[发明专利]一种液晶偏振光栅制备方法

说明书

本发明公布了一种液晶偏振光栅制备方法，属于主动光电系统中的非机械式光束偏转技术领域，主要针对目前液晶偏振光栅制备光路相对复杂、易受外界干扰、灵活性较差等问题。本发明使用楔形液晶盒对入射激光进行分束，利用波片改变光束的偏振态，两束光干涉之后在一定区域内形成偏振方向随位置线性变化的图案，最终照射光敏涂层诱使液晶分子进行取向，制备形成液晶偏振光栅。本发明通过控制施加在楔形盒两侧的电压大小来改变分束之后两束光的夹角，可同时实现不同周期大小液晶偏振光栅的制备。本发明所公布的液晶偏振光栅制备方法简单可靠、成本低、方便灵活，是一种液晶偏振光栅工程化应用的理想制备方案。

技术领域

本发明属于主动光电系统中的非机械式光束偏转技术领域，具体是指一种液晶偏振光栅制备方法。

背景技术

液晶偏振光栅是一种新型的高效功能性液晶器件，其本质是通过调控液晶光轴的空间分布来实现对入射光相位、偏振态等的调制，这类光学元件表现出的独特性能能够在一定程度上突破原有光学元件的性能极限。液晶偏振光栅结构的最主要特性是光敏材料发生光交联反应促使液晶分子规则取向，液晶分子光轴在一维方向上连续线性变化，且在一个周期内旋转180°。正是由于该特殊结构，液晶偏振光栅能够将一束圆偏振光以100％的理论衍射效率完全偏向某一个级次，偏转的方向受其入射偏振态控制，每个液晶偏振光栅都可以看作一个二元或者三元光束偏转器件，这是其它任何光栅器件都难以实现的。

为了实现上述特殊结构，液晶偏振光栅的制备通常采用光控取向技术，即利用紫外偏振光照射光敏材料使其发生物理和化学反应，产生各向异性的表面作用力，进而诱导液晶分子定向排列。当前，干涉曝光系统是目前液晶偏振光栅较为理想的制备方法，其包括传统双光束干涉光路、迈克尔逊干涉光路、马赫-曾德干涉光路以及采用双折射棱镜实现曝光等等。然而，当前双光束干涉光路、迈克尔逊干涉光路、马赫-曾德干涉光路等光路结构较为复杂，调整精度和成本较高，也比较容易受到震动和环境扰动的影响，采用渥拉斯顿、洛匈等双折射棱镜实现光束分离曝光虽然光路简单可靠，但由于难以同时实现不同周期液晶偏振光栅的制备，因此缺乏灵活性和普遍性。针对上述背景，本发明利用楔形液晶盒对入射激光进行分束，通过控制施加在楔形盒两侧的电压大小来改变分束之后两束光的夹角，从而实现不同周期液晶偏振光栅的制备。相较于之前制备方法，本发明所公布的一种液晶偏振光栅制备方法简单可靠、成本低、方便灵活，可同时实现不同周期液晶偏振光栅的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液晶偏振光栅制备方法，解决当前液晶偏振光栅制备光路复杂、成本高、灵活性差、难以量产等实际问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种液晶偏振光栅制备方法，其特征在于，该方法使用楔形液晶盒对入射激光进行分束，通过控制施加在楔形盒两侧的电压大小来改变分束之后两束光的夹角，利用波片改变光束的偏振态，两束光干涉之后在一定区域内形成偏振方向随位置线性变化的二维图案，最终照射光敏涂层诱使液晶分子进行取向，制备形成液晶偏振光栅。

本发明中制备光路包括，

激光器：产生制备光路所需的激光；

扩束准直器：将激光进行扩束和准直，形成均匀入射光斑；

起偏器：使出射激光起偏，产生线偏振光；

楔形液晶盒：将入射激光分为o光和e光，且o光和e光产生一定的夹角，通过控制施加在楔形盒两侧的电压大小来改变分束之后两束光的夹角大小；

四分之一波片：将线偏振光转变为圆偏振光；

光控取向玻璃基板：涂有光敏材料，经激光照射后发生光交联反应，诱使液晶分子取向。

液晶偏振光栅中液晶分子沿基板平面周期性排布，液晶分子的光轴在一个周期内连续变化，并满足如下关系式：