2-1 清洗玻璃
1. 實驗我們使用 ITO(Indium Tin Oxide)玻璃。將所要使用的玻璃 切割為10×10mm2。
2. 將玻璃放入燒杯內，加入中性玻璃清潔劑，再加水蓋過玻璃，
將燒杯放入超音波機器中用超音波清洗 5 分鐘。
3. 用去自來水將玻璃沖洗乾淨，並用氮氣吹乾後放置到另一個 乾燥的燒杯。
4. 加入丙酮(Acetone)到燒杯內，將燒杯放入超音波機器中用超 音波震盪清洗 5 分鐘，將丙酮回收以免汙染。
5. 加入甲醇(Alcohol)使之液面蓋過玻璃，將燒杯放入超音波機器 中用超音波震盪清洗 5 分鐘，將甲醇回收以免汙染。
6. 加入去離子水(DI water)到燒杯內，將燒杯放入超音波機器中 用超音波震盪清洗 5 分鐘。
7. 將玻璃再以去離子水沖洗，並用氮氣吹乾，放入烤箱中烤乾 (設定烤箱溫度為100°C，烘乾時間為半小時)，冷卻備用。(清 洗完的玻璃必須在一天內完成配向劑的塗佈，以免玻璃被汙 染，配向劑無法附著。)
2-2 水平配向玻璃製作及液晶盒之封合
1. 本實驗所使用的配向劑 Nissan 的 130B。將 Nissan 130B 由冰 箱取出，待其回復到室溫再行使用。
2. 將 ITO 玻璃放於旋轉塗佈機(spin-coater)上。用微量滴管取 130B 滴數滴在玻璃上，旋轉分兩步驟，條件分別為第一步 2000 rpm (15sec)，第二步 4000 rpm (60sec)。
3. 軟烤 : 將玻璃取下平放在加熱板上軟烤60°C，5 分鐘。硬烤 : 將鍍好的磨刷配向劑放入已預熱到170°C的烤箱中硬烤。
4. 將鍍好配向膜的玻璃基板擺置在磨刷機的平移台上，並用膠 帶固定好(設定轉速為 900 轉/分鐘)。磨刷動作完成後即可更 換機板重複同樣的動作，並記錄磨刷方向。
5. 取一片磨刷配向完的玻璃基板，將切割好的間隔器(Spacer) 沿玻璃基板長邊擺好。將另一片玻璃基板已磨刷方向平行的 方式夾合並將樣品四邊都夾上燕尾夾。
6. 將 A 膠與 B 膠等比例混合，接著用牙籤沾是量的接著劑沿著 樣品盒邊緣塗上(留下短邊缺口以灌入液晶)，等待半小時讓 接著劑固化即可進行液晶灌注的動作。
7. 利用微量滴管吸取適量的液晶滴在空樣品的注入口即可。待 液晶灌滿空樣品盒後即可用接著劑將注入口封合。
2-3 加電壓量測穿透率之原理
2-3-1 瓊斯矩陣法(Jones matrix method)分析
在 液 晶 研 究 上 ， 常 利 用 瓊 斯 矩 陣 法 分 析 (Jones matrix method)[6]分析偵測光經過液晶元件的變化。
假設入射光的偏極狀態(polarization state)為
⎥ (slow axis)上的分量轉換到直角座標系上(參考圖 2-1)，則其轉換矩 陣為 :
:
由(2-3-2)、(2-3-4)、(2-3-5)，若入射光
Ｖ
通過此液晶元件，則其瓊 斯向量(Jones vectors)的改變，可以表示如下⎥⎦
2-3-2 液晶元件之穿透率量測原理
利用瓊斯矩陣來分析液晶元件之穿透率量測。穿透率之量測 是將入射光依序透過偏極片(Polarizer)、液晶元件(LC cell)、檢偏 器(Analyzer)，其裝置示意圖，如下圖 2-2
假設入射光沒有偏極化的光(Unpolarized light)，則光通過穿透
若假設液晶元件放置在 crossed polarizers 下(偏極片與檢偏片夾角 為90°)，則其穿透光之電場可用下列瓊斯矩陣表示 :
其中
2-4 相位延遲量測系統與原理
相位延遲量測系統裝置如圖 2-3[7]，入射的雷射光(圖 1-9)會 經過兩面分光鏡後總共分成三道光，由三個光偵測器(detector)所 接收。經由第一面分光鏡所反射的光接收，此道光稱之為參考光 (reference beam)；穿透過第二面分光鏡的雷射會經過消色差波板以 及檢偏片(ANt)後由光偵測器Dt所接收，此道光稱之為測試光(test beam)。由Dr、Dt所偵測到的光強度必須除以由D所偵測到的光 強度，目的在於降低光功率擾動所造成的誤差。由光偵測器D所 接收，穿透第一面分光鏡的光先穿過偏振片接著穿過一液晶調變 器(M, modulator cell)後經由第二面分光鏡反射經過檢偏片(ANr)由 光偵測器Dr所
