Границы применимости приближения прямых лучей при моделировании оптических свойств жидкокристаллических дифракционных решеток

Границы применимости приближения прямых лучей при моделировании оптических свойств жидкокристаллических дифракционных решеток

Автор: Яковлев Дмитрий Дмитриевич, Яковлев Дмитрий Анатольевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 1 т.44, 2020 года.

Бесплатный доступ

С помощью компьютерного моделирования оцениваются границы применимости приближения прямых лучей для расчёта оптических характеристик жидкокристаллических дифракционных решёток с плавной пространственной модуляцией ориентации локальной оптической оси в жидкокристаллическом слое. Представленные данные, касающиеся влияния скорости и характера модуляции локальной оптической оси, а также величины коэффициента двулучепреломления среды на точность результатов, получаемых в указанном приближении, являются полезными и при рассмотрении слоёв с непериодическим характером вариации локальной оптической оси.

Дифракция и решётки, оптические устройства, физическая оптика, двулучепреломляющие дифракционные решётки, приближение прямых лучей, модальный метод решёток

Короткий адрес: https://sciup.org/140247073

IDR: 140247073   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-562

Список литературы Границы применимости приближения прямых лучей при моделировании оптических свойств жидкокристаллических дифракционных решеток

  • Schadt, M. Optical patterning of multi-domain liquid-crystal displays with wide viewing angles / M. Schadt, H. Seiberie, A. Schuster // Nature. - 1996. - Vol. 381, Issue 6579. - P. 212-215. - DOI: 10.1038/381212a0
  • Eakin, J.N. Zero voltage Freedericksz transition in periodically aligned liquid crystals / J.N. Eakin, Y. Xie, R.A. Pelcovits, M.D. Radcliffe, G.P. Crawford // Applied Physics Letters. - 2004. - Vol. 85, Issue 10. - P. 1671-1673. - DOI: 10.1063/1.1789578
  • Escuti, M.J. Polarization-independent switching with high contrast from a liquid crystal polarization grating / M.J. Escuti, W.M. Jones // SID Symposium Digest of Technical Papers. - 2006. - Vol. 37, Issue 1. - P. 1443-1446. - DOI: 10.1889/1.2433259
  • Provenzano, C. Highly efficient liquid crystal based diffraction grating induced by polarization holograms at the aligning surfaces / C. Provenzano, P. Pagliusi, G. Cipparrone // Applied Physics Letters. - 2006. - Vol. 89, Issue 12. - 121105 (3 p.). - DOI: 10.1063/1.2355456
  • Sarkissian, H. Polarization-controlled switching between diffraction orders in transverse-periodically aligned nematic liquid crystals / H. Sarkissian, S.V. Serak, N.V. Tabiryan, L.B. Glebov, V. Rotar, B.Ya. Zeldovich // Optics Letters. -2006. - Vol. 31, Issue 15. - P. 2248-2250. - DOI: 10.1364/OL.31.002248
  • Komanduri, R.K. Elastic continuum analysis of the liquid crystal polarization grating / R.K. Komanduri, M.J. Escuti // Physical Review E. - 2007. - Vol. 76, Issue 2. - 021701 (8 p.). -
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.76.021701
  • Komanduri, R.K. Polarization-independent modulation for projection displays using small-period LC polarization gratings / R.K. Komanduri, W.M. Jones, C. Oh, M.J. Escuti // Journal of the Society for Information Display. - 2007. -Vol. 15, Issue 8. - P. 589-594. -
