[发明专利]一种反射式复合液晶偏振光栅及其制备方法

说明书

本发明公布了一种反射式复合液晶偏振光栅结构及其制备方法，属于非机械式光束偏转技术领域，主要针对目前单片液晶偏振光栅光束偏转角度较小的问题。该反射式复合液晶偏振光栅由反射镜、四分之一波片、液晶偏振光栅构成，利用反射镜将衍射光束反射回偏振光栅进行二次衍射、四分之一波片改变光束的偏振态进而控制光束的偏转方向，扩大液晶偏振光栅偏转角度。本发明公布的复合液晶偏振光栅结构简单，制备工艺简便，最终能够在较高衍射效率的情况下实质扩大液晶偏振光栅的偏转角度。

技术领域

本发明属于光电系统中的非机械式光束偏转技术领域，具体是指一种反射式复合液晶偏振光栅结构及其制备方法。

背景技术

在主光电系统中，光束偏转的范围、精度、速度以及稳定性等因素往往决定了整个光电系统的性能，基于液晶光学相控阵的非机械式光束偏转系统具有体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高、无惯性影响、可实现共面隐身和多光束同时控制等明显优势，因此在机载激光雷达、星间激光通信、激光成像与遥感、天基目标探测与打击等国防领域具有重要的应用前景。

一直以来，受相位凹陷、边缘效应等影响，液晶光学相控阵的光束偏转范围有限成为制约其工程化应用的瓶颈性问题，为了能够提高液晶光学相控阵的光束偏转范围，人们提出了很多方法，利用多片液晶偏振光栅的组合实现液晶光学相控阵偏转角度的放大便是其中之一。

液晶偏振光栅是一种能够实现大角度光束偏转的新型元件，液晶偏振光栅的偏转角度与光栅周期有关，二者的关系为：sinθ＝λ/Λ，当光栅周期变小时，偏转角度变大，然而受衍射理论限制，当偏振光栅周期接近入射光束波长时，光束的衍射效率会随着偏转角度的增大而急剧下降。也就是说，在考虑衍射效率的情况下，液晶偏振光栅的光束偏转角度存在理论极限，光束偏转器的角度偏转范围就会受到限制。为了解决以上问题，本发明打破了传统液晶偏振光栅的基本结构，提出将四分之一波片、反射镜引入液晶偏振光栅中得到了一种反射式复合液晶偏振光栅，利用该新结构可以实现液晶偏振光栅角度放大，其角度偏转范围是同等光栅周期液晶偏振光栅的一倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反射式复合液晶偏振光栅结构及其制备方法，解决目前单个液晶偏振光栅光束偏转角度较小的问题。

一种反射式复合液晶偏振光栅结构，其特征在于：包括，

反射式摩擦取向导电基板：用于将衍射光束反射回液晶偏振光栅，用于将液晶分子按摩擦方向排布，用于对液晶分子施加电场，电场方向垂直于基板平面；

光控取向、摩擦取向导电基板：用于使液晶分子沿平行于基板方向取向及按照摩擦方向取向；

偏振光栅液晶层：沿光控取向方向规则排列；

摩擦取向液晶层：沿摩擦方向规则排列。

本发明中反射式摩擦取向导电基板包括反射式基板、ITO导电薄膜、摩擦取向层。

本发明中光控取向、摩擦取向导电基板包括玻璃基板、ITO导电薄膜、摩擦取向层、光控取向剂，光控取向剂接触液晶层。

本发明中偏振光栅液晶层内的液晶分子沿基板平面周期性排布，液晶的光轴在一个周期内连续变化，并满足如下关系式：

式中代表x位置处液晶分子的指向矢，Λ是液晶偏振光栅的周期。

本发明中摩擦取向液晶层内的液晶分子在基板平面内按照摩擦方向规则排列。

本发明公布了一种反射式复合液晶偏振光栅的制备方法，包括如下步骤，

步骤一，将玻璃基板进行清洗，清洗之后，玻璃基板上表面蒸镀ITO导电薄膜，在蒸镀ITO导电薄膜的基础上旋涂光控取向剂，高温下使光控取向剂固化，然后在玻璃基板另一侧表面旋涂摩擦取向剂，高温下使摩擦取向剂固化，称为光控取向、摩擦取向导电基板；