專利名稱：一種液晶手性光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖，尤其是涉及一種液晶手性光纖及其制造方法。
背景技術(shù)：
膽甾相液晶具有可見光布拉格選擇反射，二向色性，旋光特性等一些奇異性質(zhì)，在 液晶顯示領(lǐng)域具有特殊地位；近年來，手性介質(zhì)中波動(dòng)現(xiàn)象的理論和應(yīng)用研究成為一個(gè) 新的熱點(diǎn)，手性光纖可以大幅度地改變波導(dǎo)的色散特性。而利用膽甾相液晶的特性來制 造液晶手性光纖，可以廣泛地應(yīng)用于制作各種傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種把膽甾相液晶特有的可見光布拉格選擇反 射，旋光特性與手性光纖特性結(jié)合起來的液晶手性光纖及其制造方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種液晶手性光纖，包括兩端封閉
的毛細(xì)管，所述的毛細(xì)管中灌注有由向列相液晶加手性劑按重量比為3:1 10:1配制而成 的膽甾相液晶，所述的毛細(xì)管內(nèi)壁設(shè)置有垂直取向?qū)?，所述的垂直取向?qū)拥恼凵渎市∮?所述的向列相液晶的折射率，所述的膽甾相液晶的液晶分子的指向矢垂直于所述的毛細(xì) 管的軸線方向，所述的膽甾相液晶的螺旋對(duì)稱軸相互平行并與所述的毛細(xì)管的軸線方向 平行，即所述的膽甾相液晶在所述的毛細(xì)管中呈一致取向焦錐織構(gòu)。
所述的垂直取向?qū)訛轲じ焦袒谒龅拿?xì)管內(nèi)壁上的垂直取向劑，所述的垂直取 向劑可以是卵磷脂，也可以是其它的垂直取向劑。
所述的手性劑可以是河北鹿泉新型電子材料廠的S811，也可以是其它手性劑。
所述的膽甾相液晶的螺距為0. 25nnTl,。
述的毛細(xì)管的內(nèi)徑為10, 500,，所述的垂直取向?qū)拥暮穸葹?. lnnTlnm。
上述的液晶手性光纖的制造方法，它包括以下步驟
A、 將向列相液晶和手性劑按重量比為3:1 10:1配制成膽甾相液晶；
B、 在毛細(xì)管內(nèi)壁上設(shè)置垂直取向?qū)?，所述的垂直取向?qū)拥恼凵渎市∮谒龅南蛄邢嘁壕У恼凵渎剩?br> C、 向毛細(xì)管中灌注膽甾相液晶；
D、 用與毛細(xì)管內(nèi)徑等粗的玻璃光纖把毛細(xì)管兩端堵住，并用樹脂膠封固；
E、 將灌注有膽甾相液晶的毛細(xì)管置于電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向垂直于毛細(xì)管的軸線方向；
F、 對(duì)灌注有膽甾相液晶的毛細(xì)管施加電場(chǎng)，并將毛細(xì)管繞軸線作轉(zhuǎn)動(dòng)，將所施加 的電場(chǎng)強(qiáng)度由場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)緩慢降低到2/3-1/3場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)時(shí)保持30分鐘以上， 再降低到零場(chǎng)強(qiáng)，直到膽甾相液晶的螺旋對(duì)稱軸相互平行并平行于毛細(xì)管軸線方向，即 獲得取向一致的焦錐織構(gòu)。
步驟B中垂直取向?qū)拥脑O(shè)置方法為在毛細(xì)管中灌注垂直取向劑溶液，使該溶液黏附滯留在毛細(xì)管內(nèi)壁上，然后經(jīng)過固化形成垂直取向?qū)印?br> 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了把膽甾相液晶的可見光布拉格選擇反射和旋光特性與手性光纖特性結(jié)合起來，進(jìn)而獲得了一種在可見光與紅外光 波段具有更強(qiáng)的旋光本領(lǐng)的液晶手性光纖，可以在手征波導(dǎo)模式分叉、模式耦合等光纖傳感技術(shù)等領(lǐng)域得到特殊應(yīng)用；本發(fā)明的方法通過在毛細(xì)管內(nèi)壁制作垂直取向?qū)?，然?