本實驗利用磨刷配向法(Rubbing alignment)[6][7]的方式在玻 璃基板上產生配向，並將樣品製作成 AP(Anti parallel)液晶樣品。
以下是液晶樣品的製作流程：
2-1-1 清洗玻璃
(1)本實驗使用石英玻璃當作液晶盒的玻璃基板，玻璃基板規格如表 2-1-1.1。
(2)將玻璃先用吹球將玻璃表面的微小灰塵清除乾淨，再用酒精擦拭 後放入燒杯內，加入中性玻璃清潔劑，加水使液面蓋過玻璃，再將 燒杯放入超音波振盪器中清洗 10 分鐘。
(3)使用清水將玻璃表面的清潔劑沖洗乾淨後，用氮氣將玻璃兩面吹 乾，將玻璃放置到另一個乾燥的燒杯內，加入丙酮(Acetone)到燒 杯內，使丙酮液面蓋過玻璃，再將燒杯放入超音波振盪器中清洗 10 分鐘。振盪結束後將丙酮回收以免污染。
(4)使用丙酮將玻璃表面的丙酮殘留物沖洗乾淨後，用氮氣將玻璃兩 面吹乾，將玻璃放置到另一個乾燥的燒杯內，加入甲醇(Methanol) 到燒杯內，使甲醇液面蓋過玻璃，再將燒杯放入超音波振盪器中清
洗 10 分鐘。振盪結束後將甲醇回收以免污染。
(5)使用甲醇將玻璃表面的甲醇殘留物沖洗乾淨後，用氮氣將玻璃兩 面吹乾，將玻璃放置到另一個乾燥的燒杯內，加入去離子水(D.I Water)到燒杯內，使去離子水液面蓋過玻璃，再將燒杯放入超音波 振盪器中清洗 10 分鐘。
(6)將玻璃表面以去離子水沖洗乾淨，並使用氮氣吹乾，放入烤箱中 烤乾水氣(烤箱溫度設定 100℃，烤乾時間為 1 小時)，冷卻備用。
2-1-2 配向劑鍍膜
為了防止玻璃表面被污染，使得配向劑無法附著，所以在清洗完 玻璃當天就會進行配向劑鍍膜的步驟。我們利用旋轉塗佈機
(Spin-coater)，均勻的將配向劑塗佈在玻璃表面，並藉由旋轉塗佈 的轉速來控制在玻璃表面上鍍膜的厚度。以下是配向劑鍍膜的流程：
(1)我們使用的是 Nissan 130B 配向劑。使用前先將配向劑從冰箱拿 出，放在常溫下約一個小時，待其回到室溫再開始使用。
(2)將玻璃放在旋轉塗佈機上面，先用吹球將玻璃上方表面的微小灰 塵清除乾淨，用微量滴管取配向劑數滴均勻滴在玻璃表面上。並設 定好旋轉步驟，其條件設定為第一步 2000 rpm(1 sec)、2000 rpm(40 sec)，第二步 3000 rpm(1 sec)、3000 rpm(40 sec)。整個塗佈過 程中，室溫控制約在 25℃，濕度控制在 40%RH 以下。
(3)將配向劑塗佈好的玻璃放在加熱板上軟烤 80℃，時間為 5 分鐘，
目的是使配向劑中的溶劑揮發。
(4)將軟烤完的玻璃放入已預熱高溫 170℃的烤箱中，硬烤 1 小時。
(5)硬烤完成後，將玻璃取出放入培養皿中冷卻備用。
2-1-3 配向膜磨刷
將鍍好配向膜的玻璃基板放在磨刷機的平移台上，先用吹球將玻 璃上方表面的微小灰塵清除乾淨，設定絨布用 900 rpm 的相同轉速以 及相同轉動方向磨刷玻璃基板，使玻璃表面的配向膜產生配向效果。
為了加強配向效果，我們對每一個玻璃基板都進行了三次同樣的磨刷 動作。
2-1-4 切割間隙物(Spacer)
我們以白色鐵氟龍當作液晶盒的間隙物，先切割下一片直徑為 2.54 公分的圓形鐵氟龍，將鐵氟龍周圍留下約 0.4 公分的寬度，中 間則切割掉當作液晶的充填位置。將切割好的鐵氟龍間隙物清潔表面 乾淨後放置於培養皿中備用。
