮屯暾允蛊涑蔀橹匦屡帕幸壕Х肿拥挠行Х椒?。Liu等人已經(jīng)展示了基于聚合物分散液晶（PDLC）的表面聲波驅(qū)動光閥?；诰酆衔锓稚⒁壕暡ㄕ{(diào)控的光閥。（a）光閥效應(yīng)源自于液晶分子的重新排列（b）聲波驅(qū)動光閥的實際效果9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4018熱驅(qū)動溫度在影響液晶折射率方面也起著重要的作用。隨著溫度的升高，非常光折射率ne與尋常光折射率有不同的表現(xiàn)。ne的導(dǎo)數(shù)（即）總是為負數(shù)。然而，當(dāng)溫度超過交叉溫度時，從負值變?yōu)檎?。對于許多液晶，可以精確地控制依賴于溫度的折射率，因此這提供了開發(fā)設(shè)計有源等離激元器件的另一有效手段。Altug課題組已經(jīng)展示了使用液晶的表面等離激元的熱調(diào)制，如圖所示。當(dāng)向列相液晶的溫度從15℃變化到33℃，折射率變化大約為0.0317，因此能夠調(diào)節(jié)等離激元信號的波長大約19nm。通過溫度控制液晶分子從向列相向各向同性發(fā)生的相變提供了一種有效的光譜調(diào)諧方式。在相變溫度下，通過僅改變大約1℃的溫度（約相當(dāng)于0.02的折射率變化）可以實現(xiàn)超過12nm的偏移。熱控液晶實驗裝置及氟化鈣窗和等離激元芯片之間的液晶的縮放示意圖9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4019磁場驅(qū)動對于有源表面等離激元來說，磁場與表面等離激元功能相結(jié)合的納米系統(tǒng)也是一大熱點。液晶具有非常顯著的磁光特性，外加磁場可以誘導(dǎo)液晶分子的重新排列。Liu等人證實了在向列相柱狀六角形溶致液晶中由其內(nèi)在的自組裝特性引發(fā)的分散金納米棒的自組裝排列。在外部磁場激勵下，獲得了液晶分子的排列和重排列，以及隨之而來的分散度良好的金納米棒的長程取向排列。圖（a）和圖（b）為金納米棒在液晶中的示意圖。在厚度為0.01～1mm內(nèi)，接近一平方英寸的樣品區(qū)域中，獲得了三維有序參數(shù)高達0.9的單向排列的納米金屬棒。這種單向排列的金屬棒導(dǎo)致了強烈的表面等離子體共振的偏振敏感的效應(yīng)，在圖（c）和圖（d）中，液晶中排列的金納米棒的消光譜隨著起偏器和金納米棒排列的取向之間的角度發(fā)生變化。這導(dǎo)致了與在各向同性液體中的相同金納米棒截然不同的可切換的偏振敏感等離激元共振特性。（a）（b）（c）（d）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元液晶光子學(xué)of4020第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2

等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.3

基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件9.3

總結(jié)和展望習(xí)題液晶光子學(xué)of4020第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2等離當(dāng)前的挑戰(zhàn)9.4總結(jié)和展望of40211快速響應(yīng)液晶010203目前，大多數(shù)基于液晶的等離激元光子學(xué)器件的制備都是通過在基底上的無源等離激元納米結(jié)構(gòu)上機械地組裝液晶。然而，鑒于表面等離激元的物理特性，僅在等離激元納米結(jié)構(gòu)附近（通常<100nm）的液晶分子層影響等離激元信號，納米結(jié)構(gòu)上的大面積均勻液晶取向仍然是一大挑戰(zhàn)。為了在等離激元器件中實現(xiàn)大面積均勻的液晶取向，一種可能的方式是共同組裝液晶和等離激元納米粒子。基于共同自組裝方法，實現(xiàn)了高達100μm2的均勻區(qū)域，這對器件的設(shè)計開發(fā)很有意義。未來需求2超大雙折射液晶多功能或多控制集成第九章液晶等離激元光子學(xué)當(dāng)前的挑戰(zhàn)9.4總結(jié)和展望of40211快速響應(yīng)液晶010液晶光子學(xué)of4022第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2

等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.3

基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件9.4

總結(jié)和展望習(xí)題液晶光子學(xué)of4022第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2等離習(xí)題：

習(xí)題：液晶光子學(xué)液晶光子學(xué)第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2