向毛細(xì)管中灌注膽甾相液晶，再采用旋轉(zhuǎn)毛細(xì)管電場(chǎng)誘導(dǎo)生長(zhǎng)的方法，可以有效地獲得 膽甾相液晶一致取向焦錐織構(gòu)大液晶疇；而將所施加的電場(chǎng)強(qiáng)度由場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)緩慢 降低到2/3-1/3場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)時(shí)保持30分鐘以上再降低到零場(chǎng)強(qiáng)，可以使焦錐織構(gòu)小 疇有機(jī)會(huì)合并長(zhǎng)成大疇；膽甾相液晶螺距為0.25μm lμm，可使布拉格選擇反射出現(xiàn)在 可見光至紅外光0.375μm 1.55μm波段。
本發(fā)明在手性光纖領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，是發(fā)明新型功能液晶手性光纖傳感器的基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的液晶手性光纖結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的制造方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例一如圖1所示， 一種液晶手性光纖，它包括兩端封閉的毛細(xì)管1，毛細(xì)管 1的內(nèi)徑為250|tini，毛細(xì)管1中灌注有由向列相液晶加手性劑S811按重量比為5:1配制 而成的膽甾相液晶2，膽甾相液晶2的螺距為0. 5pm，毛細(xì)管l內(nèi)壁設(shè)置有垂直取向?qū)?3，垂直取向?qū)?的厚度為0.5pm，垂直取向?qū)?為黏附固化在毛細(xì)管1內(nèi)壁上的卵磷 脂，垂直取向?qū)?的折射率小于向列相液晶的折射率，毛細(xì)管1與垂直取向?qū)?—起當(dāng) 作光纖皮，膽甾相液晶2當(dāng)作光纖芯，膽甾相液晶2的液晶分子的指向矢垂直于毛細(xì)管 l的軸線方向，膽甾相液晶2的螺旋對(duì)稱軸相互平行并與毛細(xì)管1的軸線方向平行，即 膽甾相液晶2在毛細(xì)管1中呈一致取向焦錐織構(gòu)。
上述的液晶手性光纖制造方法如圖2所示。具體步驟為
A、 配制膽甾相液晶，采用向列相液晶和手性劑，二者按比例配制成膽甾相液晶2， 其重量比為5:1，膽甾相液晶平均折射率大于1.5;
B、 在毛細(xì)管1中灌注垂直取向劑溶液，使該溶液黏附滯留在毛細(xì)管1內(nèi)壁上，經(jīng) 過固化形成垂直取向?qū)?，控制取向劑溶液滴入量與溶液黏度及固化條件，使得到的取 向?qū)雍穸葹?.5p，取向?qū)诱凵渎市∮?.5;
C、 對(duì)膽甾相液晶2加熱到清亮點(diǎn)排氣，將毛細(xì)管1插入膽甾相液晶2中抽入膽甾 相液晶2，使膽甾相液晶2中沒有氣泡；
D、 用與毛細(xì)管l內(nèi)徑等粗的玻璃光纖把毛細(xì)管l兩端堵住，并用樹脂膠封固；
E、 將灌注有膽甾相液晶2的毛細(xì)管1置于電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向垂直于毛細(xì)管1的軸 線方向；
F、 對(duì)灌注有膽甾相液晶2的毛細(xì)管1施加電場(chǎng)，并將毛細(xì)管1繞軸線作轉(zhuǎn)動(dòng)，將 所施加的電場(chǎng)強(qiáng)度由場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)緩慢降低到1/2場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)時(shí)保持30分鐘以 上，使焦錐織構(gòu)小疇有機(jī)會(huì)合并長(zhǎng)成大疇，再降低到零場(chǎng)強(qiáng)，電場(chǎng)約束液晶分子在垂直 毛細(xì)管l軸線方向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸降低，螺旋扭曲力逐漸占主導(dǎo)地位， 電場(chǎng)誘導(dǎo)生長(zhǎng)膽甾相液晶2 —致取向焦錐織構(gòu)大液晶疇，直到膽甾相液晶2的螺旋對(duì)稱 軸相互平行并平行于毛細(xì)管1軸線方向，即獲得取向一致的焦錐織構(gòu)。