2-1-5 封裝液晶盒
取兩片已經配向磨刷好的玻璃基板，以相互平行的方式夾合，切 割好的鐵氟龍當作間隙物，留下要灌入液晶的缺口，剩下兩片玻璃基 板間的缺口則都用 AB 膠將其黏合。
待 AB 膠乾了之後，將液晶加熱到 isotropic 態，再由玻璃基板的 缺口灌入液晶，以 AB 膠封合缺口，製作成 AP 液晶樣品。
參考樣品則是清洗完玻璃後，不需要表面配向以及夾間隙物，即 可將兩片玻璃基板用 AB 膠黏合。
液晶樣品與參考樣品的厚度如表 2-1-5.1 所示。
2-2 液晶配向效果 ψ(圖 2-2.1)，從瓊斯矩陣(Jones matrix)，定義當光通過偏振片後，
電場狀態為
最後經過檢偏器(Analyzer)後
2-3 兆赫波量測系統
本實驗所使用的量測系統為兆赫波時域頻譜儀(THz-TDS)[8]。系 統使用砷化鎵光導天線做為兆赫波發射器及偵測器，再利用步進馬達 (Delay Stage)延遲偵測光的光程，將兆赫波在時域下的波形描繪出 來。
2-3-1 兆赫波產生及偵測原理簡介
實驗所使用的光導天線，其結構為在矽基板上低溫成長一層砷化 鎵(LT-GaAs)，並於其上面製作由 Ni/Ge/Au 合金所組成的導線(圖 2-3.1 (a))。天線產生兆赫波脈衝的方式是利用波長 800nm，脈衝時 間為 100fs，重複率為 90MHz 的超快雷射，激發砷化鎵中的載子由價 帶到導帶[9][10]，能帶結構如圖 2-3.1 (b)。透過外加的 1KHz、5Vpp 方波偏壓訊號，載子加速輻射出電磁波，此電磁波即為兆赫波。
在偵測器的部分，其天線結構與發射器完全相同。仍需要超快雷 射激發載子，但不需要外加偏壓。當兆赫波打入天線時提供一個很大 的順變電場，驅動載子在天線間隙中流動，可藉由鎖相放大器來收集 電流訊號，電流訊號大小與兆赫波的電場大小有關。若要得到完整的 兆赫波脈衝圖形，可藉由延遲偵測光的光程來得到整個時域訊號。量 測得到的兆赫波訊號的值是相對的，值的正負號代表電場的方向。
2-3-2 兆赫波量測系統架構
系統架構圖如圖 2-3.2。將波長 800nm，脈衝時間為 100fs，重複 率為 90MHz 的超快雷射導入 THz-TDS 系統中，利用分光鏡(Beam Splitter)將雷射光分成兩道，一道以功率 35mW 垂直入射至激發天 線；另一道以功率 30mW 垂直入射至偵測天線。在天線之前放一個無 色散之聚焦物鏡，讓雷射光可以準確打在天線的間隙上；天線背後貼 上矽半球，使激發出來的兆赫波從砷化鎵射出至空氣中的折射角減 小，增加兆赫波的收集率。輻射出來的兆赫波入射到拋物面鏡後，形 成一道平行光。量測時，會將樣品放置於兩個拋物面鏡之間來做測 量，並於入射兆赫波的樣品那一面放置光圈，調節光圈大小，確保兆 赫波完全從液晶通過。由本系統天線激發出來的兆赫波，其線偏振方 向為水平天線的間隙方向(以圖 2-3.1 (a)來說，兆赫波的線偏振方 向為上下)。故在擺放偵測天線時，必須配合發射天線的方向，才能 偵測到兆赫波。
要得到一個完整的兆赫波脈衝時域訊號，必須透過延遲偵測光的 光程來達到目的。一開始雷射光經過分光器分別入射到發射與偵測天 線，假設此時激發光加上兆赫波與偵測光的光程是相同的，令此時
