СРАВНЕНИЕ ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ КИРАЛЬНОГО И ХОЛЕСТЕРИЧЕСКОГО СЛОЕВ

Жидкие кристаллические структуры остаются интересными в связи с возможностью их использования в различных областях науки и техники. В частности, в термографии, создают такой состав жидкокристаллического вещества, из которого делают индикаторы для определенных диапазонов температуры и для многих конструкций. Пленочные жидкие кристаллы наносят на транзисторы, интегральные схемы. Жидкие кристаллы применяются для обнаружения паров химических соединений и для обнаружения гамма изучения и ультрафиолетового излучения. Но самая перспективная область применения жидких кристаллов – это информационная техника[2].

Жидкие кристаллы – это такое состояние, в которое переходят вещества при определенных условиях (давление, концентрация, температура). Жидкие кристаллы обладают такими свойствами как текучесть и анизотропия.

Жидкие кристаллы разделяют на две большие группы:

1) Термотропные жидкие кристаллы, образуются в ходе нагревания твердого вещества и существуют в определенном интервале температур и давлений.

2) Лиотропные жидкие кристаллы, которые являются двух- или более компонентной системой, образуются в смеси стержневых молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей).

К термотропым жидким кристаллам относятся киральные жидкие кристаллы и холестерические жидкие кристаллы. Киральность обозначает свойство объекта не совмещаться со своим отражением в плоском зеркале. Киральность является проявлением асимметрии левого и правого в природе. Киральная молекула не содержит инверсных осей, поперечных плоскостей, центров симметрии. Холестерические жидкие кристаллы – это жидкие кристаллы, в которых длинные оси образуют спирали, которые очень чувствительны к перепадам температуры из-за малой энергии образования этой структуры [3].

Целью данной работы сравнение зависимости коэффициента отражения электромагнитной волны от кирального и холестерического слоев от угла падения в заданном диапазоне частот и их сравнение. Рассмотрены E- поляризованная и H- поляризованная волна проходящая через жидкий кристалл. Е-поляризация это вертикальная поляризация электромагнитной волны относительно оси распространения волны, Н – поляризация это горизонтальная поляризация электромагнитной волны относительно оси распространения волны.

Рисунок 1. Падение электромагнитной волны на киральный слой.

Формулы для коэффициентов отражения от кирального слоя [4].

Для случая падающей волны E- поляризации

Для случая падающей волны H- поляризации

Расчёт коэффициентов отражения проводился для Е-поляризованной волны при значениях параметров ; ; ;   в диапазоне частот от ω=2*10^15 Гц до ω=4*10^15 Гц.

Рисунок 2: Графики коэффициента отражения для волны Е-поляризации при углах падения a)0 b)30 c)45 d)75

Холестерики могут образовываться двумя группами соединений: производными оптически активных стероидов, главным образом холестерина, и нестероидными соединениями, обладающими хиральностью (алкил-, алкокси-, ацилоксизамещенные азометины, производные коричной кислоты, азо- и азоксисоединений и др.). Для жидких кристаллов характерным является ориентация дипольных молекул в определенном направлении, которое определяется единичным вектором— называемым «директором»[5].

Расчеты зависимости коэффициента отражения холестерического слоя при различных углах падения подробно был рассмотрен в работе [1]. Графики, полученные в этой работе (рис. 3) позволяют нам провести сравнительный анализ отражения электромагнитной волны от киральных и холестерических слоев в заданном диапазоне частот.

Рисунок 3: Графики коэффициента отражения холестерического слоя при углах падения а) 0, b) 30, c) 45, d) 75 градусов.

Вывод:

Полученные зависимости показывают, что в диапазоне частот, в котором коэффициент отражения электромагнитной волны от холестерического слоя   может принимать все значения от 0 до 1, коэффициент отражения от кирального слоя возрастает с ростом частоты, но единицы не достигает. Т.о. в этом диапазоне частот в холестерическом слое происходит полное отражение волны, которое при возрастании угла падения смещается в сторону больших частот. Это объясняется, в частности, более сложной структурой холестерических жидких кристаллов.

Список литературы:

1. Аракелян О.М., Ерицян О.С, Папоян А.А, Папоян А.А, Пикичян О.В. Наклонное прохождение электромагнитной волны через сои с однородной и неоднородной спиральной структурой. Известия НАН Армения, Физика, т.41, №4, с. 340-344(2006). [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://docplayer.ru/312970-Naklonnoe-prohozhdenie-elektromagnitnoy-volny-cherez-sloi-s-odnorodnoy-i-neodnorodnoy-spiralnoy-strukturoy.html (дата обращения 21.11.2016). 
2. Беляков В.А. ,Сонин А.С.  Оптика холестерических жидких кристаллов. М., Наука, 1982.
3. Де Жен П. Физика Жидких кристаллов. М., Мир, 1977.
4. Осипов О.В. Исследование отражающих и волноведущих структур с киральными слоями дис. канд. Физико-математических наук. - Самара, 2000, С. 26-36.
5. Чандрасекар С. Жидкие кристаллы. М., Мир, 1980.