實(shí)施例二一種液晶手性光纖，它包括兩端封閉的毛細(xì)管l，毛細(xì)管l的內(nèi)徑為50)am， 毛細(xì)管1中灌注有由向列相液晶加手性劑S811按重量比為3:1配制而成的膽甾相液晶2， 膽甾相液晶2的螺距為0. 25，，毛細(xì)管1內(nèi)壁設(shè)置有垂直取向?qū)?，垂直取向?qū)?的厚 度為O.lpm，垂直取向?qū)?為黏附固化在毛細(xì)管1內(nèi)壁上的卵磷脂，垂直取向?qū)?的折 射率小于向列相液晶的折射率，毛細(xì)管1與垂直取向?qū)?—起當(dāng)作光纖皮，膽甾相液晶2當(dāng)作光纖芯，膽甾相液晶2的液晶分子的指向矢垂直于毛細(xì)管1的軸線方向，膽甾相 液晶2的螺旋對(duì)稱軸相互平行并與毛細(xì)管1的軸線方向平行，即膽甾相液晶2在毛細(xì)管 1中呈一致取向焦錐織構(gòu)。
實(shí)施例三 一種液晶手性光纖，它包括兩端封閉的毛細(xì)管1，毛細(xì)管1的內(nèi)徑為500μm，毛細(xì)管1中灌注有由向列相液晶加手性劑S811按重量比為10:1配制而成的膽 甾相液晶2,膽甾相液晶2的螺距為lpm，毛細(xì)管1內(nèi)壁設(shè)置有垂直取向?qū)?，垂直取 向?qū)?的厚度為lpm，垂直取向?qū)?為黏附固化在毛細(xì)管1內(nèi)壁上的卵磷脂，垂直取向 層3的折射率小于向列相液晶的折射率，毛細(xì)管1與垂直取向?qū)?—起當(dāng)作光纖皮，膽 甾相液晶2當(dāng)作光纖芯，膽甾相液晶2的液晶分子的指向矢垂直于毛細(xì)管1的軸線方向， 膽甾相液晶2的螺旋對(duì)稱軸相互平行并與毛細(xì)管1的軸線方向平行，即膽甾相液晶2在 毛細(xì)管1中呈一致取向焦錐織構(gòu)。
實(shí)施例二和實(shí)施例三的制造步驟與實(shí)施例一基本相同。
上述實(shí)施例中，垂直取向劑可以是其它的垂直取向劑。手性劑可以是其它的手性劑。 本發(fā)明的原理知識(shí)敘述如下。膽甾相液晶在薄液晶盒中有平面織構(gòu)和焦錐織構(gòu)兩種 零場(chǎng)穩(wěn)定狀態(tài)， 一般情況下，平面織構(gòu)最為穩(wěn)定，焦錐織構(gòu)亞穩(wěn)定。而如果玻璃基板表 面經(jīng)過特殊工藝處理形成高預(yù)傾角邊界條件，也可能得到焦錐織構(gòu)為最穩(wěn)定態(tài)，而平面 織構(gòu)反而為亞穩(wěn)定態(tài)的情形。在沒有經(jīng)過特殊處理的光纖毛細(xì)管中灌注膽甾相液晶，液 晶分子指向矢自然容易沿著流入方向貼在毛細(xì)管內(nèi)壁排列，而螺旋軸則垂直內(nèi)壁表面， 形成毛細(xì)管中的"平面織構(gòu)"，如果灌注的是反射綠光的膽甾相液晶，則看上去毛細(xì)管 中的液晶就是綠色的。如果光纖毛細(xì)管內(nèi)壁表面有垂直取向?qū)?，液晶分子指向矢要與毛 細(xì)管內(nèi)壁表面垂直排列，就容易形成毛細(xì)管中的"焦錐織構(gòu)"，但螺旋軸將會(huì)是雜亂無 章的三維隨機(jī)分布，如果灌注的是反射綠光的膽甾相液晶，則這時(shí)看上去毛細(xì)管中的液 晶就是乳白色中帶淡綠色的渾濁態(tài)，這樣的"焦錐織構(gòu)"也不會(huì)具有手性光纖需要的旋 光特性。如果設(shè)法使所有的"焦錐織構(gòu)"液晶疇的螺旋軸取向一致，并且都與毛細(xì)管軸 線方向平行，成為從毛細(xì)管兩端看是平面織構(gòu)，從毛細(xì)管側(cè)面看就是一致取向焦錐織構(gòu)， 大的焦錐織構(gòu)疇?wèi)?yīng)該是比較透明的。這樣的膽甾相液晶一致取向焦錐織構(gòu)光纖毛細(xì)管， 毋庸質(zhì)疑，會(huì)具備手性光纖所需要的一些特殊性質(zhì)。
權(quán)利要求
