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商品簡介
作者簡介
序
目次
商品簡介
本書主要介紹國內外液晶光子學領域的最新研究動態，特別是液晶光子學材料及器件在新型顯示技術和新型光子學器件方面的應用。本書共10章，內容包括液晶光場調控技術、藍相液晶材料、藍相液晶顯示器、液晶激光器、鐵電液晶、增強現實顯示技術、液晶液滴與殼的光子學應用、等離激元光子學、光通信和太赫茲調控元件等。本書作為高等院校專業教材，可供相關專業師生參考，也可供液晶光子學領域內工程技術人員閱讀。
作者簡介
羅丹博士于2012年7月在新加坡南洋理工大學電子與電氣工程學院獲得博士學位。2013年5月正式加入南方科技大學電子與電氣工程系。長期從事可調諧液晶激光器，新型反射式液晶顯示器件，以及可調諧液晶光子/太赫茲器件以及液晶智能窗的相關研究工作。在Scientific Reports, Applied Physics Letters, Optics Express等期刊發表論文40+篇,申請專利7項。入選2013年深圳市海外高層次人才"孔雀計劃”（B類）；2016年入選深圳市南山區"領航人才”計劃（B）。
序
自19世紀末被發現以來，液晶廣泛應用於平板顯示領域。一方面，液晶顯示在信息顯示工業中扮演者重要的角色，是當前平板顯示技術的主流，其應用領域從小尺寸的手機、計算機，到大尺寸的液晶電視和投影電視；另一方面，隨著21世紀初技術的革新及蓬勃發展，液晶光子學材料和器件在快速響應顯示技術、增強現實、光場調控衍射光學器件、等離激元、光通信等方面展現出蓬勃的生機。目前，人們對液晶的研究正從顯示領域擴展到光子學領域。
本書主要介紹近年來液晶光子學領域國內外的最新研究動態，特別是液晶光子學器件和技術的前沿發展。本書內容安排如下：第1章為緒論，第2～6章介紹了液晶光場調控技術、藍相液晶材料及其顯示器、液晶激光器、鐵電液晶等器件的工作原理和性能，第7～10章介紹了液晶光子學在增強顯示、液晶液滴、等離激元、光通信和太赫茲調控元件等新興領域中的應用。
我們希望本書能夠幫助讀者瞭解液晶光子學最新進展和前沿動態。本書作為高等院校專業教材，可供相關專業師生參考，也可供液晶光子學領域內工程技術人員閱讀。
非常感謝本書的共同編著者，本書的順利完稿是與大家的努力分不開的。各章節撰寫情況如下：第1章，華東理工大學鄭致剛；第2章，南京大學胡偉、魏冰妍、陳鵬、陸延青；第3章，華東理工大學鄭致剛、李蕭；第4章，河北工業大學馬紅梅、孫玉寶；第5章，南方科技大學羅丹；第6章，北京航空航天大學郭琦、趙慧潔；第7章，上海交通大學李燕、劉澍鑫；第8章，廈門大學陳鷺劍；第9章，南方科技大學劉言軍、肖棟；第10章，南京大學胡偉、葛士軍、段薇、陸延青。感謝各個課題組的研究成員提供的幫助，感謝我們的同事和朋友關於本書的有益討論，感謝南方科技大學提供的經費支持。最後，感謝我們的家人在本書完成過程中給我們的鼓勵、支持和理解。
由於作者水平所限，書中不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
羅 丹 于南方科技大學
2018年1月
本書主要介紹近年來液晶光子學領域國內外的最新研究動態，特別是液晶光子學器件和技術的前沿發展。本書內容安排如下：第1章為緒論，第2～6章介紹了液晶光場調控技術、藍相液晶材料及其顯示器、液晶激光器、鐵電液晶等器件的工作原理和性能，第7～10章介紹了液晶光子學在增強顯示、液晶液滴、等離激元、光通信和太赫茲調控元件等新興領域中的應用。
