[发明专利]一种反射式电控可调太赫兹液晶波片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹光电子技术领域，特别是一种反射式电控可调太赫兹液晶波片及其制备方法。

背景技术

液晶材料兼具液体的流动性及晶体的有序性，由于其优异的外场（电场、磁场、光场、声场、温场等）调谐特性，在信息显示及可调光子器件中发挥着重要的应用。向列相液晶是最常用的一种相态，在所有向列相液晶应用中，取向是首要环节。传统的取向方式以摩擦取向应用最为广泛，其存在易对表面造成机械损伤、静电荷残留及颗粒污染物，不易实现多畴结构取向等缺陷。而新兴的光取向技术则可以完全克服上述不足，被视为最有竞争力的下一代液晶取向技术。

近年来，人们对太赫兹频段的研究和应用日益增多，但适用于太赫兹频段的光子学器件，尤其是可调控器件仍十分稀少。液晶作为常用的可调控电光材料，在可见及红外波段的光子学器件已得到广泛开发和应用。但应用于太赫兹频段时，一方面，通常采用的透明导电薄膜氧化铟锡将不再适用，而单纯的金属层也无法满足要求，因此需要寻求新的电极设计。另一方面大多数液晶材料的双折射在太赫兹频段会比较小，因此可调控量也较小，在一般的设计中很难达到实用的要求。而一些用以增加调制量的特殊手段如叠层结构等则在透明电极缺乏的条件下，损耗会严重增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种反射式电控可调太赫兹液晶波片及其制备方法，利用亚波长金属线栅的偏振特性作入射、出射面，金属反射镜作反射面，结合THz大双折射率液晶材料来实现超宽带可调太赫兹波片。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片，包括两片熔融石英基板，其中，一片熔融石英基板的内侧设置有亚波长金属线栅，另一片熔融石英基板的内侧设置有金属反射镜，两片熔融石英基板通过框胶结合构成液晶盒；液晶盒中的亚波长金属线栅与金属反射镜上分别设有两层光控取向层，两层光控取向层中间夹设有液晶材料，液晶材料为太赫兹电控大双折射率液晶材料；所述液晶盒通过光控取向的方式实现液晶的平行取向，且取向方向与金属线栅方向成90°。

作为本发明所述的一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片进一步优化方案，所述亚波长金属线栅的周期小于入射光的波长，亚波长金属线栅周期为1-100 μm，亚波长金属线栅的线条宽度为0.5-50 μm。

作为本发明所述的一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片进一步优化方案，所述金属反射镜为金属平板，厚度为100-500 μm。

作为本发明所述的一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片进一步优化方案，金属反射镜的厚度为200-300 μm。

作为本发明所述的一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片进一步优化方案，所述液晶材料在0.5-2.5 THz时的双折射率为0.25-0.4。

作为本发明所述的一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片进一步优化方案，所述液晶材料在0.5-2.5 THz时的双折射率为0.30。

一种基于亚波长金属线栅电极的反射式宽带可调液晶太赫兹波片的制备方法，包括如下步骤：

（1）取两片熔融石英基板，在一片熔融石英基板上设置亚波长金属线栅，在另一片熔融石英基板上设置金属反射镜，其中，亚波长金属线栅通过在熔融石英基板上进行光刻及镀膜工艺实现，金属反射镜直接在熔融石英基板上通过镀膜工艺实现；

（2）光控取向层为取向在光敏取向剂的薄膜上获得，在亚波长金属线栅和金属反射镜的表面分别涂敷光控取向剂薄膜；

（3）根据所选取液晶材料的折射率参数及目标波片类型计算出所需要的盒厚，对于四分之一波片，盒厚d大于λ/(8n)，对于二分之一波片，盒厚d大于λ/(4n)，并选择膜厚对应盒厚度值的衬垫膜材料，λ是波长 ，n是液晶折射率；

（4）将其中一片熔融石英基板上放置衬垫膜细条，另一片熔融石英基板与之相对放置，曝光赋予光控取向剂薄膜分子均匀指向，然后使用框胶封装成液晶盒；

（5）将选取的液晶材料注入液晶盒，最终利用液晶的电控双折射特性，通过电压调节两束太赫兹波的相位延迟来实现对应不同频率的波片；

（6）利用改变太赫兹波的入射角来同时实现偏振转换和光束扫描。