Фотонные жидкие кристаллы в ограниченной геометрии

Приготовлены высококачественные образцы жидкокристаллических фотонных кристаллов с одномерным и трехмерным упорядочением в оптических ячейках с различными граничными условиями и в виде свободно подвешенных плёнок. Проведены измерения спектров дифракции, пропускания, люминесценции, вращения плоскости поляризации света. В спектрах наблюдались особенности, связанные с периодическим ориентационным упорядочением и конечной толщиной образцов. Определены плотность фотонных состояний в образцах ограниченной геометрии, фазовая и групповая скорость света, изучена зависимость спектра плотности фотонных состояний от толщины и качества образца. Вблизи границы фотонной запрещенной зоны обнаружены предсказываемые теорией, но не наблюдавшиеся ранее особенности плотности фотонных состояний. Изучена трансформация фотонной структуры и оптических свойств при изменении температуры в образцах с различной силой поверхностного сцепления молекул. Экспериментальные результаты сопоставлены с теорией. В образцах с жесткими граничными условиями на поверхности ячеек ширина фотонной запрещенной зоны скачкообразно изменяется при изменении положения дифракционной полосы. Показано, что температурная зависимость относительной ширины запрещенной зоны и параметра ориентационного порядка фотонного кристалла описывается теорией Ландау фазовых переходов. Изучено влияние фотонной структуры на спектры люминесценции жидкокристаллических фотонных кристаллов, поляризационные характеристики спектров. Установлена корреляция между направлением дипольного момента перехода и поляризационными характеристиками люминесценции в области фотонной зоны. Показано, что ориентационные дефекты приводят к качественной трансформации плотности фотонных состояний и спектров люминесценции в области фотонной запрещённой зоны. Изучено влияние хиральности и поляризации на структуры, образующиеся в свободно подвешенных полярных смектических плёнках. Проведены измерения оптических свойств плёнок полярного смектического фотонного кристалла. Обнаружена аномальная температурная зависимость спектрального положения фотонной зоны. Измерена температурная зависимость интенсивности и ширины полосы селективного отражения. Ширина фотонной зоны существенно меньше, чем для холестерических фотонных кристаллов, что связано с меньшей эффективной оптической анизотропией в плоскости смектических слоёв. Выполнены расчёты структур полярных жидкокристаллических фотонных кристаллов. В рамках модели Ландау фазовых переходов в расчётах получены экспериментально наблюдающиеся последовательности фаз, включающие недавно обнаруженные многослойные полярные антисегнетоэлектрическую и сегнетиэлектрическую структуры с шестислойной периодичностью. Изучена роль близкодействующих и дальнодействующих межслоевых взаимодействий и пространственного изменения модуля параметра порядка в образовании многослойных полярных структур. Рассчитано поведение антисегнетоэлектрических и сегнетиэлектрических смектических фотонных кристаллов во внешнем поле. Изучено влияние хиральных и нехиральных близкодействующих и дальнодействующих межслоевых взаимодействий на механизм трансформации структуры в поле. Показано, что фрустрационное дальнодействующее межслоевое взаимодействие может существенно трансформировать переходы в поле. Переход из антисегнетоэлектрической в параэлектрическую фазу может происходить через серию промежуточных структур с межслоевым упорядочением, не образующихся в отсутствие поля. Результаты расчёта сопоставлены с экспериментальными данными.