Ukrainian Journal of Physical Optics 

Volume 22, Issue 3, 2021

Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Liquid crystal textures and optical characterization of a dye-doped nematic for generating vector beams 

1,2 Nastishin Yu. A., 1Dudok T., 3Savaryn V., 1Kostyrko M., 1Vasylkiv Yu., 2Hrabchak V., 2Ryzhov Ye. and 1Vlokh R.

1O. G. Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv,   Ukraine
2Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy, 32 Heroes of Maidan Street,   79012 Lviv, Ukraine
3Stepan Gzhytskyi National University of Veterinary Medicine and   Biotechnologies, 50 Pekarska Street, 79010 Lviv, Ukraine
 

Download this article

Abstract. In the present work, liquid-crystal (LC) textures with non-uniform director-field configurations and azimuthal singularities are considered from the viewpoint of their applications for generating vector and scalar optical vortex beams. To generate a composite vector beam, a LC sample should be light-absorbing and dichroic. For generating a scalar vortex beam, a fork-like defect should be formed in a LC cell. To assess quantitatively these possibilities, we perform optical characterization of a dye-doped nematic. Namely, we employ known characterization techniques for measuring ordinary and extraordinary light absorption indices, linear dichroism, dispersion of linear-birefringence increment, and a scalar orientational order parameter. Since a light-absorbing dopant used by us is a fluorescent dye, the vector beams can be obtained in either transmitted or fluorescent lights. For this reason, we also measure the fluorescence of our dye-doped nematic.

Keywords: vector beam, liquid crystals, dichroism

UDC: 535.34, 535.37, 544.25
Ukr. J. Phys. Opt. 22 151-164
doi: 10.3116/16091833/22/3/151/2021
Received: 29.06.2021

Анотація. РУ цій роботі розглянуто рідкокристалічні (РК) текстури з неоднорідними конфігураціями просторового поля директора та азимутальними сингулярностями з точки зору їхнього застосування для генерації векторних та скалярних оптичних вихрових пучків. Щоб сформувати композитний векторний пучок, РК-зразок повинен бути світло¬поглинаючим і дихроїчним. Для генерування скалярного вихрового пучка слід сформувати вилкоподібний дефект у РК-комірці. З метою кількісного оцінювання цих можливостей виконано оптичну характеризацію нематика, легованого барвником. А саме, нами використано відомі методики характеризації для вимірювання звичайного та незвичайного показників поглинання світла, лінійного дихроїзму, дисперсії приросту лінійного двозаломлення та скалярного параметра орієнтаційного порядку. Оскільки світло¬поглинальна добавка, використана нами, є флуоресцентним барвником, то векторні пучки можна одержати і в пройденому світлі, і в світлі флуоресценції. З цієї причини виміряно також флуоресценцію досліджуваного нами нематика, легованого барвником.

