4.7. Нелинейная оптика жидких кристаллов

Последние несколько лет стали очень интенсивно изучаться нелинейные оптические свойства жидких кристаллов (ЖК) [104], так как специфические свойства ЖК позволяли надеяться получать образцы со значительной нелинейной восприимчивостью.

Действительно, молекулы произвольно выбранных ЖК обладают гиперполяризуемостью второго и третьего порядка, причем гиперполяризуемость Ухххх некоторых жидкокристаллических смесей на два порядка превышает гиперполяризуемость нитробензола. "Монокристаллы" этих веществ, полученные при наложении электрического поля, по-видимому, обладают нелинейной восприимчивостью второго порядка Нелинейная восприимчивость третьего порядка образцов жидких "монокристаллов" имеет порядок [213].

Хотя указанные нелинейные восприимчивости "монокристаллов" невелики, были некоторые основания надеяться, что нелинейные восприимчивости ЖК удастся значительно увеличить путем подбора молекул на основании тех же принципов, по которым подбираются молекулярные кристаллы, т.е. выбирая молекулы с ПЗ для кристаллов с максимальными и молекулы с длинными цепями сопряженных связей для кристаллов с максимальными Однако оказалось [214], что повышение гиперполяризуемости молекул приводит к изменению температуры перехода ЖК—кристалл, сужая температурный интервал существования жидкокристаллической фазы (мезофазы). В результате молекулы со значительными молекулярными гиперполяризуемостями, как правило, не образуют мезофаз, т.е. расплав кристаллизуется с образованием "обычных" кристаллов. Физическая природа этого эффекта понятна. Повышение гиперполяризуемости связано с увеличением межмолекулярного взаимодействия (диполь-дипольного в случае молекул с большими и диполь-индуцированный диполь для молекул с большими Поэтому условия существования мезофазы (см. разд. 2.7) либо вообще не выполняются, либо мезофаза существует в очень узком и неудобном для практического использования температур (примером такого рода являются холестериловые зфиры изомеров хлорбензойной кислоты). Поэтому известные ЖК не обладают значительными нелинейными свойствами "обычного" типа, и едва ли есть надежда на получение лучших параметров.

ЖК, однако, обладают "гигантскими" нелинейными восприимчивостями другой физической природы — ориентационной восприимчивостью [215]. Указанная нелинейная восприимчивость связана с "самоориентацией"

молекул ЖК в поле мощной электромагнитной волны. Ориентационная нелинейность увеличивается в присутствии внешнего поля, например, магнитного. Ориентационные эффекты в ЖК весьма велики и приводят к легко наблюдаемым эффектам, обычно связанным с х: самофокусировке, обращению волнового фронта при четырехфотонном взаимодействии, значительному эффекту Керра и т.д. Обсуждение ориентационного механизма нелинейности и его использования выходит за рамки настоящей монографии.

Что касается "обычных" нелинейных свойств ЖК, то они используются главным образом для получения сведений о строении ЖК: степени молекулярной упорядоченности, механизмов фазовых переходов и т.д. [104, 216—218]. В частности, было показано [217], что в отсутствие внешнего электрического поля генерация второй гармоники в ЖК либо отсутствует, либо обусловлена мультипольным механизмом, т.е. что мезофаза обладает инверсионной симметрией.

В тонких (монослойных) пленках или в ленгмюровских пленках, сосстоящих из нескольких слоев органических молекул [219], инверсионная симметрия может отсутствовать [220]. Поэтому в монослоях наблюдается генерация второй гармоники [221, 222], резко усиливается комбинационное рассеяние [222, 223] и наблюдаются некоторые другие нелинейные оптические эффекты. В монослоях квазиодномерных молекул [224], например полиацетиленов, наблюдаются нелинейные экситонно-деформационные возбуждения (солитоны) [225,226].