自由形式のライトアクチュエータ - 顕微鏡スケールでの作製と作動の制御

図1は、レーザー書き込み用の光学セットアップを示しています。システムは、100メガヘルツの繰り返し率で130フェムト秒パルスを発生する780nmのファイバレーザから成ります。レーザビームは、それが試料に集束される光学顕微鏡対物絞りにビームプロファイルを調整するために望遠鏡に反射されます。顕微鏡では、3Dピエゾステージは、2 nmの分解能で100ミクロン/秒の最大速度でサンプル翻訳のための300×300×300μmの3移動範囲と一緒にインストールされています。画像は、同じ対物レンズによって底部で収集され、CCDカメラにビームスプリッタによって反射される赤色ランプからの直線偏光が、上面から試料を照明します。カメラの前に、別の偏光板は、コントラストを高めるためのクロス偏光照明を得るために使用されます。 図2は、走査ELECを示していますレーザー書き込まIP-Lのmicrogratingパターン（工程1）のトロン顕微鏡（SEM）画像です。溝（上から谷）の高さは約700nmであるが、1200nmで – 溝間隔400の範囲内です。異なる方位を持つ格子パターンは、LCE要素の所望の作動に応じて、異なるLCアライメントを誘発することができます。 図3は 、IP-L格子パターン（ステップ2.7）により誘導されたLCモノマーの向きを示しています。まず、100×100μmの大きさを有する微細格子パターン4種類のそれぞれは、ガラスセル（概略的に図3aに示されている）の反対側に作製しました。表面アンカリングに、潜入LCモノマーは、このように、偏光顕微鏡（POM）画像（ 図3b）で45°のコントラスト反転を示す、格子線方向に沿って配向されています。 <p class="jove_content" fo:keep-together.within-p年齢= "1"> 図4は、異なる向き（ステップ2.10）とIP-L格子ネットワーク上に作製LCEナノドット/ラインのSEM像を示します。格子ネットワーク内では、LCE構造がよりトルエン中の発展に非常に高い耐性を有する、閉じ込めになります。切断LCEの最小幅は、格子パターンなしDLWの解像度と一致している〜300nmであることが測定されました。フォトニックアプリケーションのためのもう一つの興味深いアプローチは、大規模な周期構造を実現することができた。 図4の（c、d）は 、マイクロ格子ネットワーク内で2D LCE周期構造を示しています。 図4（C、D）の挿入POMの画像に示すように、アライメントはよく、これらのナノ構造体の内部に保持されます。しかし、光による変形は、これらのナノ構造で得ることができませんでした。 IP-Lの格子内に、ナノLCE要素が非常に限定されており、接着性が目に見える変形を防止するためです。 </p> マイクロマニピュレーションシステムは自家製に基づいて、顕微鏡を反射し、 図5に概略的に示されている。10X対物レンズを垂直に立て、光学ブレッドボード上に配置された鏡筒に固定されています。 730 nmのIRのLED光源は、非偏光ビームスプリッタを照明するために使用されます。反射像は、同じ対物レンズによって収集され、カメラに投影されます。連続的なソリッドステート532nmのレーザーを45°の入射角でロングパスダイクロイックミラー（567 nmで50％の透過および反射）によって客観に結合されます。電力計は、レーザパワーのリアルタイム検出のためのダイクロイックミラー後の透過光を測定します。直径150μm〜のゆるく集束レーザスポットは〜10 W / mm 2での最大照度を生成します。レーザ強度​​は​​、レーザの前方に配置された可変中性密度フィルタによって制御されます。客観以下は、3DマニュアルTRanslationステージは、サンプルの変換のために使用されます。並進ステージに設置加熱段階は0.5℃の精度で-20から120℃の範囲内の試料の温度を正確に制御するために使用されます。 2つの手動翻訳ステージ上に取り付けられた2つのガラスチップは、試料位置の近くに、左右に配置されています。構造マイクロ操作は注意深く並進ステージの助けを借りて、先端を移動させることによって実現することができます。 整列変形相関を実証するために、我々は、60ミクロンの直径及び20μmの高さを有する4つのLCE円筒構造を作製します。これらのシリンダは4異なって配向されたIP-L格子領域（1μmの期間）に書かれています。光励起下では、LCE内部の色素は光エネルギーを吸収し、ネットワークにそれを転送します。 