我們希望本書能夠幫助讀者瞭解液晶光子學最新進展和前沿動態。本書作為高等院校專業教材，可供相關專業師生參考，也可供液晶光子學領域內工程技術人員閱讀。
非常感謝本書的共同編著者，本書的順利完稿是與大家的努力分不開的。各章節撰寫情況如下：第1章，華東理工大學鄭致剛；第2章，南京大學胡偉、魏冰妍、陳鵬、陸延青；第3章，華東理工大學鄭致剛、李蕭；第4章，河北工業大學馬紅梅、孫玉寶；第5章，南方科技大學羅丹；第6章，北京航空航天大學郭琦、趙慧潔；第7章，上海交通大學李燕、劉澍鑫；第8章，廈門大學陳鷺劍；第9章，南方科技大學劉言軍、肖棟；第10章，南京大學胡偉、葛士軍、段薇、陸延青。感謝各個課題組的研究成員提供的幫助，感謝我們的同事和朋友關於本書的有益討論，感謝南方科技大學提供的經費支持。最後，感謝我們的家人在本書完成過程中給我們的鼓勵、支持和理解。
由於作者水平所限，書中不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
羅 丹 于南方科技大學
2018年1月
目次
第1章 緒論
鄭致剛
1.1 液晶的概念及其分子結構 2
1.1.1 液晶的概念 2
1.1.2 液晶的分子結構 2
1.2 液晶的分類 3
1.2.1 按呈現液晶態的方式分類 3
1.2.2 按分子幾何外形分類 4
1.2.3 按相對分子質量（分子尺度）分類 5
1.3 液晶的典型相態與結構 6
1.3.1 向列相 6
1.3.2 近晶相 7
1.3.3 手性液晶相 9
習題 13
參考文獻 13
第2章 液晶光場調控技術
胡偉、魏冰妍、陳鵬、陸延青
2.1 光場調控 15
2.1.1 渦旋光束 15
2.1.2 矢量光束 17
2.1.3 艾裡光束 18
2.1.4 貝塞爾光束 19
2.1.5 光場調控的方法 20
2.2 基於傾角控制的液晶調光技術 21
2.2.1 原理 21
2.2.2 實例 22
2.3 結合方位角控制的液晶調光技術 28
2.3.1 原理 28
2.3.2 液晶取向技術 30
2.3.3 實例 32
2.4 討論和展望 43
習題 44
參考文獻 44
第3章 藍相液晶材料
鄭致剛、李蕭
3.1 藍相液晶材料簡介 49
3.2 聚合物穩定的藍相液晶材料 50
3.3 彎曲形分子誘導形成的藍相液晶材料 52
3.4 摻雜納米粒子的藍相液晶材料 54
3.5 氫鍵穩定的藍相液晶材料 55
3.6 外界刺激響應的藍相液晶材料 57
3.7 藍相液晶材料器件 60
3.7.1 相位光柵 60
3.7.2 透鏡 62
3.7.3 激光 63
3.7.4 相位調製器和可調光衰減器 65
3.8 本章小結 66
習題 66
參考文獻 67
第4章 藍相液晶顯示器
馬紅梅、孫玉寶
4.1 引言 72
4.2 藍相液晶顯示器相關參數 78
4.2.1 藍相液晶顯示器的結構及臨界電場強度 79
4.2.2 光學閾值電壓和光學飽和電壓 82
4.2.3 其他結構BPLCD的驅動電壓與驅動電場強度 89
4.2.4 小結 93
4.3 藍相液晶顯示器的模擬計算 93
4.3.1 理論模型與相關理論 94
4.3.2 藍相液晶的等效彈性常數 96
4.3.3 藍相液晶的動力學響應 99
4.3.4 藍相液晶的旋光特性研究 102
4.3.5 小結 107
4.4 本章小結 107
習題 107
參考文獻 108
第5章 液晶激光器
羅丹
5.1 引言 113
5.2 液晶激光器的基本原理 114
5.2.1 光子晶體 114
5.2.2 激光器的不同類型 116
5.2.3 液晶形成的光子禁帶結構 116
5.3 帶邊型激光器 117
