實驗結果與分析

4-1 實驗結果

4-1-1 單一液晶樣品的操作電壓

在本實驗中，消色差二分之一波長板需由三片二分之一波長 板組成；消色差四分之一波長板由一片二分之一波長板及一片四 分之一波長板組成。經過 2-1、2-2 節步驟液晶樣品製作完成後，

我們利用波長 800nm 單頻雷射光在 crossed polarizer 下對液晶樣品 (液晶長軸方向與 polarizer 穿透軸夾 45 度)加電壓量測穿透率。所 施加的電壓頻率為 1kHz 之方波、施加電壓範圍為 0.1Volt 到 10Volt、並且以 0.1Volt 為間距量取訊號。圖 4-1、4-2、4-3 分別為 樣品一、二、三歸一化光強度與施加電壓的關係圖。此時利用式 2-3-16 可以將圖形轉換為相位延遲與施加電壓關係圖(4-4、4-5、

4-6)。由此關係圖可得操作在四分之一波長板時施加的電壓分別 為樣品一 2.78Volt、樣品二 3.04Volt、樣品三 3.67Volt；操作在二 分之一波長板所施加電壓分別為樣品一 1.9Volt、樣品二 2Volt、

樣品三 2.4Volt。另利用式 1-2-2 可算得樣品厚度分別是樣品一 3.49 μm、樣品二 3.43μm、樣品三 5.26μm。

4-1-2 消色差波板相位延遲量測結果

我們調整圖 1-9 中的 slit 改變雷射波長並利用 2-4 節所提到的 系統以單頻模式(cw mode)量測消色差波板在不同光波長下的相 位延遲。圖 4-7 顯示在波長 800nm 之下由於參考光與測試光相位 延遲相差π，在相同對應電壓下其中一道光的峰值(谷值)會是另 一道光的谷值(峰值)。圖 4-8、4-9 為波長 740nm 與 850nm 的情況，

亦符合上述之特性。這樣的結果符合式 2-4-1 與式 2-4-2。

接著我們改變波長重複相同實驗，並利用式 2-4-3 得到不同波長 對相位延遲的關係如圖 4-10，圖中並且包含消色差二分之一波長 板與單片二分之一波長板之相位延遲與波長關係。圖中顯示實驗 值與消色差二分之一波長板理論值頗為符合。

消色差四分之一波長板方面，系統所量測到的測試光訊號如 圖 4-11。由圖可看出，訊號的最小值變不會趨近 0。我們研判量 到的訊號並非如同式 2-4-2 般。進一步的討論，我們將留待 4-2 節 利用瓊斯矩陣(Jones Matrix)以解決目前問題。

4-1-3 脈衝寬度量測結果

本實驗所使用的液晶樣品其玻璃基板為勝華科技提供，厚度

為 1.113mm。我們利用 2-5 節提到的脈衝寬度量測系統及原理，

量測出脈衝雷射經過基板及元件後脈衝寬度的變化，並且利用式 2-5-25 計算出 GDD 值如表 4-1。其中液晶層厚度為 24μm，配向 膜為 PI(Nissan 130B)，所灌液晶為 E7。樣品擺設方面，我們令液 晶長軸垂直於入射光的偏振方向。在此我們更進一步利用表 4-1 的數據計算出液晶(E7)的

n

_o 所造成的材料色散(material dispersion) 之 GDD 值。

( )

²

25 . 10 48 . 97 2 21 . 205 ) 7

(E fs

K′′ = − × = (4-1-1)

本實驗所使用樣品之液晶層厚度約 3~5μm，其 GDD 值比起厚度 為 24μm 的液晶層要小的多。最後推算出消色差四分之一波長板 基板的 GDD 值為 398.92fs²，消色差二分之一波長板基板的 GDD 值為 584.88fs²。由此 GDD 值，只要知道入射光的脈衝寬度，即可 大約推算光經過元件後的脈衝寬度。

最後我們比較將數個電控液晶樣品操作在消色差波長板與 零階非消色差波長板下，比較脈衝雷射經過元件後脈衝寬度的變 化情形。首先脈衝雷射經過元件前的脈衝寬度為 61.84fs，由上段 所得基板 GDD 值推估脈衝雷射經過消色差四分之一波長板後脈 衝寬度約 64.06fs；經過消色差二分之一波長板則為 66.90fs。最後 實驗結果則如表 4-2，與預測結果相去不遠且消色差波長板脈衝

寬度變寬情形較非消色差波長板來的小。

4-2 實驗討論及分析

前一節中，我們已經成功的量測出消色差二分之一波長板之 相位延遲與波長的關係，並且確認在波長 740nm~850nm 之間相位 延遲幾乎不隨波長的改變而有所不同。也利用了脈衝寬度的量測 系統，量測並算出樣品基板的 GDD 值。4-1-3 節的最後更是得到 了脈衝光經過消色差波長板比零階非消色差波長板脈衝變寬的 程度要來的小的結果。

但是另一方面，消色差四分之一波長板之相位延遲量測並沒 有得到我們所預期的結果即式 2-4-2。此節，我們將利用瓊斯矩陣 (Jones Matrix)找出問題所在。

首先，我們從最原始的系統下手(圖 2-3)。參考光的部分依舊 滿足式 2-4-1，我們就測試光依序寫下光的瓊斯向量及矩陣(參考 圖 4-12)。光經過穿透軸為 x 軸的偏振片後，其瓊斯向量訂為J_in， 最後經過穿透軸為 y 軸的偏振片，瓊斯向量訂為J_out。他們之間的 關係如下：

( ) ( )

⎥⎥

⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎢

⎣

⎡

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝ + ⎛ Γ

−

⎟+

⎠

⎜ ⎞

⎝ + ⎛ Γ

= −

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

=⎡

2

3 2 3 2

0 1

0 0

0 M M M J i Cos i Sin

J_{out Q H M in}

(4-2-1) 們發現問題出在 Modulator 所擺的位置，當其置於待測四分之一 波長板前時，會改變一開始的水平偏振使其變為橢圓偏振，如此

在文檔中 超快雷射之可調式液晶消色差波長板 (頁 39-44)