第四章 元件的製作與光學實驗
4.2 液晶波板基本特性量測
在開始作實驗之前我們必須要確認液晶波板是否厚度正確，所以 必須要先量測液晶波板的基本特性，我們將雷射光不經過擴束經過液 晶與相互垂直的偏振板(cross polarizes)，在架構的最後面使用光偵 測器偵測光強度，如圖 4.4
我們使用函數產生 器當外加電壓，加於 液晶波板中，測量電 壓對穿透率的變化。
我們在實驗中選擇
圖 4.4 正向入射實驗裝置圖
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頻率一千赫茲，波型為弦波與方波，將改變外加電壓，使用光偵測器 測量光強度，紀錄電壓對光強度的變化，可以得到正向入射光對液晶 波板的基本參數。
對於五塊不同厚度的液晶波板，我們可以得到不同液晶波板電壓 對光強度的圖，如圖 4.5
(A)SA-040-2 電壓對光強度的圖 (B)SA-040-4 電壓對光強度的圖
(C)SA-200-1 電壓對光強度的圖 (D)SA-200-5 電壓對光強度的圖
(E)LC-5-2 電壓對光強度的圖
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圖 4.5 不同液晶波板電壓對光強度的實驗圖(兩種波型),(A)SA-040-2 電壓對光 強度的圖,(B)SA-040-4 電壓對光強度的圖,(C)SA-200-1 電壓對光強度的圖, (D)SA-200-5 電壓對光強度的圖,(E)LC-5-2 電壓對光強度的圖
可以圖中發現使用弦波與方波的差別不大，但是使用方波可以使 用高的有效方均根電壓(Vrms)。在圖 4.5，可以證明我們的液晶波板 是具有電壓改變其光經過相位延遲的效果，才會改變光偵測器上的光 強度，且由圖 4.5 中可以推導每個實際液晶波板的厚度，接著我們可 以利用推導出來的液晶厚度再帶入我們的理論模擬，與實際結果相互 比較，可以得到圖 4.6
(A)理論厚度(1.71um)與實驗的曲線比較 (B)理論厚度(2.79um)與實驗的曲線比較
(C)理論厚度(15.71um)與實驗的曲線比較 (D)理論厚度(18.49um)與實驗的曲線比較
49 (E)理論厚度(3.35um)與實驗的曲線比較
圖 4.6 不同液晶波板電壓對光強度的實驗圖與理論比較,(A)理論厚度(1.71um) 與實驗的曲線比較,(B)理論厚度(2.79um)與實驗的曲線比較, (C)理論厚度 (15.71um)與實驗的曲線比較, (D)理論厚度(18.49um)與實驗的曲線比較, (E) 理論厚度(3.35um)與實驗的曲線比較
比較其結果，可以發現模擬的曲線與實驗結果差距不遠，表示我 們的理論是沒有很大的錯誤，這實驗證明了液晶是可以正常工作且我 們推導的理論可以支持這實驗結果，我們可以利用圖 4.5 實驗得到的 數據，來設計可調式液晶元件，如圖 4.5 (E)圖，電壓為 0.85(volt) 時，此時通過互相垂直偏振板，穿透率是最低，表示此時相位變化為
2
π ，偏振方向不會改變，所以通過第檢偏板後，跟檢偏板的穿透軸 互相垂直，所以穿透光的強度是最暗，此時的液晶波板具有全波板的 功能，光經過液晶波板不會改變偏振方向，加電壓為 1.32(volt)，此時光的穿透率為最亮的，表示此時相位變化為
π
，偏振方向改變 90，所以通過檢偏板後，與檢偏板的穿透軸互相平行，所以穿透光 的強度是最亮的，此時液晶波板具有半波板的功能，如果此時電壓改50
加 1.06(volt)，光的穿透率為一半，此時相位變化為
π
/ 2，表示此時 在此電壓下的液晶波板具有四分之一波板的功能。我們由圖 4.5 了解如何利用實驗曲線來設計可以調製的液晶相位 板，如果曲線在波谷時，表示穿透率最低，液晶波板具有全波長的效 果，此時電壓下的液晶波板，可以設計為全波板，曲線波峰時，此電 壓下的液晶波板可以設計為半波板，波峰與波谷中間的電壓可以設計 為四分之波板，若是要非整數的相位調製，可以利用穿透率的變化，
反推光經過液晶波板的相位調製值，紀錄此時電壓，則可以利用此電 壓下的液晶波板，達到特殊的相位調製，跟傳統式的相位板比較，可 以了解可調式的相位元件較能彈性應用於光學中。
圖 4.5(E)圖為液晶波板厚度為 3.35um，我們現在比較厚度較大 的液晶波板，圖 4.5 (D)圖，此時的液晶波板厚度為 18.49um，可以 很明顯的發現，圖的曲線變化較多，震盪較劇烈，尤其是在電壓 2(volt) 內，曲線變化就占了一半以上，表示在電壓較小時，稍微變化微小電 壓，穿透率的曲線就會從波峰到波谷，但若是電壓在 2.5(volt)以上，
波峰與波谷的間距，就會離比較遠，表示微小電壓的影響會小很多，
所以我們在使用厚度較大的液晶波板，最好使用的電壓要比較大，這 樣對相位的調製會較精準，利用這種方式來設計可調式的相位元件，
並找出影響可調製相位元向的設計參數。
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