[实用新型]一种胆甾相液晶装置和光束控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光束控制技术，尤其涉及一种胆甾相液晶装置和光束控制系统。

背景技术

光束控制技术在光通信、光学神经网络、材料加工、航空航天、医学和军事领域都有广泛的应用前景。新型机械式光束偏转技术，如旋转里斯利棱镜和偏心透镜，与传统机械式光束偏转技术相比，具有无旋转轴和透射率高等优点，但由于是采用棱镜，透镜等传统光学元件，难以实现连续偏转，而且存在结构与控制复杂、体积与功耗大、效率低下、价格昂贵、功能单一等问题。

由于胆甾相液晶分子排列具有周期性螺旋结构，因而近年来胆甾相液晶得到了广泛的关注与研究。如2016年公开的公开号为105647545A的中国发明专利申请“胆甾相液晶组合物、液晶显示面板及其制备方法”，提出了一种基于胆甾相液晶组合物的高对比度液晶显示面板；2016年公开的公开号为106094098A的中国发明专利申请“基于胆甾相液晶填充的光纤光镊”公开了将胆甾相液晶填充于光纤中的光纤光镊；还有2014年公开的公开号为104199137A的中国发明专利申请“一种胆甾相液晶偏光增亮膜及其制备方法”等。但现有的具有不同应用的胆甾相液晶装置大多采用封闭式的结构。这样的结构不仅制备工艺比较复杂，且在实际应用中使用效果大打折扣。例如将胆甾相液晶限制在两个ITO玻璃基板中，当光经过此液晶盒，其双层玻璃基板造成光能量不必要的损耗；如果要耦光到此封闭的液晶装置的胆甾相液晶层中，由于双层玻璃基板的存在也使得耦光效率极低。

胆甾相液晶层因外界对抗锚定会平面内产生了周期性形变，形成相位型胆甾相液晶光栅。由于胆甾相液晶的螺距受多方面外界因素影响，如光、电、压力等，因此通过简单的外部操控，便可以调控胆甾相液晶光栅，实现光束控制。根据文献报道，胆甾相液晶光栅很有希望应用于光束控制系统中，如Alexander Ryabchun和Quan Li等人先后发表在期刊《先进光学材料(Advanced Optical Materials)》上的文章中提到通过紫外光照，光栅方向可以被轻易改变，从而实现光束控制。但是现有的胆甾相液晶光栅在控制衍射光束旋转方向的同时，高级衍射斑离中心的距离也在变化，因此想要唯一精确控制光束角向运动比较困难，而且类似的工作多需要加电或加热辅助控制。如何使光在通过最少元件的基础上，保证出光效率的同时，由一个简单的液晶装置实现对光束的准确控制还需要进一步的研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种胆甾相液晶装置，为层叠的单基板、光控取向膜和液晶层，光控取向膜控制液晶分子，胆甾相液晶自组装形成特定的螺旋结构。简化装置，减小重量，减少光损耗；在光控取向膜的控制下胆甾相液晶自组装形成设定的螺旋结构能够对入射光束的强度分布和相位变化进行调制。

本实用新型的另一目的是提供一种光束控制系统，采用本实用新型的胆甾相液晶装置处于光源和图像采集装置之间，三者处于同一直线上。胆甾相液晶装置对入射光的调制，实现对光束强度分布和相位变化进行控制。

本实用新型提供的一种胆甾相液晶装置，包括基板、光控取向膜和液晶层，光控取向膜附于单基板的一侧，光控取向膜的另一侧紧贴液晶层。所述液晶层为胆甾相液晶。所述液晶层中的液晶分子自组装形成设定的液晶螺旋结构，由于液晶分子具有光学各向异性，故其液晶螺旋结构具有周期性和偏振敏感性。所述光控取向膜具有分子指向矢呈设定分布的控制图形。

光控取向膜控制液晶分子，单基板上的胆甾相液晶在基板平面锚定和空气垂直锚定的情况下自组装形成特定的螺旋结构，其螺旋轴平行于基板，而现有技术中液晶螺旋结构的螺旋轴垂直于基板。

所述光控取向膜中分子指向矢平行排列，所述液晶层中的液晶分子自组装形成平行排布的液晶螺旋结构，所述液晶螺旋结构的螺旋轴平行于基板，呈现光栅状条纹织构。

或者所述光控取向膜具有分子指向矢环绕中心奇点呈角向渐变分布的控制图形，所述液晶层中的液晶分子自组装形成径向分布的液晶螺旋结构，所述液晶螺旋结构的螺旋轴平行于基板，呈现同心环状条纹织构。

所述条纹织构的周期范围为1μm～25μm。

所述液晶为偶氮掺杂的胆甾相液晶或偶氮类手性向列相液晶。

所述偶氮掺杂的胆甾相液晶为向列相液晶和偶氮类手性剂的混合物，向列相液晶和偶氮类手性剂二者混合的重量比为(95～99.5):1。

所述光控取向膜为光致异构型光控取向膜、光交联型光控取向膜和光分解型光控取向膜中的任一种。