5.3.1 膽甾相液晶激光器 118
5.3.2 藍相液晶激光器 120
5.3.3 全息聚合物分散液晶激光器 121
5.4 缺陷型激光器 127
5.5 調諧特性 129
5.5.1 電場調諧 129
5.5.2 溫度調諧 130
5.5.3 光場調諧 131
5.5.4 機械力調諧 131
5.5.5 空間調諧 132
5.6 應用前景 133
習題 133
參考文獻 133
第6章 鐵電液晶
郭琦、趙慧潔
6.1 對稱性和極化 141
6.1.1 近晶相的對稱性 141
6.1.2 鐵電液晶的自發極化 143
6.1.3 鐵電液晶的關鍵參數 145
6.2 典型光電模式 148
6.2.1 表面穩定型鐵電液晶 149
6.2.2 螺旋形變型鐵電液晶 151
6.2.3 電致解旋型鐵電液晶 154
6.3 鐵電液晶的取向 156
6.3.1 鐵電液晶的缺陷與織構 156
6.3.2 鐵電液晶的光控取向 158
6.4 鐵電液晶顯示器件及光子器件 160
6.4.1 鐵電液晶光開關 160
6.4.2 場序彩色顯示 160
6.4.3 電控光柵 162
6.5 本章小結 163
習題 163
參考文獻 164
第7章 增強現實顯示技術及液晶器件的應用
李燕、劉澍鑫
7.1 人眼視覺因素 170
7.1.1 人眼視覺模型 170
7.1.2 深度暗示 172
7.1.3 調焦-輻輳矛盾 174
7.2 增強現實技術及產品 174
7.2.1 虛擬現實技術 175
7.2.2 增強現實技術 176
7.2.3 增強現實主要產品 177
7.2.4 AR眼鏡三維成像機理 180
7.3 頭戴式增強現實顯示系統 181
7.3.1 頭戴式顯示系統參數 181
7.3.2 增強現實圖像源 183
7.3.3 接目光學系統 184
7.3.4 問題與挑戰 186
7.3.5 無視覺疲勞增強現實三維顯示方法 186
7.4 基於液晶器件的AR應用 190
7.4.1 基於液晶透鏡 190
7.4.2 基於聚合物穩定液晶散射片 192
7.4.3 基於液晶偏振旋轉器 193
習題 194
參考文獻 195
第8章 液晶液滴與殼的光子學應用
陳鷺劍
8.1 引言 198
8.2 基礎理論 198
8.2.1 向列相液晶液滴與殼的構型 199
8.2.2 膽甾相液晶液滴與殼的構型 199
8.3 液晶液滴與殼的微流控制備技術 201
8.3.1 玻璃毛細管微流控 201
8.3.2 界面穩定與液晶取向的控制 202
8.3.3 基於滲透壓的殼尺寸控制 203
8.4 液晶液滴與殼的光子特性與應用 203
8.4.1 液晶液滴的回音壁模式激光發射 204
8.4.2 膽甾相液晶與殼的帶邊激光發射 206
8.4.3 膽甾相液滴與殼的選擇性光反射 209
8.4.4 化學與生物傳感 212
8.4.5 液晶彈性體執行器 215
8.5 展望 217
習題 217
參考文獻 217
第9章 液晶等離激元光子學
劉言軍、肖棟
9.1引言 223
9.2 等離激元光子學和液晶基礎 224
9.2.1 表面等離激元 224
9.2.2 液晶 226
9.3 基於液晶的有源等離激元光子學器件 228
9.3.1 電場驅動方法 228
9.3.2 光驅動方法 230
9.3.3 表面聲波驅動方法 232
9.3.4 熱驅動方法 234
9.3.5 磁場驅動方法 235
9.4 本章小結 236
9.4.1 當前的挑戰 236
9.4.2 未來的需求 236
習題 237
參考文獻 237
第10章 液晶光通信與太赫茲調控元件
胡偉、葛士軍、段薇、陸延青
