Eigenschaften und Anwendungen von Flüssigkristallen im Terahertz-Frequenzbereich

{"ID":4013314,"post_title":"Eigenschaften und Anwendungen von Fl\u00fcssigkristallen im Terahertz-Frequenzbereich","title":"Eigenschaften und Anwendungen von Fl\u00fcssigkristallen im Terahertz-Frequenzbereich","post_content":"F\u00fcr THz-Wellen werden heute zahlreiche Anwendungen diskutiert wie z.B. im Bereich der zerst\u00f6rungsfreien Materialpr\u00fcfung oder der drahtlosen Kommunikation. In den letzten Jahren wurde deshalb die Entwicklung von THz-Systemen stetig vorangetrieben. Heute steht die THz-Technik an der Schwelle zur Markteinf\u00fchrung, wobei nach wie vor ein hoher Bedarf an kosteneffizienter und zuverl\u00e4ssiger Technologie existiert. Insbesondere im Bereich schaltbarer Bauteile gibt es bisher nur wenige befriedigende L\u00f6sungen. Eine Alternative zu den bisher existierenden THz-Bauteilen k\u00f6nnten schaltbare Filter, Modulatoren oder Phasenschieber auf Fl\u00fcssigkristallbasis sein. Ein grosser Vorteil der fl\u00fcssigkristallinen Materialien ist, dass sie sehr sensitiv auf elektrische und magnetische Felder reagieren und sich Eigenschaften des Fl\u00fcssigkristalls elektronisch kontrollieren lassen. Im Fokus dieser Arbeit stand deshalb die Untersuchung der Eigenschaften von Fl\u00fcssigkristallen im THz-Frequenzbereich. Dazu wurden makroskopische Gr\u00f6ssen in Form des Brechungsindexes und des Absorptionskoeffizienten verschiedener Fl\u00fcssigkristalle bestimmt. Dabei zeigte sich, dass alle untersuchten Fl\u00fcssigkristalle im THz-Frequenzbereich doppelbrechend sind und sich dadurch grunds\u00e4tzlich in schaltbaren Bauteilen verwenden lassen. Im Vergleich zum optischen Frequenzbereich weisen die Fl\u00fcssigkristalle im THz-Frequenzbereich jedoch eine h\u00f6here Absorption auf, die sich nachteilig auf die Gesamtabsorption eines THz-Bauteils auswirken kann. Mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie konnte gezeigt werden, dass die hohe Absorption im THz-Frequenzbereich durch Eigenschwingungen der Molek\u00fcle verursacht werden. Um die Struktur\/ THz-Eigenschaftsbeziehungen zu untersuchen wurde anhand der Cyanobiphenylfamilie der Einfluss der L\u00e4nge der Alkylkette auf die THz-Eigenschaften untersucht. Dabei zeigte sich, dass sich z.B. die THz-Doppelbrechung zwar wenig mit der Kettenl\u00e4nge \u00e4ndert, jedoch \u00e4hnlich wie im optischen Frequenzbereich einer Gerade\/Ungerade-Verteilung folgt. Mit Hilfe der Berechnung der molekularen THz- Polarisierbarkeiten, konnte demonstriert werden, dass die Abh\u00e4ngigkeit der THz- Doppelbrechung von der L\u00e4nge der Alkylkette durch die unterschiedlichen Polarisierbarkeiten der Quer- und L\u00e4ngsachse der Molek\u00fcle mit einer geraden bzw. ungeraden Anzahlen an Kohlenstoffatomen in der Alkylkette verursacht wurde. Damit Fl\u00fcssigkristalle anwendungsspezifische Anforderungen erf\u00fcllen, werden ver- schiedene Substanzen vermischt. Dadurch lassen sich z.B. nematische Mischungen mit geringer Viskosit\u00e4t oder spezifischen Werten f\u00fcr die dielektrische bzw. optische Anisotropie herstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene kommerziell erh\u00e4ltliche Mischungen auf ihre THz-Eigenschaften untersucht. Anhand der Ergebnisse zu den Mischungen mit hoher optischer Anisotropie ist zu erkennen, dass diese Mischungen ebenfalls eine h\u00f6here THz-Doppelbrechung besitzen. Mit Blick auf die enorme Anzahl der existierenden Fl\u00fcssigkristalle und Mischungen, wird klar, dass die THz-Fl\u00fcssigkristallforschung erst am Anfang steht und die THz- Eigenschaften vieler Fl\u00fcssigkristalle bisher noch unbekannt sind. Zur Bestimmung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ist deshalb die Charakterisierung neuer Substanzen eine zuk\u00fcnftige Aufgabe. Auf der Basis der Untersuchungen ist es m\u00f6glich, Fl\u00fcssigkristalle mit spezifischen THz-Eigenschaften wie z.B. einer h\u00f6heren Doppelbrechung und einer geringeren Absorption zu entwickeln. Das Anwendungspotential der Fl\u00fcssigkristalle wurde anhand eines schaltbaren THz- Filters und eines Phasenschiebers demonstriert. Beide Bauteile sind in der Form bisher einzigartig. Beide Bauteile lassen sich elektrisch schalten und \u00fcber einen grossen Bereich abh\u00e4ngig von der H\u00f6he der angelegten Spannung durchstimmen. W\u00e4hrend das THz-Filter eine Modulationstiefe bis zu 30dB aufweist, kann mit dem Phasenschieber eine 2??Phasenverschiebung erreicht werden. Neben dem THz-Filter und dem Phasenschieber wurde zudem das Konzept eines Prismenmodulators vorgeschlagen und verschiedene Anwendungsszenarien f\u00fcr die vorgestellten Bauteile aufgezeigt. Das THz- Filter und der Phasenschieber eignen sich insbesondere f\u00fcr die cw-THz-Spektroskopie, wogegen der Prismenmodulator auch in Spektrometern mit gepulster THz-Strahlung zum Einsatz kommen k\u00f6nnte. Der grosse Vorteil der fl\u00fcssigkristallbasierenden Bauteile gegen\u00fcber schaltbaren Halbleiterbauteilen liegt in der grossen Modulationstiefe. W\u00e4hrend aktuelle THz-Modulatoren auf Halbleiterbasis Modulationstiefen von nur 3 dB erreichen, weist z.B. der pr\u00e4sentierte THz-Fl\u00fcssigkristallfilter eine Modulationstiefe von 30 dB auf. Zuk\u00fcnftig m\u00fcssen aber vor allem die Schaltzeiten der THz-Fl\u00fcssigkristallbauteile verbessert und die Gesamtabsorption der Bauteile reduziert werden.","image":"https:\/\/images.thalia.media\/00\/-\/b10bab652b66414aa7aee1de2de605e9\/eigenschaften-und-anwendungen-von-fluessigkristallen-im-terahertz-frequenzbereich-taschenbuch-nico-vieweg.jpeg","url":"https:\/\/www.vergleiche.ch\/unterhaltung\/product\/eigenschaften-und-anwendungen-von-flussigkristallen-im-terahertz-frequenzbereich\/","min_price":38.89999999999999857891452847979962825775146484375,"low_price_merchant_id":70254503,"deeplink":"https:\/\/www.awin1.com\/pclick.php?p=40993246756&a=401125&m=13971&pref1=9783869558288","ean":9783869558288,"brand":"undefined"}