  • DOI: 10.1889/1.2770860
  • Nicolescu, E. Polarization-independent tunable optical filters based on liquid crystal polarization gratings / E. Nicolescu, M.J. Escuti // Proceedings of SPIE. - 2007. -Vol. 6654. - 665405 (11 p.). -
  • DOI: 10.1117/12.735305
  • Serak, S. High-efficiency 1.5 qm thick optical axis grating and its use for laser beam combining / S. Serak, N. Tabiryan, B. Zeldovich // Optics Express. - 2007. - Vol. 32, Issue 2. - P. 169-171. -
  • DOI: 10.1364/OL.32.000169
  • Komanduri, R.K. High efficiency reflective liquid crystal polarization gratings / R.K. Komanduri, M.J. Escuti // Applied Physics Letters. - 2009. - Vol. 95, Issue 9. - 091106. -
  • DOI: 10.1063/1.3197011
  • Nersisyan, S.R. Characterization of optically imprinted polaiization gratings / S.R. Nersisyan, N.V. Tabiryan, D.M. Steeves, B.R. Kimball // Applied Optics. - 2009. - Vol. 48, Issue 21. - P. 4062-4067. -
  • DOI: 10.1364/AO.48.004062
  • Nicolescu, E. Polarization-independent tunable optical filters using bilayer polarization gratings / E. Nicolescu, M.J. Escuti // Applied Optics. - 2010. - Vol. 49, Issue 20. - P. 3900-3904. -
  • DOI: 10.1364/AO.49.003900
  • Kudenov, M.W. White-light channeled imaging polarimeter using broadband polarization gratings / M.W. Kudenov, M.J. Escuti, E.L. Dereniak, K. Oka // Applied Optics. - 2011. - Vol. 50, Issue 15. - P. 2283-2293. -
  • DOI: 10.1364/AO.50.002283
  • Crawford, G.P. Liquid-crystal diffraction gratings using polarization holography alignment techniques / G.P. Crawford, J.N. Eakin, M.D. Radcliffe, A. Callan-Jones, R.A. Pelcovits // Journal of Applied Physics. - 2005. - Vol. 98, Issue 12. - 123102 (10 p.). -
  • DOI: 10.1063/1.2146075
  • Wu, W.Y. Two-dimensional holographic polarization grating formed on azo-dye-doped polyvinyl alcohol films / W.Y. Wu, M.S. Li, H.C. Lin, A.Y.-G. Fuh // Journal of Applied Physics. - 2008. - Vol. 103, Issue 8. - 083119 (6 p.). -
  • DOI: 10.1063/1.2907959
  • Hu, W. Polarization independent liquid crystal gratings based on orthogonal photoalignments / W. Hu, A.K. Srivastava, X.-W. Lin, X. Liang, Z.-J. Wu, J.-T. Sun, G. Zhu, V. Chigrinov, Y.-Q. Lu // Applied Physics Letters. - 2012. - Vol. 100, Issue 11. -111116 (4 p.). -
  • DOI: 10.1063/1.3694921
  • Honma, M. Twisted nematic liquid crystal polarization grating with the handedness conservation of a circularly polarized state / M. Honma, T. Nose // Optics Express. - 2012. - Vol. 20, Issue 16. - P. 18449-18458. -
  • DOI: 10.1364/OE.20.018449
  • Kawai, K. Simple fabrication of liquid crystalline grating cells with homogeneous and twisted nematic structures and effects of orientational relaxation on diffraction properties / K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, N. Kawatsuki, H. Ono // Applied Optics. - 2014. - Vol. 53, Issue 17. - P. 3679-3686. -
  • DOI: 10.1364/AO.53.003679
  • Kawai, K. Diffraction properties of a vector grating liquid crystal cell fabricated using a one-step exposure of a nonorthogonal elliptically polarized interference beam / K. Kawai, T. Sasaki, M. Sakamoto, K. Noda., N. Kawatsuki, H. Ono // Journal of the Optical Society of America B. - 2015. - Vol. 32, Issue 12. - P. 2435-2440. -
  • DOI: 10.1364/JOSAB.32.002435
