کلیدزنی تمام-نوری در محیط بلور مایع نماتیک

بلورهای مایع به دلیل دوشکستی و امکان باز جهت گیری محور دو شکستی بوسیله ی میدان های خارجی نسبتاً ضعیف، در اپتوالکترونیک به شدت مورد توجه هستند. این باز جهت گیری میتواند به وسیله ی میدان های مغناطیسی و الکتریکی و یا بوسیله ی میدان الکتریکی ناشی از امواج نوری القاء شود[1]. در کلیدهای نوری بوسیله سلول بلور مایع نماتیک، این بازجهت گیری بوسیله میدان الکتریکی dc و میدان الکتریکی ناشی از امواج نوری القاء می شود. امروزه کلید های نوری بر پایه بلور مایع نماتیک کاربرد های زیادی درنمایشگر های بلور مایع، مدولاتورهای نوری فضایی آدرس دهی نوری و وسایل محدود کننده نوری پیدا کرده اند. اغلب این کلیدها دارای آرایش پیچشی بوده و دارای مزیت هایی از جمله ولتاژ کار پایین ، نسبت تباین بالا و عبور تقریبا بی رنگ می باشد[2]. کلیدهای نوری با استفاده از سلول بلور مایع پیچشی بر اساس عبور نور از سلول بلور مایع که بین دو قطبش گر عمود بر هم قرار گرفته است کار می کنند . در سلول پیچشی قطبش نور عبوری همراه با بردار راهنمای سلول می پیچد. می توان بازجهت گیری مولکول بلور مایع را از طریق اعمال ولتاژ خارجی کنترل کرد و از این طریق روی قطبش نور عبوری اثر گذاشت. در صورتی که انر‍‍‍ژی میدان الکتریکی اعمال شده در سلول بلور مایع از انرژی کشسانی مولکول های بلور مایع بیشتر باشد، گذار فردریکز اتفاق خواهد افتاد[3]. در این وضعیت، به غیر از مولکول های چسبیده به دیواره سلول بقیه مولکول ها طوری باز جهت گیری خواهند کرد که راستای ممان دوقطبی الکتریکی آنها در جهت میدان خارجی قرار گیرد. باز جهت گیری ممان دو قطبی مولکول ها باعث تغییر بیضی گون ضریب شکست خواهد شد که منجر به تغییر فاز و قطبش نور عبوری می-شود. آنالیزور تغییرات قطبش را به تغییران شدت تبدیل خواهد کرد در نتیجه با تغییر قطبش نور عبوری از سلول شدت آن نیز در عبور از آنالیزور تغییر خواهد کرد. مطالعات نشان می دهد که با استفاده از پرتو پمپاژ میتوان ولتاژ آستانه گذار فردریکز را کنترل کرد که البته این در صورتی امکان پذیر است که از یک لایه حساس به نور همچون پلی وینیل الکل(pva) بر روی دیواره داخلی سلول استفاده شود[3]. می توان فرض کرد که در نتیجه اعمال میدان الکتریکیdc به سلول، میدان سدکننده ای ناشی از جمع شدن بارهای آزاد بین سطوح مرزی، ایجاد می شود که اثر میدان الکتریکی اعمالی را کاهش داده و ولتاژ مورد نیاز برای القاء گذار فردریکز را افزایش می دهد. تابش پرتو پمپاژ به سلول باعث خنثی شدن میدان سدکننده می شود که در نتیجه منجر به انتقال ولتاژ آستانه گذار فردریکز به سمت مقادیر کمتر خواهد شد.