等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.3

基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件9.4

總結(jié)和展望of4025習(xí)題第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)99.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)of4026表面等離激元（Surfaceplasmon,SP）是金屬表面自由振蕩的電荷和入射電磁場（光子）相互作用而形成的一種混合型激發(fā)態(tài)。表面等離激元通?？梢苑譃閮煞N：9.2.1表面等離激元傳播型表面等離激元（Surfaceplasmonpolarization,SPP）局域型表面等離等離激元（Localizedsurfaceplasmon,LSP）9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)o9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)of4027表面等離激元的激發(fā)方法：由于波矢不匹配，不能將傳播的電磁波直接轉(zhuǎn)換成表面等離激元。激發(fā)表面等離激元常見的方法有棱鏡耦合、光柵耦合、強聚焦光束及近場激發(fā)9.2.1表面等離激元棱鏡耦合法：借助于具有高折射率的棱鏡，實現(xiàn)了表面等離激元和入射光之間的波矢的匹配。通常有Kretschmann和Otto兩種結(jié)構(gòu)光柵耦合法：光柵提供附加的波矢量分量，可以幫助從入射光轉(zhuǎn)換成表面等離激元波9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)o9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)of40289.2.1表面等離激元強聚焦光束法：（棱鏡耦合的變體）近場激發(fā)法：采用尺寸遠小于工作波長的探針靠近金屬表面激發(fā)等離激元9.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)第九章液晶等離激元光子學(xué)o第九章液晶等離激元光子學(xué)of40299.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)液晶以其獨特的電光和熱光效應(yīng)，引起了人們的廣泛關(guān)注并被運用于許多實際應(yīng)用之中。例如液晶顯示器、電視機、投影儀、手表、手機、用于實時光學(xué)成像和自適應(yīng)光學(xué)的空間光調(diào)制器、用于電信的光開關(guān)和衰減器及用于光束轉(zhuǎn)向的光學(xué)相位陣列等。液晶材料和器件的研究不僅對人類的日常生活特別重要，而且對人類社會的發(fā)展也很重要。9.2.2液晶第九章液晶等離激元光子學(xué)of4069.2等離激元光子學(xué)和第九章液晶等離激元光子學(xué)of40309.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.2.2液晶液晶的結(jié)構(gòu)的分類向列相近晶相膽甾相第九章液晶等離激元光子學(xué)of4079.2等離激元光子學(xué)和第九章液晶等離激元光子學(xué)of40319.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)在適當(dāng)?shù)奶幚硐拢梢越偏@得一個具有指向矢均勻排列的液晶薄層。這樣整個液晶層就會表現(xiàn)出單軸光學(xué)對稱性，兩個主折射率分別為no和ne。尋常光折射率no是指電場偏振垂直于液晶取向的光，而非常光折射率ne是指電場偏振平行于液晶取向的光。液晶的有效折射率取決于入射角θ：液晶的雙折射9.2.2液晶

光在單軸介質(zhì)傳播第九章液晶等離激元光子學(xué)of4089.2等離激元光子學(xué)和第九章液晶等離激元光子學(xué)of40329.2等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)類似地，光學(xué)各向異性也是溫度的函數(shù)，并且與有序參數(shù)S近似成線性比例。右圖展示了折射率隨溫度變化的一般趨勢。由右圖可以看出，光學(xué)各向異性隨溫度升高而減小，并最終消失而轉(zhuǎn)化為各向同性液晶折射率隨溫度法變化9.2.2液晶液晶5CB在波長分別為546nm,589nm和633nm處隨溫度變化的折射率，方塊、圓形和三角形符號分別是波長分別為546nm,589nm和633nm處折射率的實驗數(shù)據(jù)第九章液晶等離激元光子學(xué)of4099.2等離激元光子學(xué)和液晶光子學(xué)of4033第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2