REFERENCES
  1. Yaroshchuk O and Reznikov Y, 2012. Photoalignment of liquid crystals: basics and current trends. J. Mater. Chem. 22: 286−300. doi:10.1039/C1JM13485J
  2. Yubing Guo, Miao Jiang, Chenhui Peng, Kai Sun, Yaroshchuk O, Lavrentovich O D and Qihuo Wei, 2017. Designs of plasmonic metamasks for photopatterning molecular orientations in liquid crystals. Crystals. 7: 8. doi:10.3390/cryst7010008
  3. Kostyrko M, Krupych O, Vasylkiv Y, Skab I and Vlokh R, 2021. Topological defects related to linear dichroism. Generation of vector-vortex beams. Optik. 230: 166335. doi:10.1016/j.ijleo.2021.166335
  4. Nastishin Yu A, Liu H, Schneider T, Nazarenko V, Vasyuta R, Shiyanovskii S V and Lavrentovich O D, 2005. Optical characterization of the nematic lyotropic chromonic liquid crystals: light absorption, birefringence, and scalar order parameter. Phys. Rev. E. 72: 041711. doi:10.1103/PhysRevE.72.041711
  5. Dudok T H, Krupych O M, Savaryn V I, Cherpak V V, Fechan A V, Gudeika D, Grazulevicius J V, Pansu B and Nastishin Yu A, 2014. Lasing in a cholesteric liquid crystal doped with derivative of triphenylamine and 1,8-naphthalimide, and optical characterization of the materials. Ukr. J. Phys. Opt. 15: 162−172. doi:10.3116/16091833/15/3/162/2014
  6. Varin C and Piche M, 2002. Acceleration of ultra-relativistic electrons using high-intensity TM01 laser beams. Appl. Phys. B. 74: S83−S88. doi:10.1007/s00340-002-0906-8
  7. Kozawa Y and Sato S, 2005. Generation of a radially polarized laser beam by use of a conical Brewster prism. Opt. Lett. 30: 3063−3065. doi:10.1364/OL.30.003063
  8. Li J L, Ueda K, Musha M, Shirakawa A and Zhang Z M, 2007. Converging-axicon-based radially polarized ytterbium fiber laser and evidence on the mode profile inside the gain fiber. Opt. Lett. 32: 1360−1362. doi:10.1364/OL.32.001360
  9. Toussaint K C, Park S, Jureller J E and Scherer N F, 2005. Generation of optical vector beams with a diffractive optical element interferometer. Opt. Lett. 30: 2846−2848. doi:10.1364/OL.30.002846
  10. Churin E G, Hoßfeld J and Tschudi T, 1993. Polarization configurations with singular point formed by computer-generated holograms. Opt. Commun. 99: 13−17. doi:10.1016/0030-4018(93)90697-4
  11. Bomzon Z, Biener G, Kleiner V and Hasman E, 2002. Radially and azimuthally polarized beams generated by space-variant dielectric subwavelength gratings. Opt. Lett. 27: 285−287. doi:10.1364/OL.27.000285
  12. Moh K J, Yuan X-C, Bu J, Low D K Y and Burge R E, 2006. Direct noninterference cylindrical vector beam generation applied in the femtosecond regime. Appl. Phys. Lett. 89: 251114. doi:10.1063/1.2420777
  13. Xi-Lin Wang, Jianping Ding, Wei-Jiang Ni, Cheng-Shan Guo and Hui-Tian Wang, 2007. Generation of arbitrary vector beams with a spatial light modulator and a common path interferometric arrangement. Opt. Lett. 32: 3549−3551. doi:10.1364/OL.32.003549
  14. Kleman M and Lavrentovich O D. Soft Matter Physics. An Introduction. Berlin Heidelberg New York Tokyo: Springer (2003). doi:10.1007/b97416
  15. Lavrentovich O D and Nastishin Yu A, 1987. Defects with nontrivial topological charges in hybrid-aligned films of nematic liquid crystal. Sov. Phys.: Crystallogr. 34: 914−917.
  16. Lavrentovich O D and Nastishin Yu A, 1990. Defects in degenerate hybrid aligned nematic liquid crystals. Europhys. Lett. 13: 135−141. doi:10.1209/0295-5075/12/2/008
  17. Voloschenko D and Lavrentovich O D, 2000. Optical vortices generated by dislocationsin a cholesteric liquid crystal. Opt. Lett. 25: 317−319. doi:10.1364/OL.25.000317
  18. Nastishin Yu A, Meyer C and Kleman M, 2008. Imperfect focal conic domains in A smectics: a textural analysis. Liq. Cryst. 35: 609−624. doi:10.1080/02678290802041263
  19. Kleman M, Lavrentovich O D and Nastishin Yu A. Dislocations and disclinations in mesomorphic phases. In: Dislocations in Solids, vol. 12, Ed. by F R N Nabarro and J P Hirth, Elsevier (2004), pp. 147−271. doi:10.1016/S1572-4859(05)80005-1
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics