[发明专利]叉形液晶光栅的制备及其在生成涡旋光束中的应用

权利要求书

1.液晶叉形光栅，其特征是液晶光栅中相邻液晶区域的液晶取向有不同的控制：一是TN/PA型，即液晶的90°扭曲相微区与液晶平行取向的微区交替构成叉形光栅；二是正交PA型，即由液晶的光轴方向为同一区域内均匀平行微区且相邻区域互为正交的微区域交替构成叉形光栅；三是正交HAN型，即由液晶一侧微区取向方向与相互正交的混合取向微区交替构成叉形光栅。 

2.液晶叉形光栅的制备方法，其特征是利用光控取向方法控制液晶微区取向，进而控制液晶的指向矢分布制备液晶叉形光栅； 

叉形光栅图形曝光及液晶取向：由一套基于数控微镜阵DMD的微投影式光刻系统实现，基于数控微镜阵DMD的微投影式光刻系统由光源、光路准直装置、数控微镜阵DMD、分束棱镜、物镜、CCD、偏振片、精密调节载物台组成；经光路准直装置后的紫外或蓝光束经分束棱镜分束的光束、均匀照射到DMD表面，数控装置输出液晶叉形光栅图形信号控制DMD各像素反射光实现液晶微区的液晶叉形光栅图形的成像；所述光束通过显微物镜缩微后，经偏振片投射至置于载物台上的表面涂有光控取向材料剂导电玻璃片上，控制曝光剂量完成曝光；光控取向材料的取向方向由诱导取向光的偏振决定，便于取向方向的精确控制；按导电玻璃片上叉形光栅图形对液晶微区曝光后对液晶取向；光控取向材料的取向方向由曝光即诱导取向光的偏振决定；光控取向材料有可擦写特性，取向由最后一次曝光的偏振方向决定，利于图案的重构及涡旋光束的改写。 

3.根据权利要求2所述的液晶叉形光栅的制备方法，其特征是所用液晶材料可为向列相液晶、双频液晶或铁电液晶。 

4.根据权利要求2所述的液晶叉形光栅的制备方法，其特征是液晶盒厚要与液晶性质和取向模式匹配使得相邻区域对e光和o光的相移之差大于π，盒厚通过选取间隔子或mylar控制，以获得最佳开关比、衍射效率和响应速度；液晶盒为平板电极上下驱动，通过施加电场的调节实现衍射效率的控制，从而控制涡旋光束开关态。 

5.根据权利要求2所述的液晶叉形光栅的制备方法，其特征是步骤如下， 

1）制备TN/PA型液晶叉形光栅： 

（a）清洗玻璃片，玻璃片上旋涂光控取向材料SD1，退火处理形成均匀薄膜； 

（b）对两片玻璃片用线偏光均匀曝光获得沿玻璃片长边方向进行初始取向； 

（c）入射偏振旋转90°，用DMD微光刻系统对其中一片进行液晶叉形光栅图形曝光； 

（d）在其中一片玻璃片上喷涂空间粉或放置mylar，然后将两片玻璃片胶合成盒。 

2）制备正交PA型液晶叉形光栅： 

（a）、（b）前两步和TN/PA型一样；(c)先将两片玻璃片胶合成盒，然后入射偏振旋转90°，用DMD系统对液晶盒曝光进行液晶叉形光栅赋形； 

3）制备正交HAN型液晶叉形光栅： 

（a）清洗玻璃片，一片旋涂SD1，一片旋涂垂直取向剂PI，退火处理形成均匀薄膜； 

（b）对旋涂SD1的玻璃片进行如TN/PA型1）中（b）-（c）步骤相同的操作，对旋涂PI的玻璃片进行摩擦取向，摩擦方向与边缘均呈45°夹角； 

（c）在其中一片玻璃片上喷涂空间粉或放置mylar，然后将两片玻璃片胶合成盒。 

6.根据权利要求2所述的液晶叉形光栅的制备方法，其特征是数控微镜阵光刻系统组成为：405±10nm蓝光LED光源，通过分束棱镜（尺寸25mm×25mm），均匀照射至DMD（1024×768个像素，每个像素13.68μm，最佳匹配紫外及蓝光波段），计算机通过CAD软件（构成数控装置）将图像控制信号输至DMD信号输入端；图形经显微物镜（透镜孔径50mm，焦距150mm，数值孔径0.3，工作距离34mm，焦深3μm，放大倍率10倍）缩微，样品载物台前5cm处放置亚波长金属线栅偏振片（直径50mm，消光比大于2000：1）；聚焦监控组件即实时监控系统中的分束棱镜、CCD成像器件（选用工业紫外可见近红外成像CCD）并通过USB与计算机终端连接；载物台精密位移调节杆行程均为25mm，精度1μm。