系統中的檢偏片穿透軸與 x 軸平行，檢偏片的穿透軸則與ｙ 軸平行，液晶調變器的慢軸與 x 軸夾45°，消色差波板的等效慢軸 與 x 軸夾45°。因此由(2-3-16)可以寫下歸一化的光強度公式 : 參考光 :
sin2 Γ2
r =
I (2-4-1)
Γ:液晶調變器所造成的相位延遲 測試光 :
sin2 Γ2+δ
t =
I (2-4-2)
δ :消色差波板所造成的相位延遲
比較(2-4-1)、(2-4-2)，當液晶調變器在無外加電壓或外加固定電壓 時，Γ為定值。如此便難以推算出消色差波板的相位延遲δ 。因 此我們對液晶調變器外加一電壓範圍，使之相位延遲在此電壓範 圍內有至少有2π 的變化。最後可得到消色差波板的相位延遲 :
) ( sin 2 ) ( sin
2 −1 It − −1 Ir
δ = (2-4-3)
由式子(2-4-3)，我們可以經由量測到參考光與測試光的強度，進 而推算出消色差波板的相位延遲。本實驗所使用之雷射為如圖 1-9 所示之 KML(serial number 147)。不同波長的光經過腔內菱鏡後，
在空間上會被展開。此時藉由調整圖 1-9 中 slit 的間隙與位置，我 們可以調整雷射之波長以量測不同波長下的相位延遲。
2-5 脈衝寬度量測與 GDD 量測原理 2-5-1 脈衝寬度量測原理
本實驗所使用的鈦藍寶石超短脈衝雷射，其脈衝寬度為飛秒 (femtosecond)等級，以目前光偵測器的技術看來，其反應時間 (response time)尚無法達到飛秒等級。因此我們利用全光學法 (all-optics methods)以自相干涉(autocorrelation)的方式量測並推算雷 射脈衝寬度[3]。實驗架設如圖 2-4。 導體的光偵測器量測 autocorrelation 的訊號，再將此兩訊號作快速 傅利業轉換後，經由一連串的演算法求得[12][13]。其數學過於複
雜，因此我們忽略式 2-5-1 中的第三項及第四項，此時 :
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )
22 4
2 t E t I
dt t I t I t I V
=
− +
∝
∫
−∞∞ ττ (2-5-2)
上式的第一項為一定值，的二項令之為G2
( )
τ ，此時可以推算出)
2(τ
G 的半高寬(FWHM, full width half maximum) :
N c t= ×λ
Δ (2-5-3)
N為偵測訊號強度一半以上所包含的峰值個數，而峰值跟峰值之 間的間隔為
c
λ 。而由於超快雷射所產生的光波為高斯波(Gaussian
wave)(參考表 2-1)，因此可回推脈衝寬度Δτ(FWHM)為 :
2 Δt
=
Δτ (2-5-4)
2-5-2 GDD 量測原理
脈衝光於介質中傳遞時，群速度是波長的函數，因此脈衝光 中所包含的每種模(mode)皆以不同群速度傳遞，在這樣的情況之 下造成脈衝寬的寬度變寬(pulse broadening)。脈衝寬度變寬的機制 與參數 GDD(group-delay dispersion)相關[3]，以下便介紹 GDD 的推 導。
以在空間中沿 z 方向傳遞的 y 方向偏振光為例，其電場空間
[ ]
cos( ) 變化且光源為一高斯波(Gaussian shape)，(2-5-5)可改寫為 :[
y i t] [ t i t]
(refractive index)並非定值所致。折射率是一個頻率的函數，因此
我們將電場強度經由複立業轉換(Fourier transform)從時域轉換到
頻域，所得到的電場分布如下 :
其中 c
k d group velocity dispersion ( m s2
) (2-5-15) 將(2-5-10)、(2-5-12)代入(2-5-11)作展開 :
⎥⎦⎤
(2-5-12)、(2-5-13)代入(2-5-17)
並令 ( )
則 02 2 2 2 將(2-5-20)代入(2-5-19)
(
A B)
可推算出元件的 GDD 值。