  • Kawai, K. Holographic binary grating liquid crystal cells fabricated by one-step exposure of photocrosslinkable polymer liquid crystalline alignment substrates to a polarization interference ultraviolet beam / K. Kawai, T. Sasaki, K. Noda, M. Sakamoto, N. Kawatsuki, H. Ono // Applied Optics. - 2015. - Vol. 54, Issue 19. - P. 6010-6018. -
  • DOI: 10.1364/AO.54.006010
  • Provenzano, C. Electrically tunable two-dimensional liquid crystals gratings induced by polarization holography / C. Provenzano, P. Pagliusi, G. Cipparrone // Optics Express. - 2007. - Vol. 15, Issue 9. - P. 5872-5878. -
  • DOI: 10.1364/OE.15.005872
  • Ringsdorf, H. Photoreactive chiral liquid-crystalline side-group copolymers containing azobenzene mesogens / H. Ringsdorf, C. Urban, W. Knoll, M. Sawodny // Die Makromolekulare Chemie. - 1992. - Vol. 193, Issue 5. - P. 1235-1247. -
  • DOI: 10.1002/macp.1992.021930520
  • Bobrovsky, a. New azobenzene-based chiral-photochromic substances with thermally stable Z-isomers and their use for the induction of a cholesteric mesophase with a phototunable helix pitch / A. Bobrovsky, A. Ryabchun, M. Cigl, V. Hamplova, M. Kaspar, F. Hampl, V. Shibaev // Journal of Materials Chemistry C. - 2014. - Vol. 2, Issue 40. - P. 8622-8629. -
  • DOI: 10.1039/C4TC01167H
  • Ryabchun, А. Rotatable diffraction gratings based on cholesteric liquid crystals with phototunable helix pitch / A. Ryabchun, A. Bobrovsky, J. Stumpe, V. Shibaev // Advanced Optical Materials. - 2015. - Vol. 3, Issue 9. - P. 1273-1279. -
  • DOI: 10.1002/adom.201500159
  • Ryabchun, А. Dynamic diffractive patterns in helix-inverting cholesteric liquid crystals / A. Ryabchun, D. Yakovlev, A. Bobrovsky, N. Katsonis // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2019. - Vol. 11, Issue 11. - P. 10895-10904. -
  • DOI: 10.1021/acsami.8b22465
  • Li, W.S. Demonstration of patterned polymer-stabilized cholesteric liquid crystal textures for anti-counterfeiting two-dimensional barcodes / W.S. Li, Y. Shen, Z.J. Chen, Q. Cui, S.S. Li, L.J. Chen // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 3. - P. 601-606. -
  • DOI: 10.1364/AO.56.000601
  • Yakovlev, D.A. 5.4: Advanced tools for modeling of 2D-optics of LCDs / D.A. Yakovlev, V.I. Tsoy, V.G. Chigrinov // SID Symposium Digest of Technical Papers. - 2005. - Vol. 36, Issue 1. - P. 58-61. -
  • DOI: 10.1889/1.2036508
  • Carroll, T.O. Liquid-crystal diffraction grating / T.O. Carroll // Journal of Applied Physics. - 1972. - Vol. 43, Issue 3. - P. 767-770. -
  • DOI: 10.1063/1.1661277
  • Desimpel, C. Optical transmission model for thin twodimensional layers / C. Desimpel, K. Neyts, D. Olivero, C. Oldano, D.K.G. de Boer, R. Cortie // Molecular Crystals and Liquid Crystals. - 2004. - Vol. 422, Issue 1. - P. 185195. -
  • DOI: 10.1080/15421400490502526
  • Yakovlev, D.A. Modeling and optimization of LCD optical performance / D.A. Yakovlev, V.G. Chigrinov, H.-S. Kwok. - Chichester: Wiley, 2015. - 554 p.
  • Rokushima, K. Analysis of anisotropic dielectric gratings / K. Rokushima, J. Yamakita // Journal of the Optical Society of America A. - 1983. - Vol. 73, Issue 7. - P. 901-908. -
  • DOI: 10.1364/JOSA.73.000901
