Polscy naukowcy “okiełznali” błękitną fazę
Zespół naukowców z Wojskowej Akademii Technicznej i Politechniki Warszawskiej opracował metodę stabilizacji monokrystalicznych struktur ciekłokrystalicznych fazy błękitnej. Rozwiązanie eliminuje dotychczasowe ograniczenia i otwiera drogę do szybszych oraz bardziej wydajnych urządzeń optycznych.
Badacze z Wojskowej Akademii Technicznej i Politechniki Warszawskiej skupili się na fazie błękitnej ciekłych kryształów, strukturze łączącej cechy cieczy i kryształu fotonicznego. Kluczowym elementem prac było uzyskanie jednorodnych monokryształów oraz ograniczenie rozpraszania światła, które dotychczas utrudniało praktyczne zastosowania tej technologii.
„Przez lata główną barierą w komercjalizacji fazy błękitnej była jej tendencja do tworzenia struktur polikrystalicznych. Zamiast jednego, idealnego kryształu, materiał zazwyczaj przypominał mozaikę drobnych, losowo zorientowanych domen, tak zwanych platelet domains, które rozpraszały światło i drastycznie pogarszały parametry optyczne urządzeń. Udało nam się poradzić z tym wyzwaniem poprzez zastosowanie zaawansowanych technik projektowania materiałów i kontroli kotwiczenia powierzchniowego. Dzięki precyzyjnemu dobraniu domieszek chiralnych oraz odpowiedniej obróbce powierzchni szklanych komórek wyhodowaliśmy monokryształy o rozmiarach milimetrowych, które charakteryzują się jednolitą orientacją sieci krystalicznej na całej powierzchni próbki” – powiedział dr hab. inż. Eva Oton, prof. WAT z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT.
Najważniejszą cechą opracowanej technologii jest szybkość działania. Tradycyjne modulatory ciekłokrystaliczne pracują w skali milisekund. Monokryształy fazy błękitnej osiągają czasy reakcji poniżej 90 mikrosekund. Oznacza to poprawę o rząd wielkości względem standardowych rozwiązań.
W badaniach wykorzystano interferometr Macha-Zehndera do potwierdzenia możliwości modulacji fazy światła. W komórkach o grubości 5 mikrometrów uzyskano przesunięcie fazowe na poziomie 1,6 radiana przy niskim napięciu sterującym. Analizy wskazują, że zwiększenie grubości do 10 mikrometrów pozwoli osiągnąć pełną modulację na poziomie π radianów.
Technologia ma szerokie zastosowania. Może zostać wykorzystana w systemach rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości, gdzie istotne są szybkie czasy reakcji i kompaktowa konstrukcja. Kolejne obszary to optyka adaptacyjna, sterowanie wiązką laserową bez elementów mechanicznych oraz systemy holograficzne.
Projekt został zrealizowany przez zespół z Wojskowej Akademii Technicznej i Politechniki Warszawskiej. W pracach przewodzili m.in. dr hab. inż. Eva Oton, mgr inż. Tomasz Jankowski oraz naukowcy z obu instytucji. Wyniki wskazują, że monokrystaliczna faza błękitna może stać się podstawą nowych rozwiązań w fotonice, optyce i innych gałęziach przemysłu.
