[发明专利]一种基于双层向列相液晶的快响应相位延迟器

说明书

一种基于双层向列相液晶的快响应相位延迟器，该发明是由两片厚度相同的、光轴互相垂直的向列相液晶片构成，可实现电控相位延迟从零到最大值和最大值到零的连续、快速调控。可用于实时高精度光学测量、自适应光学和光学信息处理等。所述双层向列相液晶相位延迟器主要包括起偏器、两片厚度相同的平行取向向列相液晶片及驱动系统。该器件基于向列相液晶的电控折射率原理，通过合理的结构设计和电驱动匹配使得两向列相液晶片的相位延迟互补，实现了相位延迟从低到高和从高到低的快速调控。

技术领域

本发明涉及的双层向列相液晶相位延迟器，是基于向列相液晶的 电控折射率效应，通过合理的结构设计和电压驱动两个平行的向列相 液晶使得相位延迟互补，实现对入射光的相位延迟量进行从零到最大 值和最大值到零的连续、快速调制。

背景技术

相位延迟器是高精度光学测量、自适应和光学信息处理等现代光 学领域中的关键器件。相位延迟器主要分为机械式延迟器、电光式延 迟器、压光式延迟器、声光式延迟器等。其中机械调节式延迟器具有 调节范围窄、装调难度大等缺点。声光调制器虽然可以获得较大带宽， 但是衍射效率低。压光式延迟器难以保证力的均匀性，受温度影响较 大。

利用液晶材料来制备相位延迟器，它通过电压控制液晶分子的折 射率来实现对光的相位延迟量。具有驱动电压低、易控制、功耗小、 响应速度快、抗干扰能力强、价格便宜和体积小等优点，因而受到了 广泛关注。对于传统的液晶相位延迟器，使用的通常是向列相液晶， 传统的向列相液晶随着所加电压的增加，相位延迟从高到低变化，这 个过程由电场控制，速度快，但是电压减小从而使相位延迟从低到高 变化，这个过程跟液晶材料的参数有关，往往比较慢。这是向列相液 晶相位延迟器需要解决的难点问题。对此，本文提出了一种基于双层 向列相液晶的快响应相位延迟器，该装置由两个平行取向的向列单元 组成，其取向方向对称的分布在起偏器透偏方向两侧。通过合理的结 构设计和电压驱动匹配使得两个平行的向列相液晶进行相位延迟互 补，进而实现了相位延迟从零到到最大值和最大值到零的连续、快速 调制。

发明内容

本发明的技术解决的问题是：利用双层向列相液晶，弥补向列相 液晶驱动电压从高到低变化时响应时间较慢的缺点，提供一种对入射 光的相位延迟量进行从零到到最大值和最大值到零的连续、快速调制 的相位延迟器。

本发明的技术解决方案是：一种基于双层向列相液晶的快响应相 位延迟器，其包括：起偏器、两片厚度相同的平行取向向列相液晶、 及驱动系统，如图1所示。

起偏器：起偏器位于双层向列相液晶相位延迟器最前端，将入射 光束转换为线偏振光。

覆盖氧化铟锡导电膜的光学玻璃及驱动系统：为向列相液晶层提 供外置驱动电场，使向列相液晶分子在不同幅度的电场驱动下进行均 匀排布。

向列相液晶层：两个平行取向液晶片的层间隙相同，将双层平行 取向的向列相液晶(PA1和PA2)放到起偏器后面。其中，两片向列 相液晶在无外加电场时的指向矢方向正交，并且相对于起偏器的偏振 方向为45°,如图2所示。

其中，向列相液晶相位延迟器是基于液晶的电控双折射原理而制 成的。向列相液晶分子呈棒状结构，其具有单轴双折射性。当一束线 偏振光垂直入射到液晶片上时(光轴平行于表面)，使入射光的偏振 方向与液晶分子光轴夹角为45°，可分解为垂直光轴方向和沿光轴 方向的振动方向相互垂直的o光和e光，其折射率分别为n_o和n_e，通 过液晶时的相位差为δ＝2πΔnd/λ(Δn＝n_e-n_o)。当不加电压时，液晶 分子平行排列，双折射Δn最大，相位延迟量最大。给液晶加变化电 压，液晶分子倾向外电场方向，产生变化倾角θ，倾斜角度由电场强 度的幅值决定而与电场强度极性无关。随θ的变化，光的双折射发生 变化，相位差也发生变化。因此，通过改变液晶两端的电压可连续调 节光学轴的指向，从而实现入射光相位延迟的连续可调。