LCE構造を加熱し、次いで（等方性ネマチック）相転移を起こしています。このような相転移も助けられ同じ光刺激下での染料のシス異性にトランスによって。このように、元の液晶配向ディレクターに沿って構造契約および垂直方向7に展開します。 図6（ステップ3.1）に示すように、IP-L格子により誘導される別のローカルアラインメントによって、これらの構造は、異なる方向に沿って変形します。 この技術は、単一構造のアライメントの複数のタイプが含まれている化合物のアクチュエータ、を作成することができます。模式的に図7（A）に示すように、アライメントパターンの二つのセクションで400×40×20μmの3サイズLCEストライプは、作製しました。これらのアライメントのセクションでは、異なる方向に各90°のねじれ配向が含まれています。平行配列契約を結んでいる面は、垂直アライメントを持つものは光照射下で展開されています。構造はπとなっていますマイクロマニピュレーションシステムによってアップcked、およびガラスチップによって空気中に開催されました。ダブル曲げは、光照射（ステップ3.3）で観察しました。 （光チョッパーを使用して）変調されたレーザビームは、周期的な変形を誘導することができます。 LCEは、レーザー変調周波数（> 1K Hz）で、以下の応答することができます。しかし、変形振幅、周波数14の増加と共に減少します 。 図1：直接レーザー書き込みのための光学セットアップ 780 nmのレーザー光（130フェムト秒パルス、100メガヘルツの繰り返し率）を顕微鏡に結合され、試料に光学顕微鏡の対物レンズによって集束されます。 300×300×300μmの3移動範囲で3Dピエゾステージは、レーザー露光中にサンプルの変換に使用されています。 ラを表示するには、こちらをクリックしてください。この図のrgerバージョン。 図2：IP-Lマイクロ格子のSEM画像 a）は、単方向平行線構造。 b）は放射状格子パターン。スケールバー：10μmで、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図3：IP-L LCの向きを誘導するマイクロ-LC格子の向きのために設計されたマイクロ格子パターンのa）の模式図。 microgratingパターンによって誘導されるLCの向きのb）はPOMイメージ。スケールバーは50μmです。赤い色は、光重合を防止するフィルタによるものです。ge.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図4：LCEナノドットは格子ネットワーク内で製造され、一方、IP-Lグレーティングネットワーク内に埋め込 ​​まLCEナノ構造のSEM画像 a）およびb）2つのマイクロ格子パターンは、異なる方向に沿ってDLWによって作製しました。 c）およびd）定期LCEナノ構造は、IP-L格子の同じタイプ内に埋め込ま。挿入図は、構造体のPOM像である。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図5：マイクロマニピュレーションのセットアップの概略 CW固体532nmのレーザがに結合されます自家製の顕微鏡システム。 10Xの目的は、撮像及び励起532 nmのレーザーの焦点を合わせるために使用されます。ガラスチップマニピュレータを搭載した2つの手動翻訳ステージは、サンプルのマイクロ操作のために使用されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図6：四つの異なるIP-L Micrograting地域にLCEマイクロシリンダのライト作動異なる向きを有する 4つの異なる指向のマイクロ格子領域上に書かれた直径60μmと20μmの高さa）の四LCEの円筒構造、。。 532 nmのレーザー照射（10 W MM -2）にさらされたときB）LCEシリンダー）が格子誘発されるアラインメントによって（異なる軸に沿って変形します。スケールバー：100μmです。レ/ ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図7：複数の分子アラインメントとLCEの微細構造の光駆動型の変形単一LCEストライプで反対90°ねじれたアライメントの2セクションのa）の模式図。 b）及びc）532 nmのレーザー照射（W 3ミリメートルの下で反対方向に曲げ400μmの長いLCEストライプの光学画像-2）8。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。