1、一種液晶手性光纖，包括兩端封閉的毛細(xì)管，其特征在于所述的毛細(xì)管中灌注有由向列相液晶加手性劑按重量比3∶1～10∶1配制而成的膽甾相液晶，所述的毛細(xì)管內(nèi)壁設(shè)置有垂直取向?qū)?，所述的垂直取向?qū)拥恼凵渎市∮谒龅南蛄邢嘁壕У恼凵渎剩龅哪戠尴嘁壕У囊壕Х肿拥闹赶蚴复怪庇谒龅拿?xì)管的軸線方向，所述的膽甾相液晶的螺旋對(duì)稱軸相互平行并與所述的毛細(xì)管的軸線方向平行，即所述的膽甾相液晶在所述的毛細(xì)管中呈一致取向焦錐織構(gòu)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種液晶手性光纖，其特征在于所述的垂直取向?qū)訛轲じ?固化在所述的毛細(xì)管內(nèi)壁上的垂直取向劑，所述的垂直取向劑為卵磷脂。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種液晶手性光纖，其特征在于所述的手性劑為S811。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種液晶手性光纖，其特征在于所述的膽甾相液晶的螺距 為0. 25，~1網(wǎng)。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種液晶手性光纖，其特征在于所述的毛細(xì)管的內(nèi)徑為 10(im 500,，所述的垂直取向?qū)拥暮穸葹?. 1, 1,。
6、 一種權(quán)利要求1所述的液晶手性光纖的制造方法，其特征在于它包括以下步驟A、 將向列相液晶和手性劑按重量比為3:1 10:1配制成膽甾相液晶；B、 在毛細(xì)管內(nèi)壁上設(shè)置垂直取向?qū)?，所述的垂直取向?qū)拥恼凵渎市∮谒龅南蛄?相液晶的折射率；C、 向毛細(xì)管中灌注膽甾相液晶；D、 用與毛細(xì)管內(nèi)徑等粗的玻璃光纖把毛細(xì)管兩端堵住，并用樹脂膠封固；E、 將灌注有膽甾相液晶的毛細(xì)管置于電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向垂直于毛細(xì)管的軸線方向；F、 對(duì)灌注有膽甾相液晶的毛細(xì)管施加電場(chǎng)，并將毛細(xì)管繞軸線作轉(zhuǎn)動(dòng)，將所施加 的電場(chǎng)強(qiáng)度由場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)緩慢降低到2/3-1/3場(chǎng)致向列相場(chǎng)強(qiáng)時(shí)保持30分鐘以上， 再降低到零場(chǎng)強(qiáng)，直到膽甾相液晶的螺旋對(duì)稱軸相互平行并平行于毛細(xì)管軸線方向，即 獲得取向一致的焦錐織構(gòu)。
7、 如權(quán)利要求1所述的一種液晶手性光纖的制造方法，其特征在于步驟B中垂直 取向?qū)拥脑O(shè)置方法為在毛細(xì)管中灌注垂直取向劑溶液，使該溶液黏附滯留在毛細(xì)管內(nèi) 壁上，然后經(jīng)過固化形成垂直取向?qū)印?br> 8、 如權(quán)利要求7所述的一種液晶手性光纖的制造方法，其特征在于所述的垂直取 向劑為卵磷脂。
9、 如權(quán)利要求l所述的一種液晶手性光纖，其特征在于所述的手性劑為S811。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶手性光纖，包括兩端封閉的毛細(xì)管，特點(diǎn)是毛細(xì)管中灌注有由向列相液晶加手性劑按重量比3∶1~10∶1配制而成的膽甾相液晶，毛細(xì)管內(nèi)壁設(shè)置有垂直取向?qū)?，垂直取向?qū)拥恼凵渎市∮谙蛄邢嘁壕У恼凵渎?，膽甾相液晶的液晶分子的指向矢垂直于毛?xì)管的軸線方向，膽甾相液晶的螺旋對(duì)稱軸相互平行并與毛細(xì)管的軸線方向平行，即膽甾相液晶在毛細(xì)管中呈一致取向焦錐織構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于獲得了一種在可見光與紅外光波段具有更強(qiáng)的旋光本領(lǐng)的液晶手性光纖，本發(fā)明的方法通過在毛細(xì)管內(nèi)壁制作垂直取向?qū)?，然后向毛?xì)管中灌注膽甾相液晶，再采用旋轉(zhuǎn)毛細(xì)管電場(chǎng)誘導(dǎo)生長(zhǎng)的方法，可以有效地獲得膽甾相液晶一致取向焦錐織構(gòu)大液晶疇。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101201433SQ20071016115
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者潘雪豐, 范志新, 陶衛(wèi)東 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)