[发明专利]一种一维液晶光栅全参数的测量方法

说明书

本发明涉及一种用于对一维液晶光栅的全参数进行测量的方法，属于光电测量技术领域。本发明首先构建液晶光栅线性模型，获得夫琅合费衍射的液晶光栅衍射效率公式。接着利用衍射效率测量装置测量两接近波长下的0级，+1级，+2级衍射效率，以及衍射角的大小，之后构建包含液晶光栅参数的方程组并计算液晶光栅全参数的大小。最后，对计算结果进行验证。采用本发明公开的方法，测量步骤简单，不具有破坏性，仅通过光栅衍射效率测量装置对液晶光栅的衍射效率进行测量，便可获得液晶光栅的全参数。能够有效减少测量多个液晶光栅参数的测量环节，减少测量液晶光栅全参数的测量时间，有效减少误差来源，并且最终的测量结果具有可验证性。

技术领域

本发明涉及一种一维液晶光栅全参数的测量方法，属于光电测量技术领域。

背景技术

液晶光栅是一种基于液晶双折射效应的衍射光学元件，广泛应用于显示、光通讯、光信息处理、自适应光学以及波前校正等领域。液晶光栅同传统光栅相比，能够调控入射光偏振态，且具有体积小巧、成本较低、波前调制准确性高等优势。一维液晶光栅是指在一个维度上具有周期性的空间结构的液晶光栅。一维液晶光栅的全参数有光栅常数、占空比、液晶层厚度、液晶光栅相邻两区域的振幅透过率、液晶光栅相邻两区域的相位延迟。不同液晶光栅的参数使液晶光栅具有不同的性质：液晶光栅的占空比、液晶层厚度、液晶光栅相邻两区域的振幅透过率以及液晶光栅相邻两区域的相位延迟影响出射液晶光栅出射波前的衍射效率大小；液晶光栅的光栅常数影响液晶光栅衍射光的方向。因此对液晶光栅的各参数大小进行精确测量是至关重要的。

在现有的一维液晶光栅参数测量方法中，各个参数需要使用多种仪器分别进行测量。对液晶光栅的光栅常数和占空比的测量方法主要是显微成像法：通过拍摄液晶光栅显微图像并经过并对显微图像处理最终得到液晶光栅的光栅常数和占空比大小。对液晶光栅液晶层厚度主要测量方法是机械探针法：利用探针的位移距离获得液晶层的绝对厚度。虽然这种方法测量精度较高，但这种测量方法会对液晶层表面产生损伤，影响液晶光栅后续的使用。液晶光栅相邻两区域的振幅透过率可以使用光电探测器测量得到：利用光电探测器获得入射光通过液晶材料前后的光强大小，再通过计算获得液晶光栅相邻两区域的振幅透过率。液晶光栅相邻两区域的相位延迟通常使用椭偏仪分别测量两个区域的相位延迟，再对两个区域的相位延迟做减法获得液晶光栅相邻两区域的相位延迟。

现有针对一维液晶光栅参数的测量方法需要多种测量仪器或装置，且都是针对一维液晶光栅的一至两个参数进行测量，测量步骤冗余，有些测量方法还具有破坏性，对于某些特定参数测量困难，不能一次测量出一维液晶光栅的所有参数。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种一维液晶光栅全参数的测量方法。该方法具有快速、简单易操作、不具有破坏性、能够一次测出一维液晶光栅全部参数。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种一维液晶光栅全参数的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：基于液晶线性光栅模型，构建液晶光栅数学模型，获得夫琅和费衍射的液晶光栅衍射效率公式(1)。

一维液晶光栅可以看作由具有不同液晶分子朝向的区域1和区域2交替形成的。其中，区域1中液晶分子朝向平行于光栅基板方向，区域2中液晶分子的朝向平行于光栅基板且与区域1的液晶分子朝向垂直。n_e，n_o是液晶分子e轴和o轴的折射率，D为液晶光栅的占空比，用D＝b/d表示，d为液晶光栅的光栅常数，b为区域1的宽度，L为液晶层厚度。

根据液晶线性光栅模型与夫琅和费衍射积分，第m衍射级次的液晶光栅的衍射效率η的计算公式表示为：

式中，A_e和A_o分别为液晶区域1和区域2的振幅透过率，不同的波长入射下，液晶层的振幅透过率不同，根据菲涅尔公式得到振幅透过率与折射率的关系方程：