Жидкие кристаллы благодаря своим уникальным физическим свойствам развились в важный класс оптических устройств регулирования, а жидкие кристаллы с примесью красителей (Dye-Doped Liquid Crystal, DDLC) являются одним из ключевых технологических направлений для реализации электрического управления световым усилением. В связи с отсутствием количественной теоретической связи между вращательным оптическим эффектом и анизотропным поглощением красителей в устройствах с закрученным нематическим фазовым состоянием (Twisted Nematic, TN), в данной работе построена теоретическая модель комплексной матрицы Джонса типа TN с учетом поглощения, выведена аналитическая формула для пропускания в темном состоянии однослойной структуры TN с поляризатором (TN+P), систематически изучены законы регулировки оптических характеристик устройства в зависимости от угла закручивания, толщины жидкокристаллической ячейки, коэффициента поглощения красителя и двулучепреломления. В качестве основной используется коммерческая положительная жидкокристаллическая смесь с красителем, совместно с однокоординатным оптическим моделированием Techwiz LCD и экспериментальным изготовлением образцов, осуществлена замкнутая проверка теории, моделирования и эксперимента. Теоретические расчеты показывают, что закрученная структура жидких кристаллов изменяет эволюцию поляризации света по ходу распространения, нарушает условия эффективного поглощения красителей и приводит к просвечиванию в темном состоянии; в то же время материалы с высоким двулучепреломлением усиливают вращательный оптический эффект и повышают эффективность поглощения света. Результаты программного моделирования и анализ контраста дополнительно подтверждают, что введение угла закрутки повышает пропускание в темном состоянии и ухудшает характеристики устройства. Были изготовлены образцы с толщиной ячейки 5, 8 и 10 мкм и углом закрутки от 180° до 360°, экспериментальные данные показывают, что при толщине 10 мкм и угле 0° пропускание в темном состоянии достигает минимального значения 1,03%, что обеспечивает наилучшую светозащиту; время отклика образца толщиной 8 мкм не превышает 50 мс, при структуре 90° процесс восстановления за счет упругого разворачивания самый медленный. В работе усовершенствована система количественного оптического анализа закрученных красочных жидких кристаллов, что обеспечивает полную теоретическую основу и экспериментальную поддержку для структурного проектирования высокоэффективных, электрически управляемых и непрерывно регулируемых интеллектуальных окон и оптических клапанов на основе красочных жидких кристаллов.

Жидкие кристаллы с красителем;Структура TN;Комплексная матрица Джонса;Регулирование пропускания;Оптическое моделирование