等離激元光子學(xué)和液晶基礎(chǔ)9.3

基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件9.4

總結(jié)和展望習(xí)題液晶光子學(xué)of4010第九章液晶等離激元光子學(xué)9.2等離9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4034液晶對等離激激元的驅(qū)動方法電場驅(qū)動光驅(qū)動表面聲波驅(qū)動熱驅(qū)動磁場驅(qū)動9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4035電場驅(qū)動電場是驅(qū)動液晶器件最常用的方法：電場對棒狀液晶分子有非常大的影響。當(dāng)液晶分子處于電場中時，液晶分子將會被極化，分子的一端會帶有正電荷，而另一端會帶負電荷，從而形成電偶極子。因此，液晶分子的取向沿著外部電場的方向重新排列。電場是驅(qū)動液晶器件最常用的方法。右圖為Dickson設(shè)計的實驗，通過使用液晶實現(xiàn)對金納米孔陣列的表面等離激元的色散和透射的精確控制。在施加外置電壓時，ITO襯底和金納米片之間形成電場，液晶分子會沿著電場方向重新取向。結(jié)果，金/液晶的界面處的有效折射率發(fā)生變化，這導(dǎo)致表面等離激元色散關(guān)系的變化，從而改變某些等離激元模式的激發(fā)條件。這種變化顯著地反映在光譜的傳輸調(diào)制上，并且提供了一種有源控制表面等離激元模式的方法。納米結(jié)構(gòu)和液晶等離激元開關(guān)實驗裝置（插圖為在670nm處的開關(guān)效應(yīng)）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4036電場驅(qū)動Chang等人報道了一種基于特殊設(shè)計的等離激元Fano共振開關(guān)。團簇內(nèi)單個納米顆粒的局部表面等離激元共振之間的相互作用形成了Fano共振，這是團簇的集體“亮”和“暗”等離激元模式的近場耦合的結(jié)果。當(dāng)破壞半圓形中心盤的納米顆粒簇的對稱性，F(xiàn)ano共振則與偏振相關(guān)，只能通過入射光的一個偏振態(tài)觀察到。于是對于偏振方向與此方向成90°的入射光，在光譜中觀察不到Fano共振。納米顆粒團簇加入到液晶中，當(dāng)施加約6V的交流電壓時，結(jié)構(gòu)界面處的分子可以在平面中旋轉(zhuǎn)90°。電場使液晶分子的整體取向發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致從“均勻向列態(tài)”（電壓關(guān)閉）到“扭曲向列態(tài)”（電壓開啟）的相變。由于液晶的雙折射，電壓引起的相變將會導(dǎo)致等離激元的散射光在穿過該結(jié)構(gòu)時發(fā)生正交旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致在存在和不存在Fano共振的光學(xué)響應(yīng)兩者之間切換。八聚物金納米顆粒團簇結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖（a）和金納米顆粒團簇結(jié)構(gòu)在Von和Voff狀態(tài)下的散射譜（b）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4037光驅(qū)動全光調(diào)制的方法已被廣泛應(yīng)用于液晶光子學(xué)元件，如空間光調(diào)制器、濾波器、反射器等。它具有非接觸調(diào)節(jié)、低功耗、易于集成等諸多優(yōu)點，成為液晶器件的很好的驅(qū)動方法。相較電場調(diào)制的方法，光學(xué)調(diào)制方法具有以下三個優(yōu)點：不需要導(dǎo)電ITO基板低功耗覆蓋紫外到中紅外的大范圍工作窗口偶氮苯及其衍生物是液晶主體中廣泛使用的客體。當(dāng)暴露于紫外光或可見光時，他們具有反式和順式之間的可逆異構(gòu)化動態(tài)行為。異構(gòu)化將破壞賓主混合物中客體周圍液晶分子的局部取向，導(dǎo)致液晶分子的重新排列并引起折射率發(fā)生變化。暴露在紫外光下BMAB的光譜變化，反映了其反式順式異構(gòu)化過程9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4038光驅(qū)動Hsiao等人使用4-丁基-4'-甲基-偶氮苯（BMAB）誘導(dǎo)液晶分子的重新排列展示了光調(diào)控等離激元開關(guān)(a)在入射角為45°時，光（λ=420nm，I=20mW）泵浦之前（實線）和之后（虛線），位于探測光束的正常入射處的光響應(yīng)液晶/金納米盤陣列（b圖插圖）的消光光譜。(b)與同一金納米盤陣列結(jié)合的另一個偶氮染料（甲基紅）摻雜光柵中的消光光譜變化.(c)光泵浦偶氮苯摻雜液晶的響應(yīng)效果。(a)(b)(c)9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4039光驅(qū)動（a）光驅(qū)動液晶等離激元彩色濾波器，改變環(huán)形孔陣列的尺寸和周期能夠產(chǎn)生不同的顏色。(b)不同尺寸的環(huán)形孔陣列產(chǎn)生的彩色。（c）可重構(gòu)等離激元吸收器，大小納米盤產(chǎn)生兩個吸收峰。（d）光敏液晶混合物用來實時調(diào)制吸收譜谷底（實驗結(jié)果證實了在紅外頻段處25nm的調(diào)制寬度）9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4040表面聲波驅(qū)動盡管由表面聲波（SAW）驅(qū)動的液晶與本章所討論的等離激元光子學(xué)的聯(lián)系相對松散，將其放在這里探討表面聲波驅(qū)動液晶與微納技術(shù)集成的可能性。SAW是沿著壓電基板的表面?zhèn)鞑サ穆暡?。其低功耗和完整性使其成為重新排列液晶分子的有效方法。Liu等人已經(jīng)展示了基于聚合物分散液晶（PDLC）的表面聲波驅(qū)動光閥。基于聚合物分散液晶聲波調(diào)控的光閥。（a）光閥效應(yīng)源自于液晶分子的重新排列（b）聲波驅(qū)動光閥的實際效果9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元9.3基于液晶的有源等離激元光子學(xué)器件第九章液晶等離激元光子學(xué)of4041熱驅(qū)動溫度在影響液晶折射率方面也起著重要的作用。隨著溫度的升高，非常光折射率ne與尋常光折射率有不同的表現(xiàn)。ne的導(dǎo)數(shù)（即）總是為負數(shù)。然而，當(dāng)溫度超過交叉溫度時，從負值變?yōu)檎怠τ谠S多液晶，可以精確地控制依賴于溫度的折射率，因此這提供了開發(fā)設(shè)計有源等離激元器件的另一有效手段。Altug課題組已經(jīng)展示了使用液晶的表面等離激元的熱調(diào)制，如圖所示。當(dāng)向列相液晶的溫度從15℃變化到33℃，折射率變化大約為0.0317，因此能夠調(diào)節(jié)等離激元信號的波長大約19nm。通過溫度控制液晶分子從向列相向各向同性發(fā)生的相變提供了一種有效的光譜調(diào)諧方式。在相變溫度下，通過僅改變大約1℃的溫度（約相當(dāng)于0.02的折射率變化）可以實現(xiàn)超過12nm的偏移。熱控液晶實驗裝置及氟化鈣窗和等離激元芯片之間的