= 0
t
，則偵測器偵測到的是t = 0
時的兆赫波的電場強度。當我們利 用步進馬達移動偵測光路的長度時，則偵測光被延遲了t ' 秒，此時偵測到的兆赫波是經過t ' 秒時的兆赫波電場強度。藉由此種方法即可 將一個兆赫波脈衝完整的描繪出來。
此外，由於兆赫波對水氣的吸收非常強烈[11]，在我們量測之後 得到的訊號中，水氣的吸收訊號跟我們所要的主訊號可能會混淆不 清。因此我們在使用 THz-TDS 系統時，利用壓克力罩蓋住系統，並在 量測過程全程在其中充入乾燥的氮氣，藉以排除在壓克力罩內的水 氣，使濕度控制在小於 5%RH，減少兆赫波對水氣的吸收。圖 2-3.3(a) 為排除水氣前的時域圖形(濕度 53%RH)； 圖 2-3.3(b)為排除水氣後 的時域圖形(濕度 4±0.4%RH)。圖 2-3.4(a)為排除水氣前的頻域圖形 (濕度 53%RH)； 圖 2-3.4(b)為排除水氣後的頻域圖形
(濕度 4±0.4%RH)。由圖形比較可以得知，排除水氣後的時域以及頻 域的兆赫波訊號，都明顯減少了因為水氣吸收而導致的圖形震盪以及 吸收的峰值訊號。
2-4 加熱溫控系統
本實驗利用加熱器 INSTEC MK1 Version 2.52 供給、控制我們所 需要的溫度;加熱系統是由一組銅塊盒和恆溫功用的鐵氟龍所組成 (如圖 2-4.1)。液晶樣品放在銅塊盒裡均勻加熱，銅塊盒上面開了小 窗戶讓兆赫波通過待測液晶樣品，將銅塊盒放入鐵氟龍盒裡恆溫，以 隔絕外面環境溫度對加熱系統溫度的影響。將銅棒塗上散熱膏，利用 加熱器 INSTEC MK1 Version 2.52 使銅棒加熱我們的加熱系統。使用 2 支溫度偵測計，一支溫度偵測計讀取加熱系統的溫度，回饋給加熱 器，以此控制加熱速率；另一支溫度偵測計接到萬用電表，直接接觸 至兆赫波訊號會經過的液晶樣品周圍，讀取溫度偵測計所偵測到的電 阻值，透過 GPIB 將萬用電表抓到的電阻值傳輸到電腦，利用 labview 程式將電阻值轉為所量測到的溫度值，並記錄加熱系統的溫度值。圖 2-4.2 為加熱系統溫度測試圖，當溫度穩定時，其溫度的誤差約為 0.006oC。
2-5 液晶清亮點量測
為了得到液晶從液晶態轉變為液態的準確溫度，我們將液晶樣品 放在一組偏振方向垂直的起偏器和檢偏器中，並固定液晶樣品長軸角 度和起偏器夾 45 度。此時改變溫度可得到不同的光穿透液晶樣品的 光強度，記錄光強度變化與溫度值。當液晶變為液態時，光強度會達 到最小值，光強度如果從震盪變化瞬間變為最小值的那點溫度值即為 液晶清亮點的溫度。
2-5-1 液晶清亮點量測方法
向列型液晶在其液晶態時，分子質心沒有規律性的亂排，但分子 和分子之間平均來說是規律的排列，所以我們會看到在液晶態時，液 晶通常都是不透明的外觀。但若向列型液晶從液晶態開始加溫，並且 加溫到某一溫度時，液晶外觀呈現清亮透明的狀態，我們稱這一個溫 度為液晶達到清亮點的溫度(TC)，此時的液晶變成液態，分子質心和 分子跟分子之間都沒有規律性的亂排。
本實驗所量測的兩種液晶 MBBA 和 PAA，雖然在各種文獻上提供了 它們清亮點的溫度值，但為了更準確區別我在實驗中的液晶樣品之液 晶態和 isotropic 態中間交界的溫度值，所以我們對實驗所使用的液 晶樣品做量測清亮點的動作。