P-18988 Holographic polymer-dispersed liquid crystals for photonics
 
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Abstract English

In the frame of this project we will generate complex structures from photosensitive composites of polymers and liquid crystals (H-PDLC) by holographic methods. The optical properties of these materials are governed by nanodroplets of liquid crystals within the polymer matrix. One thus can, for instance, switch an H-PDLC from an opaque to a completely transparent medium for light by application of an external electric field. The colossal light-induced refractive-index change further makes it possible to create so called photonic crystals, i.e., to periodically modulate the dielectric susceptibility, so that band gaps for photons are generated (stop bands). We are targeting on three major aims in this project:

  1. To investigate and understand the kinetics of phase separation between the polymer matrix and the liquid crystal droplets
  2. To explore the relation between the structural properties on a nanometre scale and the optical properties in the submicrometre range
  3. To optimise H-PDLCs for photonic applications ("all optical networking") and neutron-optic components
To reach these goals, we will employ non-destructive in-situ techniques: light optical holographic such as two-wave-mixing, interferometric beam coupling experiments, holographic scattering and polarisation microscopy, as well as neutron diffraction and scattering from light-induced structures. The latter investigations are performed using a unique instrument (HoloNS), which allows simultaneous diffraction of neutrons and light during creation of the structures.
The project will be run in cooperation with scientific institutes in Slovenia and Germany. The expected outcome will be: creation of novel nanostructured materials as well as new fundamental knowledge on them. These media will have an outstanding importance for optical technologies, in particular for the fabrication of next-generation photonic elements. Furthermore a new class of materials opens up for the construction of neutron optical components, maybe even for the production of neutronic crystals.

 

Abstract German

m Rahmen dieses Projekt stellen wir komplexe Strukturen aus photosensitiven Kompositen von Polymeren und Flüssigkristallen (H-PDLC) mittels holographischer Methoden her. Die optischen Eigenschaften dieser Materialien sind durch die eingebetteten Nano-Tröpfchen des Flüssigkristalls bestimmt. So kann z.B. ein H-PDLC durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes von einem optisch undurchlässigen Zustand in ein völlig transparentes Medium geschaltet werden. Durch die enorm hohe lichtinduzierte Brechwertänderung ist es außerdem möglich, Photonische Kristalle herzustellen, d.h., die dielelektrische Suszeptibilität periodisch zu modulieren, so dass Bandlücken für Photonen entstehen (sogenannte photonische Stoppbänder). Dieses Projekt verfolgt drei wesentliche Ziele:

  1. Die Kinetik der Phasenseparation zwischen Polymer und Flüssigkristall zu untersuchen und zu verstehen
  2. Den Zusammenhang zwischen den strukturellen Eigenschaften im Nanometerbereich und den optischen Eigenschaften im Submikrometerbereich aufzuklären
  3. H-PDLC für photonische Anwendungen ("all optical networking") und neutronen-optische Komponenten zu optimieren
Um diese Ziele zu erreichen, werden nichtdestruktive in-situ Verfahren eingesetzt, und zwar sowohl lichtoptisch holographische Verfahren wie Zweiwellenmischung, interfero-metrische Strahlkopplungsmessungen, holographische Streuung, sowie Polarisationsmikro-skopie, aber auch Neutronenbeugung und -streuung an lichtinduzierten Strukturen. Letztere werden mit einem einzigartigen Forschungsgerät (HoloNS) durchgeführt, das simultane Neutronen- und Lichtbeugung während der Erzeugung der Strukturen erlaubt. Das Projekt wird in Kooperation mit Forschungsinstituten in Slowenien und Deutschland durchgeführt. Die Ergebnisse werden neue fundamentale Erkenntnisse als auch neuartige nanostrukturierte Materialien bringen, die von hervorragender Bedeutung für die optische Technologie, insbesondere zur Erzeugung von photonischen Elementen der nächsten Generation sind. Zusätzlich wird sich damit eine neue Materialklasse für die Konstruktion neutronenoptischer Komponenten eröffnen, vielleicht sogar zur Herstellung von neutronischen Kristallen.

 
 
 

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