10.1 液晶光通信元件 240
10.1.1 光通信器件背景及應用 241
10.1.2 獨立液晶光通信元件 244
10.2 液晶太赫茲器件 254
10.2.1 液晶太赫茲元件 254
10.2.2 液晶太赫茲相移器 255
10.2.3 液晶太赫茲波片 258
10.2.4 液晶太赫茲濾波器 260
10.2.5 液晶可調太赫茲吸收器 264
習題 267
參考文獻 268
鄭致剛
1.1 液晶的概念及其分子結構 2
1.1.1 液晶的概念 2
1.1.2 液晶的分子結構 2
1.2 液晶的分類 3
1.2.1 按呈現液晶態的方式分類 3
1.2.2 按分子幾何外形分類 4
1.2.3 按相對分子質量（分子尺度）分類 5
1.3 液晶的典型相態與結構 6
1.3.1 向列相 6
1.3.2 近晶相 7
1.3.3 手性液晶相 9
習題 13
參考文獻 13
第2章 液晶光場調控技術
胡偉、魏冰妍、陳鵬、陸延青
2.1 光場調控 15
2.1.1 渦旋光束 15
2.1.2 矢量光束 17
2.1.3 艾裡光束 18
2.1.4 貝塞爾光束 19
2.1.5 光場調控的方法 20
2.2 基於傾角控制的液晶調光技術 21
2.2.1 原理 21
2.2.2 實例 22
2.3 結合方位角控制的液晶調光技術 28
2.3.1 原理 28
2.3.2 液晶取向技術 30
2.3.3 實例 32
2.4 討論和展望 43
習題 44
參考文獻 44
第3章 藍相液晶材料
鄭致剛、李蕭
3.1 藍相液晶材料簡介 49
3.2 聚合物穩定的藍相液晶材料 50
3.3 彎曲形分子誘導形成的藍相液晶材料 52
3.4 摻雜納米粒子的藍相液晶材料 54
3.5 氫鍵穩定的藍相液晶材料 55
3.6 外界刺激響應的藍相液晶材料 57
3.7 藍相液晶材料器件 60
3.7.1 相位光柵 60
3.7.2 透鏡 62
3.7.3 激光 63
3.7.4 相位調製器和可調光衰減器 65
3.8 本章小結 66
習題 66
參考文獻 67
第4章 藍相液晶顯示器
馬紅梅、孫玉寶
4.1 引言 72
4.2 藍相液晶顯示器相關參數 78
4.2.1 藍相液晶顯示器的結構及臨界電場強度 79
4.2.2 光學閾值電壓和光學飽和電壓 82
4.2.3 其他結構BPLCD的驅動電壓與驅動電場強度 89
4.2.4 小結 93
4.3 藍相液晶顯示器的模擬計算 93
4.3.1 理論模型與相關理論 94
4.3.2 藍相液晶的等效彈性常數 96
4.3.3 藍相液晶的動力學響應 99
4.3.4 藍相液晶的旋光特性研究 102
4.3.5 小結 107
4.4 本章小結 107
習題 107
參考文獻 108
第5章 液晶激光器
羅丹
5.1 引言 113
5.2 液晶激光器的基本原理 114
5.2.1 光子晶體 114
5.2.2 激光器的不同類型 116
5.2.3 液晶形成的光子禁帶結構 116
5.3 帶邊型激光器 117
5.3.1 膽甾相液晶激光器 118
5.3.2 藍相液晶激光器 120
5.3.3 全息聚合物分散液晶激光器 121
5.4 缺陷型激光器 127
5.5 調諧特性 129
5.5.1 電場調諧 129
5.5.2 溫度調諧 130
5.5.3 光場調諧 131
5.5.4 機械力調諧 131
5.5.5 空間調諧 132
5.6 應用前景 133
習題 133
參考文獻 133
第6章 鐵電液晶
郭琦、趙慧潔
6.1 對稱性和極化 141
6.1.1 近晶相的對稱性 141
6.1.2 鐵電液晶的自發極化 143
6.1.3 鐵電液晶的關鍵參數 145
6.2 典型光電模式 148
6.2.1 表面穩定型鐵電液晶 149
6.2.2 螺旋形變型鐵電液晶 151
6.2.3 電致解旋型鐵電液晶 154
6.3 鐵電液晶的取向 156
6.3.1 鐵電液晶的缺陷與織構 156
6.3.2 鐵電液晶的光控取向 158
6.4 鐵電液晶顯示器件及光子器件 160
6.4.1 鐵電液晶光開關 160
6.4.2 場序彩色顯示 160
6.4.3 電控光柵 162
6.5 本章小結 163
習題 163
參考文獻 164
第7章 增強現實顯示技術及液晶器件的應用
李燕、劉澍鑫
7.1 人眼視覺因素 170
7.1.1 人眼視覺模型 170
7.1.2 深度暗示 172
7.1.3 調焦-輻輳矛盾 174
7.2 增強現實技術及產品 174
7.2.1 虛擬現實技術 175
7.2.2 增強現實技術 176
7.2.3 增強現實主要產品 177
7.2.4 AR眼鏡三維成像機理 180
7.3 頭戴式增強現實顯示系統 181
7.3.1 頭戴式顯示系統參數 181
7.3.2 增強現實圖像源 183
7.3.3 接目光學系統 184
7.3.4 問題與挑戰 186
7.3.5 無視覺疲勞增強現實三維顯示方法 186
7.4 基於液晶器件的AR應用 190
7.4.1 基於液晶透鏡 190
7.4.2 基於聚合物穩定液晶散射片 192
7.4.3 基於液晶偏振旋轉器 193
習題 194
參考文獻 195
第8章 液晶液滴與殼的光子學應用
陳鷺劍
8.1 引言 198
8.2 基礎理論 198
8.2.1 向列相液晶液滴與殼的構型 199
8.2.2 膽甾相液晶液滴與殼的構型 199
8.3 液晶液滴與殼的微流控制備技術 201
8.3.1 玻璃毛細管微流控 201
8.3.2 界面穩定與液晶取向的控制 202
8.3.3 基於滲透壓的殼尺寸控制 203
8.4 液晶液滴與殼的光子特性與應用 203
8.4.1 液晶液滴的回音壁模式激光發射 204
8.4.2 膽甾相液晶與殼的帶邊激光發射 206
8.4.3 膽甾相液滴與殼的選擇性光反射 209
8.4.4 化學與生物傳感 212
8.4.5 液晶彈性體執行器 215
8.5 展望 217
習題 217
參考文獻 217
第9章 液晶等離激元光子學
劉言軍、肖棟
9.1引言 223
9.2 等離激元光子學和液晶基礎 224
9.2.1 表面等離激元 224
9.2.2 液晶 226
9.3 基於液晶的有源等離激元光子學器件 228
9.3.1 電場驅動方法 228
9.3.2 光驅動方法 230
9.3.3 表面聲波驅動方法 232
9.3.4 熱驅動方法 234
9.3.5 磁場驅動方法 235
9.4 本章小結 236
9.4.1 當前的挑戰 236
9.4.2 未來的需求 236
習題 237
參考文獻 237
第10章 液晶光通信與太赫茲調控元件
胡偉、葛士軍、段薇、陸延青
10.1 液晶光通信元件 240
10.1.1 光通信器件背景及應用 241
10.1.2 獨立液晶光通信元件 244
10.2 液晶太赫茲器件 254
10.2.1 液晶太赫茲元件 254
10.2.2 液晶太赫茲相移器 255
10.2.3 液晶太赫茲波片 258
10.2.4 液晶太赫茲濾波器 260
10.2.5 液晶可調太赫茲吸收器 264
習題 267
參考文獻 268
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