Влияние электрического поля на глубину проникновения света и времена переключения в жидкокристаллических ячейках с неоднородной ориентацией директора

Исследованы особенности преломления света в жидкокристаллических ячейках с непрерывно меняющимся распределением директора. Теоретическое описание построено в рамках приближения геометрической оптики. Рассматриваются окрестности точек поворота, около которых луч плавно меняет направление распространения на противоположное из-за переменного показателя преломления. Показано, что приложенное электрическое поле меняет характер преломления необыкновенного луча. Экспериментально исследовано электроуправляемое преломление света в ячейках с планарной и гибридной ориентацией директора при углах падения, превышающих угол полного внутреннего отражения. Получены зависимости времен включения и выключения электрооптического отклика от приложенного напряжения и углов падения на границу стекло – жидкий кристалл.

1. Wu Shin-Tson, Yang Deng-Ke. Fundamentals of liquid crystal devices. John Wiley & Sons, Chichester., 2006, 394 p.

2. Cai W., Shalaev V. Optical metamaterials. Springer, New York, 2010, 200 p.

3. Joannopoulos J., Meade R., Winn J., Johnson S. Photonic crystals. Princeton University Press, Princeton, 2008, 286 p.

4. Leslie F.M. Distortion of twisted orientation patterns in liquid crystals by magnetic fields. Mol. Cryst. Liq. Cryst, 1970, 12(1), P. 57–72.

5. Berreman D.W., Heffner W.R. New bistable liquid-crystal twist cell. J. Appl. Phys, 1981, 52, P. 3032–3039.

6. Thurston R.N., Berreman D.W. Equilibrium and stability of liquid-crystal configurations in an electric field. J. Appl. Phys, 1981, 52(1), P. 508–509.

7. Hiring R., Funk W., Trebin H.R., Shmidt M., Schmiedel H. Threshold behavior and electro-optical properties of twisted nematic layer with weak anchoring in the tilt and twist angle. J. Appl. Phys., 1991, 70(8), P. 4211–4216.

8. Hong Qi, Wu T.X., Wu Shin-Tson. Optical wave propagation in a cholesteric liquid crystal using the finite element method. Liq. Cryst, 2003, 30(3), P. 367–375.

9. Berreman D.W., Scheffer T.J. Order versus temperature in cholesteric liquid crystals from reflectance spectra. Phys.Rev. A, 1972, 5(3), P. 1397– 1403.

10. Berreman D.W. Optics in stratified and anisotropic media: 4×4–matrix formulation. J. Opt. Soc. Am, 1972, 62, P. 502–510.

11. Berreman D.W. Stratified media: optics in smoothly varying anisotropic planar structures: application to liquid-crystal twist cells. J. Opt. Soc. Am, 1973, 63, P. 1374–1380.

12. Palto S.P. An algorithm for solving the optical problem for stratified anisotropic media. JETP, 2001, 92, P. 552–560.

13. Gevorgyan A.H. Photonic band gaps from a stack of right- and left-hand chiral photonic crystal layers. Phys. Rev. E, 2012, 85, P. 021704.

14. Belyakov V.A., Dmitrienko V.E. Theory of the optical properties of cholesteric liquid crystals. Sov. Phys. Solid State, 1974, 15(9), P. 1811–1815.

15. Dmitrienko V.E., Belyakov V.A. Higher orders of the selective reflection of light by cholesteric liquid crystals. Sov. Phys. Solid State, 1974, 15(12), P. 2213–2216.

16. Lakhtakia A., Weiglhofer W.S. Simple and exact analytic solution for oblique propagation in a cholesteric liquid crystal. Microwave Opt. Technol., 1996, 12, P. 245–248.

17. Val’kov A.Yu., Aksenova E.V., Romanov V.P. First-order and continuous Freedericksz transitions in cholesteric liquid crystals.´ Phys. Rev. E, 2013, 87, P. 022508.

18. Rokushima K., Yamakita J. Analysis of anisotropic dielectric gratings. J. Opt. Soc. Am., 1983, 73(7), P. 901–908.

19. Wang F., Lakhtakia A. Response of slanted chiral sculptured thin films to dipolar sources. Opt. Commun, 2004, 235, P. 133–151.

20. Avendano-Alejo M. Analysis of the refraction of the extraordinary ray in a plane-parallel uniaxial plate with an arbitrary orientation of the optical axis. Optics Express, 2005, 13, P. 2549–2555.

21. Panasyuk G., Kelly J., Gartland E.C., Allender D.W. Geometrical optics approach in liquid crystal films with three-dimensional director variations. Phys.Rev. E, 2003, 67, P. 041702.

22. Aksenova E.V., Karetnikov A.A., Kovshik A.P., Romanov V.P., Val’kov A.Yu. Return back of the extraordinary beam for oblique incidence in helical liquid crystals with large pitch. Europhys. Lett., 2005, 69(1), P. 68–74.

23. Tenishchev S.S., Kiselev A.D., Ivanov A.V., Uzdin V.M. Multiple minimum-energy paths and scenarios of unwinding transitions in chiral nematic liquid crystals. Phys. Rev. E, 2019, 100, P. 062704.

24. Tenishchev S.S., Tambovtcev I.M., Kiselev A.D., Uzdin V.M. Hysteresis and Freedericksz thresholds for twisted states in chiral nematic liquid´ crystals: Minimum-energy path approach. Journal of Molecular Liquids, 2021, 325, P. 115242.

25. de Gennes P.-G., Prost J. The Physics of liquid crystals, University Press, Oxford, 1993, 616 p.

26. Stewart I.W. The static and dynamic continuum theory of liquid crystals: a mathematical introduction, Liquid crystals book series. Taylor & Francis, London, 2004, 360 p.

27. Aksenova E.V., Karetnikov A.A., Kovshik A.P., Kryukov E.V., Romanov V.P. Propagation of light through a forbidden zone in chiral media. J. Opt. Soc. Amer. A, 2008, 25(3), P. 600–608.

28. Karetnikov A.A., Karetnikov N.A., Kovshik A.P., Ryumtsev E.I., Aksenova E.V., Kryukov E.V., Romanov V.P. Local dynamics of director reorientation under electric field in helical LC structure. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2012, 561(1), P. 97–106.

29. Blinov L.M. Structure and properties of liquid crystals. Springer, Dordrecht, 2011, 439 p.

30. Karetnikov N.A., Kovshik A.P., Karetnikov A.A., Ryumtsev E.I., Aksenova E.V., Svanidze A.V. Fast electro-optical response of a cell with a homeoplanar layer of a nematic liquid crystal. JETP Lett., 2017, 106(5), P. 313–316.