Жидкие кристаллы благодаря своим уникальным физическим свойствам развились в важный класс оптических устройств управления, а красочно-допированные жидкие кристаллы (Dye-Doped Liquid Crystal, DDLC) являются одним из ключевых технических путей для реализации электрического управления интенсивностью света. В связи с отсутствием количественной теоретической связи между оптическим вращением и анизотропным поглощением красителей в устройствах с твистовым нематиком (Twisted Nematic, TN), в данной работе построена теоретическая модель комплексной матрицы Джонса типа TN с учетом поглощения, разработана аналитическая формула пропускания темного состояния для однослойной структуры TN с поляризатором (TN+P), и систематически исследованы влияние угла скручивания, толщины клеточки ЖК, коэффициента поглощения красителя и двойного лучепреломления на оптические характеристики устройства. Используя коммерчески доступные позитивные красочно-допированные жидкие кристаллы в качестве основного материала, в совокупности с оптическим моделированием Techwiz LCD 1D и экспериментальным изготовлением образцов выполнена комплексная проверка теории, симуляций и экспериментов. Теоретические расчеты показывают, что структура закрученных жидких кристаллов изменяет эволюцию поляризации света вдоль оптического пути, нарушая условия эффективного поглощения красителя и вызывая утечку света в темном состоянии; в то время как материалы с высоким двулучепреломлением усиливают эффект оптического вращения и повышают эффективность поглощения света. Результаты программного моделирования и углы контраста дополнительно подтверждают, что введение угла скручивания увеличивает пропускание темного состояния и снижает характеристики устройства. Были изготовлены образцы с толщиной ячейки 5 мкм, 8 мкм и 10 мкм и углом скручивания от 0° до 360°, экспериментальные данные показали, что при толщине 10 мкм и угле скручивания 0° пропускание темного состояния было минимальным — 1,03%, с наилучшим светозатенением; время отклика устройства с толщиной 8 мкм составляло менее 50 мс, 90° структура с потенциалом упругого восстановления скручивания имела самый медленный спад. Данная работа совершенствует систему количественного оптического анализа твистовых красочно-допированных жидких кристаллов и предоставляет полный теоретический и экспериментальный фундамент для структурного проектирования интеллектуальных электрически управляемых окон и оптических клапанов с высокой степенью затемнения и непрерывной регулировкой.

красочно-допированные жидкие кристаллы;структура TN;комплексная матрица Джонса;регулировка пропускания;оптическое моделирование