  • Matsumoto, K. Three-dimensional rigorous analysis of dielectric grating waveguides for general cases of oblique propagation / K. Matsumoto, K. Rokushima, J. Yamakita // Journal of the Optical Society of America A. - 1993. - Vol. 10, Issue 2. - P. 269-276. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.10.000269
  • Galatola, P. Symmetry properties of anisotropic dielectric gratings / P. Galatola, C. Oldano, P.B. Sunil Kumar // Journal of the Optical Society of America A. - 1994. - Vol. 11, Issue 4. - P. 1332-1341. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.11.001332
  • Li, L. Formulation and comparison of two recursive matrix algorithms for modeling layered diffraction gratings / L. Li // Journal of the Optical Society of America A. - 1996. - Vol. 13, Issue 5. - P. 1024-1035. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.13.001024
  • Li, L. New formulation of the Fourier modal method for crossed surface-relief gratings / L. Li // Journal of the Optical Society of America A. - 1997. - Vol. 14, Issue 10. - P. 2758-2767. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.14.002758
  • Peverini, O.A. Reduced-order model technique for the analysis of anisotropic inhomogeneous media: application to liquid-crystal displays / O.A. Peverini, D. Olivero, C. Oldano, D.K.G. de Boer, R. Cortie, R. Orta, R. Tascone // Journal of the Optical Society of America A. - 2002. - Vol. 19, Issue 9. - P. 1901-1909. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.19.001901
  • Olivero, D. Numerical methods for light propagation in large LC cells: a new approach / D. Olivero, C. Oldano // Liquid Crystals. - 2003. - Vol. 30, Issue 3. - P. 345-353. -
  • DOI: 10.1080/0267829031000080996
  • Moharam, M.G. Stable implementation of the rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings: enhanced transmittance matrix approach / M.G. Moharam, D.A. Pommet, E.B. Grann, T.K. Gaylord // Journal of the Optical Society of America A. - 1995. - Vol. 12, Issue 5. - P. 1077-1086. -
  • DOI: 10.1364/JOSAA.12.001077
  • Oh, C. Time-domain analysis of periodic anisotropic media at oblique incidence: an efficient FDTD implementation / C. Oh, M.J. Escuti // Optics Express. - 2006. - Vol. 14, Issue 24. - P. 11870-11884. -
  • DOI: 10.1364/OE.14.011870
  • Xiang, X. Numerical modeling of polarization gratings by rigorous coupled wave analysis / X. Xiang, M.J. Escuti // Proceedings of SPIE. - 2016. - Vol. 9769. - 976918 (7 p.). -
  • DOI: 10.1117/12.2218276
  • Xiang, X. Bragg polarization gratings for wide angular bandwidth and high efficiency at steep deflection angles / X. Xiang, J. Kim, M.J. Escuti // Scientific Reports. - 2018. - Vol. 8, Issue 7202. - P. 1-6. -
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25535-0
  • Дифракционная нанофотоника / А.В. Гаврилов, Д.Л. Головашкин, Л.Л. Досколович, П.Н. Дьяченко, А.А. Ковалёв, В.В. Котляр, А.Г. Налимов, Д.В. Нестеренко, В.С. Павельев, Р.В. Скиданов, В.А. Сойфер, С.Н. Хонина, Я.О. Шуюпова; под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физматлит, 2011. - 680 с. -
  • ISBN: 978-5-9221-1237-6
  • Шерман, М.М. Особенности пропускания света монослоем одинаковых по структуре анизотропных доменов со случайной азимутальной ориентацией / М.М. Шерман, Д. А. Яковлев // Оптика и спектроскопия. - 2010. - Т. 102, № 2. - С. 206-215.
  • Яковлев, Д. Д. Картина: рассеяния ортогонально поляризованных компонент света для статистически вращательно-инвариантных мозаичных двулучепреломляюших слоёв / Д.Д. Яковлев, Д.А. Яковлев // Оптика и спектроскопия. - 2019. - Т. 126, № 3. - С. 324-335.
  • Kosmopoulos, J.A. Geometrical optics approach to the nematic liquid crystal grating: numerical results / J.A. Kosmopoulos, H.M. Zenginoglou // Applied Optics. - 1987. - Vol. 26, Issue 9. - P. 1714-1721. -
  • DOI: 10.1364/AO.26.001714
  • Helfrich, W. Deformation of cholesteric liquid crystals with low threshold voltage / W. Helfrich // Applied Physics Letters. - 1970. - Vol. 17, Issue 12. - P. 531-532. -
  • DOI: 10.1063/1.1653297
  • Helfrich, W. Electrohydrodynamic and dielectric instabilities of cholesteric liquid crystals / W. Helfrich // Journal of Chemical Physics. - 1971. - Vol. 55, Issue 2. - P. 839-842. -
  • DOI: 10.1063/1.1676151
  • Hurault, J.P. Static distortions of a cholesteric planar structure induced by magnetic or ac electric fields / J.P. Hurault // Journal of Chemical Physics. - 1973. - Vol. 59, Issue 4. - P. 2068-2075. -
  • DOI: 10.1063/1.1680293
  • Чигринов, В.Г. Неустойчивость холестерических жидких кристаллов в электрическом поле / В.Г. Чигринов, В.В. Беляев, С.В. Беляев, М.Ф. Гребенкин // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1979. - Т. 77, № 5. - С. 2081-2091.
  • Lavrentovich, O.D. Fast beam steering cholesteric diffractive devices / O.D. Lavrentovich, S.V. Shiyanovskii, D. Voloschenko // Proceedings of SPIE. - 1999. -Vol. 3787. - P. 149-155. -
  • DOI: 10.1117/12.351639
  • Senyuk, B. Electrically-controlled two-dimensional gratings based on layers undulations in cholesteric liquid crystals / B. Senyuk, I. Smalyukh, O. Lavrentovich // Proceedings of SPIE. - 2005. - Vol. 5936. - 59360W (9 p.). -
  • DOI: 10.1117/12.615976
  • Scheffer, T.J. Electric and magnetic field investigations of the periodic gridlike deformation of a cholesteric liquid crystal / T.J. Scheffer // Physical Review Letters. - 1972. -Vol. 28, Issue 10. - P. 593-596. -
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.28.593
  • Tervo, J. Paraxial-domain diffractive elements with 100% efficiency based on polarization gratings / J. Tervo, J. Turunen // Optics Letters. - 2000. - Vol. 25, Issue 11. -P. 785-786. -
  • DOI: 10.1364/OL.25.000785
  • Яковлев, Д. А. Расчёт характеристик пропускания плавно неоднородных анизотропных сред в приближении пренебрежимой малости объёмного отражения. II. Численные методы / Д.А. Яковлев // Оптика и спектроскопия. - 2003. - Т. 94, № 4. - С. 655-662.
  • Яковлев, Д. А. Расчёт характеристик пропускания плавно неоднородных анизотропных сред в приближении пренебрежимой малости объёмного отражения. I. Исходное уравнение / Д.А. Яковлев // Оптика и спектроскопия. - 1999. - Т. 87, № 6. - С. 990-995.
  • Яковлев, Д.А. Расчёт характеристик пропускания плавно неоднородных анизотропных сред в приближении пренебрежимой малости объёмного отражения. III. Аналитические решения / Д.А. Яковлев // Оптика и спектроскопия. - 2003. - Т. 95, № 5. - С. 1010-1017.
  • Яковлев, Д.А. Простые формулы для амплитудных коэффициентов пропускания и отражения для границы раздела анизотропных сред / Д.А. Яковлев // Оптика и спектроскопия. - 1998. - Т. 84, № 5. - С. 829-834.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp