本研究採用類似Letcher et al [5]的實驗架構，進行量測向列型液 晶試片的聲光效應。將液晶試片設置於壓克力水槽內，以沒水式超音 波換能器激發壓力波，斜束入射於液晶試片，觀察穿透試片的氦氖雷 射光強度變化，討論液晶之聲光效應。
3.1 實驗平台設計
3.1.1 液晶試片的準備本研究採用日商 EHC 公司製作的空液晶盒填充液晶，空試片的 玻璃性質如表 2 所列。蘇裕為[14]採用的液晶試片與 EHC 液晶盒的 差異在於幾何尺寸的不同，如表 3 所列。為了確定空液晶試片液晶層 的間隙，以光譜分析儀量測其間隙厚度，實驗儀器如圖3.1 所示。採 用 NOA65 的 UV 膠將非灌口的兩側封住，再以 UV 燈烘焗十分鐘。
為了避免紫外光傷及眼睛，可利用鋁箔紙擋住紫外光，如圖3.2 所示。
待UV 膠硬化之後，把空試片置放於加熱板上加熱至 60°C，如圖 3.3 所示。再以毛細棒沾適量液晶準備灌入試片，灌完液晶後，關掉加熱 板，使液晶試片的溫度隨著室溫下降至清亮點之下，液晶將產生較佳 的垂直配向排列。液晶填充完畢之後，將另外兩側灌口以 UV 膠封 邊，再以AB 膠進行四邊的補強，製作完成的液晶試片如圖 3.4 所示。
最後，以偏光顯微鏡檢察液晶排列是否良好。
3.1.2 沒水式聲光實驗
本研究實驗架構如圖3.5 所示。實驗系統架設於光學桌上，在兩 個正交的偏光板之間設置一個容積為42×40×20cm 的壓克力水槽，液 晶試片浸沒於水槽中，以沒水式超音波換能器激發壓力波，斜射於液
晶試片。液晶試片內的液晶材料為大立高分子工業股份有限公司生產 的正型向列型液晶5CB，兩側覆蓋玻璃，如圖 3.6 所示。向列型液晶 5CB 的材料參數如表 4 所列。5CB 液晶材料的向列型排列狀態會受 環境溫度影響，因此在水中加設一溫度控制器，將溫度控制於 30°C。
使用波長 632.8nm 的氦氖雷射為光源，經透鏡聚焦於光接收器(New Focus Model 1801, 125-MHz)，量測穿透液晶試片的光強度變化。
激發超音波換能器的正弦波訊號由函數產生器(Aglient 33250A function generator)產生，電壓振幅為 80mV ，以功率放大器(ENI pp model 325LA)將訊號增益 50dB。驅動電壓選定 80~100mV 是為了避pp 免燒壞換能器。
所以只能確定有限區域的液晶排列受聲導波影響。
3.1.3 洩漏蘭姆波實驗
洩漏蘭姆波實驗採用兩個相同中心頻率的超音波換能器，以一個 發射、一個接收的方式進行實驗，發射端經由函數產生器產生80mVpp 的正弦訊號，經功率放大器增益 50dB，實驗示意圖如圖 3.8 所示。
超音波經水傳遞至液晶試片，產生幾何反射波和洩漏蘭姆波，再由接 收端接收兩者的干涉訊號。接收的訊號經前級放大後，以數位示波器 擷取。為了減少人為誤差，個人電腦透過GPIB 介面卡連接函數產生 器與數位示波器，並以LabVIEW 進行實驗控制。
實驗架構類似沒水式聲光實驗，水槽上方架設兩個超音波換能 器，兩者均可進行三個自由度θ、x、y 的位移調整，其中一個可以 分厘卡進行y 方向的微調，找出偵測洩漏蘭姆波訊號的最佳位置。採 用 Panametrics 1MHz 的沒水式超音波換能器進行掃頻，實驗進行前 需將入射角調整等於反射角，並以超音波換能器的近場距離極限為換 能器與液晶試片的間距。
3.2 實驗的初始條件
氦氖雷射光路準直的校正包括鉛直仰角及水平轉角的校正。前者 先在氦氖雷射的正前方放置一平面鏡，確定平面鏡沒有任何鉛直傾角 與水平轉角，調整氦氖雷射光路的傾角，使雷射光點自平面鏡反射至 雷射射出口的水平位置，但是盡量不要使雷射反射回出射口，以免造 成氦氖雷射內部的損傷。
接著進行轉角校正，在氦氖雷射的正前方架設一移動平台，移動 路徑與雷射準直路徑平行。在移動平台上架設一屏幕，使雷射在屏幕
上呈現光點。接著使平台前後移動，觀察光點在屏幕上的位置，利用 相似三角形估算氦氖雷射光路的轉角偏移量。當光點在屏幕上幾乎都 保持同一個位置時，氦氖雷射光路即為準直。
液晶試片的環境溫度影響液晶的透光性。實驗時，將初始水溫調 至攝氏30 度左右，之後利用溫控棒加溫，將水槽溫度維持在 30 度左 右。
每次實驗前，先將氦氖雷射開啟三十分鐘以上，使光強度穩定。
水槽內注入水後，靜置三十分鐘，避免水中微小顆粒的布朗運動會造 成光的散射，使光通過偏光鏡時，發生漏光而影響光的穿透率。溫控 棒的位置要離光路遠一點，因為溫控棒附近的水受熱時，會令周遭的 微小顆粒產生較劇烈的擾動，影響光的穿透率。此外，當穿透光強度 明顯超出初始強度時，停止控溫，穿透光強會慢慢下降至初始強度。
3.3 實驗訊號量測
全部實驗都以LabVIEW 圖形化程式操控，指令經 GBIP 介面卡，
傳至函數產生器產生正弦波函數，激發超音波換能器產生連續縱波。
再以 NI-DAQ 訊號擷取卡(PCI-6036E)擷取光接收器所接收的穿透光 強度訊號，光接收器的規格如表6 所示。
為避免超音波換能器連續激發造成過熱，須留意換能器每次激發 的時間不宜持續過久。每一次量測之後，預留約 30~40 秒之緩衝時 間，使換能器冷卻下來，才進行下一次的超音波激發。洩漏蘭姆波實 驗與聲光實驗都需要掃頻，所費時間較長，都是以LabVIEW 程式操 控，前者是採用高頻的數位示波器擷取超音波訊號，後者則以低頻的 DAQ 卡擷取光強度訊號。